6.MRS谱线判读及临床应用
完整版磁共振波谱MRS临床应用
MRS 在脑部临床应用技术
? 点分辨波谱法 PRESS ? 选用SV 或 MV ? 选择成像参数 ? 兴趣区的选择定位 ? 自动预扫描：匀场、水抑制 ? 数据采集后处理和分析
序列及扫描参数
? SV, press ? TR 1500 ms ? TE 144/35 ms ? FOV 24 cm ? Voxel size 20
MRS技术及基本原理
? MRS 表示方法
? 在横轴代表化学位移（频率差别），单位百万分子一 （ppm ）
? 纵轴代表信号强度，峰高和峰值下面积反映某种化合物的 存在和化合物的量，与共振原子核的数目成正比。
脑 MRS
如何获得MRS
? 选择成像序列：激励回波法 STEAM 、点分辨波 谱法 PRESS 等
变、代谢性病变等
脑MRS 常见成分
中文名称 脂质 乳酸 乙酰天门冬 谷氨酸 胆碱 肌醇
英文缩写 Lipid Lac NAA Glu/Gln Cr/Pcr Mi/Ins
ppm 位置 0.8-1.3 1.3 2.0 2.1, 2.3, 3.7 3.2 3.6
NAA Cho
Cr
mI
人脑代谢物测定的意义
? 水、脂抑制：水、脂浓度是代谢物的几十倍，几 百倍，甚至几千倍，如不抑制，代谢物将被掩盖
? 匀场和水抑制后 : 线宽，头颅小于 10Hz，肝脏小 于20Hz；水抑制大于 95%
MRS 的信噪比
? MRS 的信噪比决定谱 线的质量
? MRS 的信噪比：最大 代谢物的峰高除以无信 号区噪声的平均振幅。 通常大于 3 ，谱线的质 量可以接受。
? N- 乙酰天门冬氨酸(NAA) ：位于波谱2.0ppm 处，主要 位于成熟神经元内，是神经元的内标记物，是 正常波谱中最大的峰。
磁共振波谱（MRspectroscopy，MRS）
磁共振波谱（MRspectroscopy，MRS）磁共振波谱（MR spectroscopy，MRS）是目前唯一能无创伤地探测活体组织化学特性的方法。
在许多疾病中，代谢改变先于病理形态改变，而MRS对这种代谢改变的潜在敏感性很高，故能提供信息以早期检测病变。
磁共振波谱mRS）研究人体细胞代谢的病理生理改变，而常规MRI则是研究人体器官组织大体形态的病理生理改变，但二者的物理学基础都是核共振现象。
一、MRS的原理磁共振信号的共振频率由两个因素决定①旋磁比r，即原子的内在特性②核所处位置的磁场强度。
核所受的磁场主要由外在主磁场（B。
）来诀定，但是核所受的磁场强度也与核外电子云及邻近原子的原子云有关。
电子云的作用会屏蔽主磁场的作用，使着核所受的磁场强度小于外加主磁场。
这种由于电子云的作用所产生的磁场差别被称为化学位移。
因此，对于给定的外磁场，不同核所处的化学环境不一样，从而产生共振频率的微小差别，导致磁共振谱峰的差别，从而识别不同代谢产物及其浓度。
MRS可检测许多重要化合物的浓度，根据这些代谢物含量的多少可以分析组织代谢的改变，1H-MRS可测定 12种脑代谢产物和神经递质的共振峰，N-乙酸门冬氨酸(NAA)、肌酸（Cr）磷酸肌酸（PCr）胆碱（cho）肌醇（MI）谷氨酸胺Gln）谷氨酸盐（Glu)乳酸（Lac）等。
生物中，许多生物分子都有31P，这些化合物参与细胞的能量代谢和与生物膜有关的磷脂代谢，31P－MRS被广泛用在对脑组织能量代谢及酸碱平衡的分析上，可以检测磷酸肌酸(PCr人无机磷酸盐(PI）α- ATP、β-ATP、γ—ATP的含量和细胞内的 PH值。
二、MRS的临床应用1．正常人的脑MRSMR波谱变化可反映神经元生长分化，脑能量代谢和髓鞘分化瓦解过程改变。
NAA是哺乳动物神经系统中普遍存在的化合物，几乎所有的NAA均存在于神经对内，目前将NAA作为反映神经元功能的内标物。
正常人有很高的NAA／Cr）值，NAA下降提示神经元的缺失和破坏。
MRS的原理和临床应用
MRS的原理和临床应用磁共振声能体系（Magnetic Resonance Spectroscopy，MRS）是一种基于核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）技术的谱学方法，用于研究生物体内各种物质的浓度、代谢水平以及分子结构。
与常见的磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）技术不同，MRS主要关注的是信号产生者的化学分子本身，它可以提供关于生物体内分子含量和代谢的信息，从而对生物体进行非侵入性的组织和代谢状态评估。
MRS的原理基于核磁共振现象，核磁共振是一种磁共振现象，其基本原理是核自旋在外磁场中被激发并释放能量的过程。
当核自旋受到外磁场的作用时，它具有不同的能级，其中能级之间的跃迁依赖于外加磁场的强度。
