神经外科疾病与磁共振波谱

神经外科疾病与磁共振波谱活体组织中存在许多化合物，无损伤的获得这些化合物的信息，不仅有利于疾病的诊断及治疗，同时对阐明其生理病理过程具有重要意义。

磁共振波谱(Magnetic resonance spectroscopy，MRS)记录被测样品中所有化合物信号的总和，测量结果有多条谱线组成的图谱。

随着MRS技术的不断发展，在临床研究中已经有了一定的应用，尤其是在脑部疾病方面[1]。

大脑MRS容易操作，测量结果受外界干扰小，能提供神经元分子水平的信息，可检测发育过程（包括宫内阶段）和生理病理过程所有阶段的变化[2]。

现在就神经外科疾病与磁共振波谱的研究进展作一综述。

1．磁共振波谱可测量的化合物MRS技术是利用磁共振现象和化学位移作用对一系列特定原于核(如H、P、Na、C、O等)及其化合物进行分析的方法。

目前最常见的MRS是氢核波谱，氢原子核只含有一个质子，其波谱也称质子磁共振波谱（Proton Magnetic resonance spectroscopy，1HMRS）。

氢原子核占人体原子数的2/3，自然浓度高，相对灵敏读也高，是人体磁共振信号的主要来源，故1HMRS容易成功[3]。

另外许多生物分子都有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被广泛用于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）、无机磷酸盐（PI）、α-ATP、β-ATP、γ-ATP的含量和细胞内的PH值[4]。

2．1HMRS检测的主要代谢物的表现及相应意义1HMRS能无创性的检测活体脑组织内多种代谢物的变化，反映机体物质和能量代谢。

测定的常见代谢物主要有N—乙酰天门冬氨酸(N—acetylaspartate，NAA)、乳酸(lactate，Lac)、胆碱类复合物(choline，Cho)、肌酸(creatine，Cr)、肌酸/磷酸肌酸(creatine/phosphocreatine，Cr/Pcr)、谷氨酰胺(Gln)、谷氨酸(Glu)、脂质(lipid，Lip)、肌醇(Inosines，Ins)、r-氨基丁酸(GABA)及丙氨酸(A1a)等[5]。

1HMRS 检测到的脑代谢物反应在图谱上是不同化学位移的共振峰。

NAA是其中最常检测到的物质之一，波峰主要位于2.02ppm处，在正常脑波谱中，NAA峰最大，仅存在于神经元中，现在是公认的神经元内标志物。

其含量多少反映神经元的功能情况，NAA的降低甚至消失代表了神经元数量的减少及缺失[6]。

Lac波峰位于1.33ppm处，正常脑组织内含量极低，不能检测到，当Lac峰出现并加深时，标志着脑组织发生了缺血缺氧改变，无氧酵解加重，乳酸酶和乳酸浓度升高。

因肿瘤细胞生长活跃，肿瘤内乳酸含量增多而出现乳酸峰增高。

乳酸含量与肿瘤的病理类型无相关性[7]。

Cho波峰位于3.02ppm处，是能量储存、利用的重要化合物。

主要反映了细胞膜的转运功能，其浓度增高表示细胞膜转运功能增加。

在脑肿瘤中，Cho峰大多升高，但颅咽管瘤Cho峰降低[8]。

Cr波峰位于3.5ppm，可能是神经胶质特异性的标志[9]，肌酸峰值相对稳定，常用来于其它代谢物的浓度比值作为参照值。

Ins峰值位于3.56ppm处，肌醇是神经受体代谢产物，在中枢神经系统以外的组织中出现具有临床意义，如血管外皮细胞瘤肌醇峰显著升高，具有特征性[10]。

Lip波峰分别在0.8ppm、1.2ppm、1.5ppm、6.0ppm处出现，在脑膜瘤及星形细胞瘤中脂质增加，可反映组织坏死的进展[11]。

A1a波峰位于1.36和1.44ppm之间，丙氨酸的功能目前还不清楚，在磁共振波谱中出现被认为是脑膜瘤的特征性表现[12]。

3．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的过程。

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均存在于神经元内，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。