通过在外磁场中施加一种特定的脉冲序列，可以使得不同的核自旋产生不同的共振信号，这些信号可以被接收线圈捕捉到并转换成数据。
MRS技术可以在体内测量到许多核的共振信号，主要包括氢原子的共振信号（称为质子磁共振，Proton Magnetic Resonance，1H-MRS），以及磷、碳、氮、硫和氧等原子的共振信号。
这些信号的频率和强度可以提供体内不同物质的含量和分布信息。
MRS的临床应用广泛，主要包括以下几个方面：1.肿瘤诊断和治疗评估：MRS可以提供肿瘤组织内代谢物的浓度和代谢水平信息，从而对肿瘤进行定性和定量分析。
通过测量乳酸、胆碱、肌酸等代谢物的含量，可以实现对肿瘤的定位、分级和预后评估，以及肿瘤治疗的监测和评估。
2.神经代谢疾病诊断和研究：MRS可以用于研究和评估脑部神经疾病的代谢异常。
例如，通过测量谷氨酸和谷氨酸盐的比例，可以评估脑细胞的能量代谢情况，进而判断神经退行性疾病的程度和发展趋势。
3.心脏病诊断和研究：MRS可以用于评估心脏肌肉的代谢状态。
通过测量磷代谢物如磷酸肌酸和磷酸二酯等的含量和代谢速率，可以评估心脏肌肉的功能和损伤程度，提供对心脏病的更准确的诊断和治疗策略。
MRS在中枢神经系统的基本应用
脑功能研究
01
脑功能区定位： 通过MRS技术， 可以精确定位大 脑功能区，如语 言、运动、视觉 等。
02
脑网络研究：通 过MRS技术， 可以研究大脑网 络连接，揭示大 脑功能运作机制。
03
脑疾病研究：通 过MRS技术， 可以研究脑疾病 发生发展过程， 为临床诊断和治 疗提供依据。
04
脑发育研究：通 过MRS技术， 可以研究大脑发 育过程，为教育、 心理等领域提供 科学依据。
MRS在中枢神经系统的基本应用
目录
01. MRS的基本原理 02. MRS在中枢神经系统的应用领域 03. MRS在中枢神经系统的应用前景
磁共振技术的发展
01
1970年代：磁共振成像技术诞生
02
1980年代：磁共振成像技术应用于人体
03
1990年代：磁共振波谱技术出现
04
2000年代：磁共振波谱技术应用于中枢神经系统研究
创新研究方法：结合多种研究方法，如功能磁共振成像（fMRI）、脑电图 （EEG）等，提高MRS在中枢神经系统研究的准确性和可靠性
创新应用领域：将MRS应用于神经退行性疾病、精神疾病、脑损伤等疾病 的诊断和治疗，以及脑功能研究等领域
创新技术：开发新型MRS技术，提高MRS在中枢神经系统研究的灵敏度、 分辨率和速度，推动MRS在中枢神经系统应用的发展
01 脑功能成像：通过MRS技术，可以更清晰地观 察大脑功能活动
02 脑肿瘤诊断：通过MRS技术，可以更准确地诊 断脑肿瘤
03 脑损伤评估：通过MRS技术，可以更全面地评 估脑损伤程度
04 神经退行性疾病研究：通过MRS技术，可以更 深入地研究神经退行性疾病的发病机制和治疗方 法
跨学科合作与创新
mrs的原理和应用
Mrs的原理和应用1. Mrs的概述Mrs（Mind Reading System）是一种通过脑机接口技术（Brain-Computer Interface，BCI）实现读取人类大脑中思维信息的系统。
通过对脑电信号的分析和处理，Mrs能够解码人类大脑中的思维活动，并将其转化为可理解的形式。
2. Mrs的原理Mrs系统主要基于脑电图（Electroencephalogram，EEG）信号的采集和分析。
在使用Mrs之前，需要在被试者头部安装脑电采集设备，通常是一组电极阵列。
这些电极会记录下被试者大脑中的脑电信号。
Mrs通过对脑电信号进行处理和分析，实现以下几个步骤：2.1 数据采集Mrs系统使用脑电设备采集被试者的脑电信号。
脑电信号是由大脑神经元的电活动产生的微弱电流，可以通过安装在头部的电极阵列记录下来。
2.2 信号处理采集到的脑电信号经过一系列的信号处理操作，包括滤波、放大和去噪等。
这些处理操作旨在提高信号质量，去除噪声和干扰。
2.3 特征提取在信号处理完成后，Mrs系统会从脑电信号中提取出一些特征，比如频谱特征、时域特征等。
这些特征能够反映出被试者的思维活动。
2.4 模式识别提取的特征将被输入到模式识别算法中，用于从中识别和解码被试者的思维活动。
常用的模式识别算法包括支持向量机（Support Vector Machine，SVM）、人工神经网络等。
2.5 可视化输出Mrs系统将解码的思维活动转化为可理解的形式，通常是通过图形界面的方式展示出来。
被试者可以通过观察界面上的反馈信息了解到自己的思维活动。
3. Mrs的应用Mrs系统具有广泛的应用前景，尤其在医学和人机交互领域有着重要的价值。
3.1 医学领域Mrs系统在医学领域具有重要的研究和应用意义。
例如，可以利用Mrs系统帮助研究脑部疾病和神经系统紊乱的机制，如帕金森病、癫痫等。
此外，Mrs系统还可以为脑机接口辅助治疗提供支持，比如帮助瘫痪患者恢复运动能力。
mrs技术的原理及临床应用
mrs技术的原理及临床应用1. 什么是mrs技术？MRS全称为磁共振波谱技术（Magnetic Resonance Spectroscopy），是一种非侵入性的方法，通过使用核磁共振（NMR）技术来获取生物体内的化学信息。
它通过测量生物体内不同化合物的特定核的能量水平，从而识别和定量不同类型的化学物质，如代谢物、神经递质和细胞标志物。
MRS技术在临床医学和科学研究中被广泛应用，对于疾病的诊断、治疗和监测起到了重要的作用。
2. MRS技术的原理MRS技术的原理基于核磁共振（NMR）原理，该原理是研究原子和分子结构的一种重要方法。
核磁共振是由磁场和无线电频率辐射引起的原子核的行为，通过外加峰度和射频脉冲可以引起原子核的能量状态发生变化，进而产生特定的回波信号。
这些回波信号经过信号处理和傅里叶变换等复杂的数学算法处理后，可以得到生物体内不同核的能谱信息。
3. MRS技术的临床应用3.1 代谢物测定MRS技术可以用于非侵入性地测定生物体内的代谢物含量及其浓度。
通过测量特定核的能谱信息，医生可以了解患者体内不同代谢物的水平，从而辅助诊断和治疗疾病。
例如，通过测量脑部组织中的乳酸浓度，可以帮助判断患者是否存在脑缺氧等问题。
3.2 肿瘤诊断MRS技术在肿瘤诊断中发挥着重要作用。
肿瘤组织与正常组织在代谢物的含量和比例上存在差异，通过比较肿瘤组织和周围正常组织的代谢物谱图，可以帮助医生确定肿瘤的类型、分级和活动程度。
这对于制定适当的治疗方案和预测疗效有重要意义。
3.3 神经系统疾病监测MRS技术还可以应用于神经系统疾病的监测和研究。
通过测量大脑中特定区域的代谢物浓度变化，医生可以了解神经系统疾病的发展过程和病情变化，从而进行及时干预和治疗。
例如，对于阿尔茨海默病等神经退行性疾病，MRS技术可以提供有关脑内代谢物变化的线索。
3.4 乳腺癌筛查MRS技术在乳腺癌筛查中也有应用，可以通过测量乳腺组织中的代谢物谱图来判断是否存在恶性肿瘤。
MRS的临床应用
基本技术
如何选择长、短TE 中等TE（144ms）PRESS用于肿瘤性病变。
易于显示 Cho和Lac峰，两者是肿瘤性病变 的主要代谢改变 短TE（30-35ms）PRESS用于其他的病理 状态
AD
体素——扣带回后缘 TE：30ms 主要表现
NAA，NAA/Cr Cho，Cho/Cr mI，mI/Cr(>0.70,为早期异常，对诊断最重要） 重要事项： 只在选择短TE时， mI才能确定。 AD的代谢异常首先出现于扣带回。 最早的代谢异常是mI/Cr升高。
AD
9月21日-世界阿尔茨海默病（老年痴呆病） 日
MRS的临床应用
常规磁共振（cMRI) 功能性磁共振（fMRI）
灌注成像 （PWI）
弥散张量成像 （DTI）
弥散成像 （DWI ）
脑皮层功能成像 （BOLD）
波谱成像 （MRS）
基本概念
MRS是目前唯一无创性观察活体组织 代谢及生化变化的技术，检测到cMRI 不能显示的异常
1995年，MRS被美国食品及药品管理 局正式批准
Cr—肌酸 波峰位置：3.02和3.94 脑代谢标记物，最稳定
Cho—胆碱 波峰位置：3.22
提示厌氧性糖酵解(正常脑组织不可见） Lip—脂质 波峰位置：在0.8至1.3PPM之间多峰 提示髓鞘坏死和/或中断(正常脑组织不可见） Ala—丙氨酸
磷脂代谢的成分，细胞膜转换的标记物， 反映细胞增殖 mI—肌醇
代谢性疾病
影响白质和灰质的代谢性疾病-线粒体脑病Leigh 病（亚急性坏死性脑脊髓病） 对于有肌病的儿童，除外Leigh病和线粒体异常非 常重要 肌张力减退、精神性运动退化、共济失调、眼睑 麻痹、吞咽困难，可进展为呼吸衰竭直至死亡 cMRI显示尾状核、豆状核以及导水管周围灰质、 齿状核、大脑脚、丘脑以及脑室周围白质双侧对 称性T2高信号
M R S的原理和临床应用ppt课件
MRS基本原理
•
化学环境指的是，原子核所在
的分子结构。同一种原子核处在不
同的分子结构中，甚至同一个分子
结构的不同位置或者不同的基团中，
其周围的电子数和电子分布都将有
所不同，因而受到的磁屏蔽作用也
不同。处于化合物中的同一种原子
核，由于所受磁屏蔽作用的程度不
同，将具有不同的共振频率，这就
是所谓的化学位移现象，也是磁共
什么叫核磁共振？
• 若质子受到一定频率的电磁波辐射， 辐射所提供的能量恰好等于质子两 种取向的能量差，质子就吸收电磁 辐射的能量，从低能级跃迁至高能 级。这种现象即称核磁共振。
MRS发展历史
• 1 1946年美国斯坦福F.布洛克 和哈弗大学E.M.帕塞尔小组均 同时记录到液体样品和固体样 品的磁共振信号。
• 2 热力学的研究：测定酶与底物、 配基、抑制剂的结合常数；测定可 解离基团的PK值，特别是生物大分 子中处于不同微环境的同类残基的 同类基团的不同PK值。
MRS在生物体中研究范围
• 3 动力学研究 பைடு நூலகம் 监测反应进程测定各组分随时
间的变化等。 • 4 分子运动研究:如生物膜的
流动性等。 • 5 分子构象及构象变化研究 • 6 活体研究 • 7二维MRS研究:20世纪70-80年
• 2 20世纪50年代桑德斯和柯克 伍德首次成功的利用MRS直接 观测生物大分子40MHz的核糖 核酸酶的MRS。此后，又连续 测到其他蛋白质、核酸、磷脂 等相应组分。
MRS技术特点
• 在研究生物大分子时，MRS有 以下技术特点：
• 1 不破坏生物高分子的结构 （包括空间结构）
• 2 在溶液中测定符合生物体的 常态，也可测定固体样品，比 较晶态和溶液态构象的异同。
磁共振波谱(mr spectroscopymrs)
磁共振波谱（MR spectroscopy，MRS）磁共振波谱（MR spectroscopy，MRS）是目前唯一能无创伤地探测活体组织化学特性的方法。
在许多疾病中，代谢改变先于病理形态改变，而MRS对这种代谢改变的潜在敏感性很高，故能提供信息以早期检测病变。
磁共振波谱mRS）研究人体细胞代谢的病理生理改变，而常规MRI则是研究人体器官组织大体形态的病理生理改变，但二者的物理学基础都是核共振现象。
一、MRS的原理磁共振信号的共振频率由两个因素决定①旋磁比r，即原子的内在特性②核所处位置的磁场强度。
核所受的磁场主要由外在主磁场（B。
）来诀定，但是核所受的磁场强度也与核外电子云及邻近原子的原子云有关。
电子云的作用会屏蔽主磁场的作用，使着核所受的磁场强度小于外加主磁场。
这种由于电子云的作用所产生的磁场差别被称为化学位移。
因此，对于给定的外磁场，不同核所处的化学环境不一样，从而产生共振频率的微小差别，导致磁共振谱峰的差别，从而识别不同代谢产物及其浓度。
MRS可检测许多重要化合物的浓度，根据这些代谢物含量的多少可以分析组织代谢的改变，1H-MRS可测定12种脑代谢产物和神经递质的共振峰，N-乙酸门冬氨酸(NAA)、肌酸（Cr）磷酸肌酸（PCr）胆碱（cho）肌醇（MI）谷氨酸胺Gln）谷氨酸盐（Glu)乳酸（Lac）等。
生物中，许多生物分子都有31P，这些化合物参与细胞的能量代谢和与生物膜有关的磷脂代谢，31P－MRS被广泛用在对脑组织能量代谢及酸碱平衡的分析上，可以检测磷酸肌酸(PCr人无机磷酸盐(PI）α- ATP、β-ATP、γ—ATP的含量和细胞内的PH值。
二、MRS的临床应用1．正常人的脑MRSMR波谱变化可反映神经元生长分化，脑能量代谢和髓鞘分化瓦解过程改变。
NAA是哺乳动物神经系统中普遍存在的化合物，几乎所有的NAA均存在于神经对内，目前将NAA作为反映神经元功能的内标物。
正常人有很高的NAA／Cr）值，NAA下降提示神经元的缺失和破坏。
磁共振波谱MRS的原理和临床应用
MRI与MRS的区别： MRI尽量去除化学位移的作用，并突出反 映组织间T1、T2的差异，而MRS恰恰要利 用化学位移的作用来确定代谢物的种类和 含量。
1 1946年美国斯坦福F.布洛克和哈弗大学 E.M.帕塞尔小组均同时记录到液体样品和固 体样品的磁共振信号。 2 20世纪50年代桑德斯和柯克伍德首次成功 的利用MRS直接观测生物大分子40MHz的 核糖核酸酶的MRS。此后，又连续测到其 他蛋白质、核酸、磷脂等相应组分。
在研究生物大分子时，MRS有以下技术特 点： 1 不破坏生物高分子的结构（包括空间结构） 2 在溶液中测定符合生物体的常态，也可测 定固体样品，比较晶态和溶液态构象的异 同。 3 不仅可以用来研究构象而且可以用来研究 构象变化即构象动力学过程。
4 可以提供分子中个别基团的信息，对于比 较小的多肽和蛋白质已经可以通过二维的 MRS获得三维的结构的信息。 5 可用来研究活细胞和活组织。
MRS在生物体中研究范围很广： 1 确定生物分子的成分和浓度，特别是可不破坏组织细胞 而测得其组分；确定异构体比例；确定分子解离状态；确 定金属离子或配基是否处于结合状态；以及测定细胞内外 的PH值等。 2 热力学的研究：测定酶与底物、配基、抑制剂的结合常 数；测定可解离基团的PK值，特别是生物大分子中处于不 同微环境的同类残基的同类基团的不同PK值。
化学环境指的是，原子核所在的分子结构。同一种原子 核处在不同的分子结构中，甚至同一个分子结构的不同位 置或者不同的基团中，其周围的电子数和电子分布都将有 所不同，因而受到的磁屏蔽作用也不同。处于化合物中的 同一种原子核，由于所受磁屏蔽作用的程度不同，将具有 不同的共振频率，这就是所谓的化学位移现象，也是磁共 振波谱成像的基础。
磁共振波谱(MRS)临床应用
MRS在癫痫诊治的应用
对颞叶癫痫的定侧敏感性高于MRI 敏感性87%,准确率96%.
可发现双侧病变,双侧NAA/Cho+Cr 均低者手术效果差
或只检测到微量 • 此峰出现说明细胞内有氧呼吸被抑制，糖酵解过程加强 • 脑肿瘤中，Lac出现提示恶性程度较高，常见于多形胶质母
细胞瘤中 • Lac也可以积聚于无代谢的囊肿
和坏死区内
• 脑肿瘤、脓肿及梗塞时 会出现乳酸峰。
中枢神经系统MRS代谢物
脂质（Lip） • 位于1.3、0.9、1.5和6.0 ppm处，分布代表甲基、亚
Glutamate： Glx谷氨酰氨 ，
脑组织缺血缺氧及肝性脑病
时增加 位于：2.1-2.4ppm
Lip
mI：肌醇 代表细胞膜稳定性
判断肿瘤级别
位于：3.8ppm
中枢神经系统MRS代谢物
N-乙酰基天门冬氨酸（NAA） • 正常脑组织1H MRS中的第一大峰，位于2.02-2.05ppm • 与蛋白质和脂肪合成，经系统MRS
氢质子波谱
肌酸 3.05ppm
（N-乙酰天门冬氨酸 2.02ppm ）
胆碱
肌酸
3.20ppm
纵
4.5ppm 肌醇
轴
3.8ppm
代
表
物
质
的
含
量
脂质 1.3ppm Lip
（谷氨酰氨 2.4ppm ）
横轴代表 物质共振时的位置，单位为ppm（百万分之几）
常见代谢产物的共振峰
NAA： N-乙酰天门冬氨酸，神经元活动的标志 位于：2.02ppm
磁共振波谱成像（MRS）解读及临床意义
磁共振波谱成像（MRS）解读及临床意义MRS是目前能够进行活体组织内化学物质无创性检测的唯一方法，MRI提供的是正常和病理组织的形态信息，而MRS则可以提供组织的代谢信息。
大家都清楚在很多疾病的发生过程中，代谢改变往往是早于形态改变的，因此磁共振波谱所能提供的代谢信息无疑有助于疾病的早期诊断,那么MRS是如何成像的。
技术原理·利用原子核化学位移现象成像不同化合物的相同原子核，相同化合物不同原子核之间由于所处的化学环境不同，其周围磁场有轻微变化，共振频率会有差别，这种情况称为化学位移现象，共振频率的差别就是MRS的原理基础·MRS表示方法横轴表示化学位移（频率差别）单位为百万分之一（ppm）纵轴表示信号强度峰高和峰值下面积反映某化合物的存在和量，与共振原子核的数目成正比SV PRESS TE=35ms•NAA波（N－乙酰天门冬氨酸）：波峰在2.02ppm。
仅存在于神经系统，由神经元的线粒体产生，是神经元密度和活力的标志。
所有能够导致神经元损伤和丢失的病变都可以表现有NAA波降低和NAA/Cr比值降低，包括脑肿瘤、脑梗死、脑炎等。
•Cho波（胆碱）：波峰在3.20ppm。
胆碱参与细胞膜的合成和降解，与细胞膜磷脂代谢有关，并且是神经递质乙酰胆碱的前体。
Cho波增高说明细胞膜更新加快、细胞密度大，通常为肿瘤细胞增殖所致。
•Cr波（肌酸）：波峰在3.05ppm。
包括肌酸（Cr）、磷酸肌酸（PCr），存在于神经元和胶质细胞中，为能量代谢物质。
在同一个体脑内不同代谢条件下，Cr＋PCr的总量恒定，即信号较稳定，故常用来作参比值。
脑肿瘤时，因为肿瘤对能量代谢需求高可导致Cr降低。
•Lac波（乳酸）：波峰在1.33~1.35ppm，为无氧代谢产物。
正常情况下细胞能量代谢以有氧氧化为主，1H-MRS检测不到。
而在缺血/缺氧或者高代谢状态如恶性肿瘤时，乳酸信号强度增加。
包含两个明显的共振峰，称为“双尖波”，在较短TE（136ms、144ms）时表现为倒置双峰，在较长TE（272ms,288ms）时表现为正向双峰。
6.MRS谱线判读及临床应用
体素并非设定的体素
MRS的伪影
• 化学位移伪影—通常只影响单体素采集
0 化学位移偏离，发生在谱线后处理时拟和算法 不正确时，标记错误
0 激发的化学位移伪影，出现在应用选层脉冲或 读出梯度时
MRS的伪影
• 磁敏感性伪影
0 是最容易观察到的MRS伪影，通常出现在 3.5~4.0ppm区域。通常被称为鬼影（ghost）
• 胶质瘤的诊断及分级 • 肿瘤边界的评价 • 鉴别原发肿瘤与转移瘤 • 鉴别肿瘤与某些感染性
病变 • 胶质瘤放疗后坏死与复
发的鉴别
2016/4/21
炎性脱髓鞘
57761
对疾病进程的监测
63810
61245
脑脓肿与囊性肿瘤
Cho Cr
NAA Lac
Cho Cr
NAA
Tumour
Normal
Ac
Lac + Lip
1.4
P
AC
LFWM
PC
LOWM
总结
• MRS可提供补充的信息 • 在某些疾病的评价上增强诊断信心 • 更好地理解疾病的病生理状态 • 可以进行定量或半定量分析
2016/4/21
Control
PTSD
Anterior cingulate cortex
11
匀的影响
0 谱线的基线稳定 0 谱线定性分析好
• 化学位移成像
0 覆盖的范围大，一次采 集可以获得较多信息
0 成像时间长
0 容易受到磁场不均匀的 影响
0 谱线质量常受影响
选定范围内所有代谢物浓度的总和 要考虑部分容积效应的影响
MRS及其临床应用
脑：
目前脑的31P-MRS均可检测上述7种化合物，主要用于研 究脑组织的能量代谢、脑磷脂代谢和PH值的测量。
肝：
正常肝31P波谱可检测到β -ATP、α -ATP、γ -ATP、 PDE，Pi和PME。正常肝的PH值为7.2~7.4。肝炎、肝硬化测 量化合物绝对浓度，除PME外，其它各化合物均下降 13%~50%。肝炎和肝硬化之间无显著差异。肝癌以PME、 PME/ATP升高为特征。
3、Cho——胆碱复合物
位于3.2ppm，与细胞膜磷脂代谢有关，参与细胞膜构成，并 且是乙酰胆碱的前体； Cho升高，反映胶质增生、细胞增殖和膜转运增加，见于除胆 脂瘤外的所有肿瘤。
4、乳酸
位于1.32ppm, PRESS序列TE=144ms时，呈倒置双峰
TE=288ms时，呈正置双峰 正常情况下检测不到，出现于缺血缺氧时可检测到。
（2）J耦合现象
以共价健相连的原子相互靠近时，其原子核外电子间 的间接传递作用，产生能量耦合，即自旋—自旋耦合。 犹如宇宙中的星云间相互作用。
J耦合现象使谱峰增宽，影响其分辨率。
检查方法
一般先行MRI检查，根据图象所提供的病变部位，对兴趣区 进行MRS检查，每一个波谱可反映原子核化学位移、波峰高 度、波峰半高全宽、PH值等。将MRS检出的代谢、生化表 现与解剖部位的形态学特点进行综合分析得出结论。实际测 量中只能得到化学位移的相对值，单位为赫兹的百万分之一， 即ppm(parts per million)。
3D波谱成像
NAA图 3D SENSE
二、化合物浓度定量测定
相对值浓度计算方法：对波谱中不同化合物信号强度（积 分面积）进行比较。
绝对值浓度计算方法： 1、外标准法：同时扫描已知浓度化合物体摸和被检查部位， 比较二者化合物的绝对浓度。 2、内标准法：利用体内已知浓度的化合物（如水、肌酸） 做为参照进行化合物浓度计算。目前多采用此法
MRS临床应用
MRS临床应用
峰的位置决定了化学物质，峰下面的面积代表了相对含量
3.颅脑疾病应用
正常新生儿MRS
Cho为最高峰，NAA低于Cho，1岁以后随着髓鞘化的逐渐完成而发生逆转，Cr是能量代谢的物质，相对恒定。
LAC正常者检测不到。
1.缺血缺氧性脑病（HIE）
NAA的降低,在LAC升高后数天才出现，提示乳酸过多积聚引起神经元自身溶解，是不可逆性损伤的标志
Glx升高，是由于缺血缺氧引起神经递质释放进入突触间隙所致
ml升高，提示伴胶质增生及髓鞘化不良
2.脑梗塞
急性期：
梗塞区NAA显著降低，Cho及Cr也降低 Lac升高明显
边缘区 Lac升高，其余不明显，为缺血带 Lac升高区远大于T2WI 高信号区
慢性期：
Lac升高 NAA、Cho、Cr降低
NAA的减低与临床预后分级相关性
72小时NAA消失区域代表脑梗死区
Lac/NAA比值（LNR）来判断：
1.LNR大于1.0代表梗死区
2.LNR小于1.0代表非梗死区
再灌注时，Lac可一度接近正常，但再灌注损伤时，再次Lac升高，NAA降低
3.肿瘤（胶质瘤、转移瘤、淋巴瘤）
共同点：NAA下降、Cho上升、Cho/Cr值升高，可出现Lip、
Lac峰
不同点：1.胶质瘤NAA随着恶性程度升高而降低
2.转移瘤缺乏Cr激酶，降低更明显或消失
3. 淋巴瘤Lip峰升高明显
注：胼胝体区胶质瘤出现1.33ppm区高Lip峰，为肿瘤坏死所致脑膜瘤：NAA峰下降消失Cho峰升高，“M”peak比较典型脑膜瘤表现。
波谱mrs检查流程
磁共振波谱（Magnetic Resonance Spectroscopy，MRS）是一种非侵入性的生物化学分析技术，通过测量生物体内特定核磁共振信号，可以直接获得生物体内代谢产物的信息。
以下是MRS 检查的一般流程：1. 患者准备：在MRS检查前，患者需要进行一些准备工作，如空腹、禁水等，以确保检查结果的准确性。
同时，患者需要签署知情同意书，了解检查的过程和可能的风险。
2. 扫描前准备：在MRS扫描前，需要对患者进行一些准备工作，如放置监护设备、调整扫描参数等。
此外，还需要对扫描环境进行一些特殊的准备，如放置磁场屏蔽、调整扫描设备等。
3. 扫描过程：在MRS扫描过程中，患者需要躺在扫描床上，并保持静止。
扫描设备会产生一个强磁场，并通过射频脉冲激发样品中的核磁共振信号。
这些信号会被检测并记录下来，形成MRS谱。
4. 谱线拟合：在MRS谱数据处理中，需要对谱线进行拟合，以便提取出谱线的特征参数，如化学位移、峰面积等。
谱线拟合通常采用非线性回归方法，如最大似然法等。
5. T2衰减校正：在MRS谱数据处理中，需要对谱线的T2衰减进行校正，以便准确地提取出谱线的特征参数。
T2衰减校正通常采用多项式拟合或插值方法。
6. 脂肪分数计算：在MRS谱数据处理中，可以通过谱线特征参数的分析，计算出样品中的脂肪分数。
脂肪分数通常采用化学位移法或峰面积法进行计算。
7. 结果分析与解释：在MRS检查完成后，需要对谱线特征参数进行分析和解释，以便得出关于样品中代谢产物的结论。
这些结论通常需要结合临床信息进行解释，以便为临床诊断和治疗提供支持。
需要注意的是，MRS检查的具体流程可能会因设备、技术和应用领域的不同而有所差异。
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PD
MSA
diagnosis
tNAA
14.000
12.000
10.000
8.000
6.000
control
PD
MSA
diagnosis
tNAA/mI
18 2.500
2.000
1.500
37
1.000
control
PD
MSA
diagnosis
精神疾患的研究
• SARS相关的创伤后应激障碍（PTSD） 1HMRS研究
Succ
+AA
Abscess
BOEL HANSSON, ECR2005 LUND, SWEDEN
8
CSF的乳酸监测
肝性脑病
2016/4/21
Muscle biopsy proved MELAS, Lac in CSF 男/20岁，反复抽搐4年，左侧偏盲1月
57820
男/69岁，肝硬化，血氨水平为 79μmo016.4.22
2016/4/21
磁共振波谱
• 磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy, MRS），可以检测出具有生理及病生理意义的 代谢物 0 在体、直接、无创
• 采集原理：遵循Larmor定律 0 MRI：信号的振幅随时间变化的函数 0 MRS：信号的振幅随频率分布的函数
P TS D Control
NAA/Cr PTSD
Control
AC
1.39±0.08
1.45±0.09
LFWM 1.54±0.14
1.59±0.11
1.6
LOWM 1.63±0.10
1.61±0.14
PC
1.38±0.08
1.40±0.07
Me a n + - 1 S E D ATA
1.5
p<0.05
1.4
P
AC
LFWM
PC
LOWM
总结
• MRS可提供补充的信息 • 在某些疾病的评价上增强诊断信心 • 更好地理解疾病的病生理状态 • 可以进行定量或半定量分析
2016/4/21
Control
PTSD
Anterior cingulate cortex
11
• 胶质瘤的诊断及分级 • 肿瘤边界的评价 • 鉴别原发肿瘤与转移瘤 • 鉴别肿瘤与某些感染性
病变 • 胶质瘤放疗后坏死与复
发的鉴别
2016/4/21
炎性脱髓鞘
57761
对疾病进程的监测
63810
61245
脑脓肿与囊性肿瘤
Cho Cr
NAA Lac
Cho Cr
NAA
Tumour
Normal
Ac
Lac + Lip
• 需要特殊的线圈及软件 0 31P在肌肉及中枢神经系统的应用
• 其他核波谱技术处于临床研究阶段 0 13C 、23Na等处于实验研究阶段 0 依赖于超高场的MRI系统
不同原子核的共振
Chris Boesch MD PhD, Miami, 2005
MRS：虚拟活检
Dr. Brian Ross, HMRI, 2004
不同TE时间的谱线
TR3000ms
TR1500ms
PRESS序列
TE144ms
PRESS序列
TE35ms
4
2016/4/21
回波时间的影响
• 短回波 (TE<50ms)
• 长回波 (TE>50ms)
+ 可看到短T2的代谢物， + 基线平稳
如mI, Glx,
+ @TE=144ms, 有利
+ 信号强度最高
MRS的伪影
• 涡电流伪影
0 常在谱线的1.0~2.0ppm出现一个尖锐的下降
MRS的伪影
• 体素外的磁敏感性物质的干扰，不仅影响 单体素采集也会影响多体素采集
7
1HMRS的临床应用
• 局灶性病变的定性 • 代谢性脑病 • 缺氧脑病(HIE) • 癫痫 • 痴呆 • 精神疾患的研究
大脑胶质瘤病
颅内肿瘤的定性
• 水中的氢质子在 1.5 Tesla的磁场条件下其进 动频率是63.9MHz
• 而长链脂肪酸中的氢质 子在同样磁场中的进动 频率则是63.9MHz224Hz
• 绝对频率差值难以记忆， 实际意义并不直观
MRS谱线
H2O
Fat
以“百万分之”（parts per million, ppm）来表示时，则化合物之间的 频率差别是恒定的（无场强依赖）
空间定位技术
Y Z
X 单体素空间定位技术通常是应用三个互相垂直的层面选择脉冲， 而采集的仅为与三个层面均相交的点(或体素)内的回波信号
空间定位技术
Y Z
X
MRS的序列
活体影像选择波谱 ISIS
激励回波采集模式 STEAM
点分辨波谱 PRESS
3
2016/4/21
1H-MRS的技术考虑
• 不同的系统（1.5T vs 3.0T） • 不同的序列（PRESS vs STEAM） • 不同的参数（如TE时间的不同）
匀的影响
0 谱线的基线稳定 0 谱线定性分析好
• 化学位移成像
0 覆盖的范围大，一次采 集可以获得较多信息
0 成像时间长
0 容易受到磁场不均匀的 影响
0 谱线质量常受影响
选定范围内所有代谢物浓度的总和 要考虑部分容积效应的影响
MRS的伪影
• 运动伪影
0 大部分不易观察，导致线宽增加，分辨率下降 0 代谢物在谱线上呈分裂的峰，多见于患者的头
于观察乳酸峰
+ 有已形成的正常值可 +/- 很少有脂肪信号
参考
- 信号强度弱
+/- 可见脂肪信号 - 基线易不稳
- 丢失所有短T2的代谢 物
Lin A, HMRI, 2004
肌体因素的影响
• 年龄 • 脑内不同部位 • 体温 • 肝、肾参与Cr合成，肝病时Cr下降 • 糖尿病、肾病、渗透压异常、移植后、
MRS采集技术
• 准确采集感兴趣容积（volume of interest, VOI）体素内的信号，而不被VOI以外的信 号污染，是MRS成功的关键前提
0 单体素技术 0 多体素技术
• 波谱采集的空间定位欠准确
MRS的空间定位技术
• 准确采集感兴趣容积（volume of interest, VOI）体 素内的信号，而不被VOI以外的信号污染，是 MRS成功的关键前提 0 单体素技术 0 多体素技术
• 体素位置：明显影响* • 体素大小：有些影响
不同位置的谱线
灰质
白质
不同体素的谱线
Hunter’s angle
5
2016/4/21
NAA：1.73 Cho：0.64 mI：0.49
NAA：1.72 Cho：0.57 mI：0.46
NAA：1.69 Cho：0.58 mI：0.51
NAA：1.63 Cho：0.60 mI：0.54
基本概念
• Larmor equation
ω0=γB0
• 旋磁比（Gyromagnetic Ratio）
Nuclear 1H 19F 31P 23Na 13C
γ (MHz/T) 42.58 40.05 17.23 11.26 10.76
磁共振波谱
• 目前MRS较成熟的技术 0 1H在中枢神经系统及前列腺的应用
9
颞叶的MRS
左侧海马硬化
2016/4/21
Lin A, HMRI, 2004
69139
R
L
女/15岁， 发作性抽搐2年
左侧海马硬化
27 unilateral HS NAA/(Cr+Cho)=0.56±0.06 Contralateral 0.69±0.07, P<0.001
NAA/(Cr+Cho) ↓
1H-MRS的定量
• 绝对定量与相对定量
0 相对定量：以各代谢物峰的高度或峰下面积的 比值来进行定量分析
0 绝对定量：以内源性水或运用独立的外源性的 标准浓度的物质作参照进行计算
0 数据后处理需要校正、截趾、过滤、添零填充、 傅里叶转换、拟合等步骤
0 各有各的问题
绝对定量软件
常规采集参数
• SV： 0 Press序列(Probe-P) 0 TR1500ms， TE35ms 0 Voxel：2*2*2cm 0 NAV：128 0 采集时间：3’48”
• CSI： 0 Press序列(CSI) 0 TR1500ms， TE35ms 0 Voxel：10mm* 0 Matrix：16*16 0 采集时间：4’20”
单体素波谱
2D多体素波谱
6
2016/4/21
SV vs. CSI
• 单体素波谱
0 容易实现 0 成像时间相对短 0 相对容易克服磁场不均
• 谷氨酸类化合物复合峰（Glu+Gln, Glx）2.1~2.4ppm, 3.78ppm
Lipid
• 总肌酸（Cr）3.03ppm
• 总胆碱（Cho）3.22ppm
• 肌醇（mI）3.56ppm
谱线的判读
• 谱线易读
0 信噪比好 (SNR)
0 均匀性好 0 一致性好
SNR通常在频率域定义为最大代谢物的峰高度 除以无信号区噪声的振幅的均方根
在两个不同的位置上来回移动 0 在波谱采集定位后患者头部移动，导致采集的
体素并非设定的体素
MRS的伪影
• 化学位移伪影—通常只影响单体素采集
0 化学位移偏离，发生在谱线后处理时拟和算法 不正确时，标记错误