Cho和Cr在神经元和神经胶质细胞内均被发现，但细胞研究证明，星形胶质细胞和少突胶质细胞内Cho和Cr含量明显高于神经元，故Cho和Cr增加提示有神经胶质增生。

由于NAA减少或Cho、Cr增加，导致了NAA/（Cho+Cr）比值降低，此值常作为反映神经元功能的指标[13]。

此外，1HMRS发现NAA在人出生后一年内增加近两倍，肌酸信号也相应增加，NAA/Cr及Glu-n/Cr随年龄增长而上升。

31PMRS研究也发现，磷酸一脂（PME）的信号相对于其他代谢产物来说随年龄增加衰减，磷酸肌酸则相反，这说明通过定量分析脑组织代谢产物的MRS，可了解脑组织的发育成熟度，同时也提示我们在观察病理性波谱时，应考虑到年龄相关性变化[14]。

4．癫痫的MRS波谱技术被应用于癫痫的病理生理研究中，取得了一些成果。

1HMRS显示癫痫灶侧颞叶内NAA峰值降低，减少22%。

Cho和Cr分别增加25%和15%。

NAA的减少说明癫痫灶内神经元的缺失、受损或功能活动异常。

Cr和Cho升高反映胶质细胞的增生，研究倾向于把NAA/Cr比值作为定位或判断异常的标志。

癫痫大发作与颞叶的NAA/Cr比值降低有关，病灶部位及性质与NAA/Cr比值不具有相关性，提示孤立的脑结构病灶可能引起远处神经元的代谢异常。

正常人NAA/Cho+Cr值的低限为0.72，两侧差值超过0.05或双侧较正常对照组明显降低均为异常。

比值降低说明海马硬化。

NAA/Cho+Cr的定位敏感性为87%，准确率为96%。

此外，1HMRS还可用于测定与癫痫活动有关的神经递质，如γ-氨基丁酸（GABA）、谷氨酸（Gln）和谷氨酰氨（Glu）。

枕叶的氨基丁酸水平下降，而谷氨酸作为脑内主要的兴奋递质，其含量增加[15]。

5．肿瘤的MRS研究证明所有颅脑肿瘤的波谱都有改变，不同肿瘤的波谱特征存在差异，因此根据波谱的不同特征，可鉴别部分肿瘤。

与正常组织相比，肿瘤组织的波谱一般表现为Cho峰升高，NAA与Cr浓度降低，认为与正常组织的波谱差异性显著。

Cho峰的高低可作为肿瘤细胞增殖的指标，肿瘤增殖的Cho／Cr和Cho／NAA比值随恶性度的增高而升高[16]。

有学者用60例不同脑肿瘤标本研究发现，非神经外坯层的肿瘤如脑膜瘤、转移瘤及脊索瘤等侧不到NAA，NAA消失有助于与脑实质起源的肿瘤鉴别。

除颅咽管瘤外，其余肿瘤胆碱浓度均升高，所有肿瘤Cr均有不同程度降低[17]。

典型的星形胶质细胞瘤波谱表现为NAA峰显著降低，Cho峰明显升高，NAA／Cr、NAA／Cho比值降低，Cho／Cr比值升高，并可出现脂肪酸及Lac峰。

恶性胶质瘤易发生坏死，出现Lipid峰，而良性胶质瘤较少发生坏死，一般不出现Lipid峰。

明确胶质瘤的分级对选择适当的治疗方法、估计患者预后均有重要意义。

近来研究发现，低级胶质瘤与高度恶性胶质瘤之间的NAA／Cr、Cho／Cr比值有显著性差异，高度恶性胶质瘤的Cho／Cr比值比低级胶质瘤为高，Cr一般较稳定，可随肿瘤恶性度增高而略有降低。

因此，NAA／Cho、Cho／Cr、NAA／Cr、Lac／Cr对胶质瘤分级有一定的意义，其中NAA／Cho、Cho／Cr比值反映肿瘤级别较稳定[18]。

Lac出现反映肿瘤中缺氧程度，恶性胶质瘤中常见Lac峰。

但在良性纤维性星性细胞瘤中，肿瘤中缺乏坏死，仍能看到乳酸蜂，因此乳酸的存在不能反映肿瘤的良恶性[19]。

Lip峰有助于鉴别低级和高度恶性胶质瘤，由于肿瘤内髓鞘受损，细胞膜破坏，脂质释出而引起活动性脂肪升高。

有学者报道在41％的恶性胶质瘤中出现Lip蜂，认为可将其作为肿瘤恶性度的辅助征象[20]。

脑膜瘤为最常见的脑外肿瘤，其波谱表现有相对特异性，由于脑膜瘤为非神经外胚层肿瘤缺乏神经元及胶质细胞，MRS表现为NAA峰缺如，但Cho峰显著增加，Cr降低，在复发脑膜瘤中尤为明显。

在恶性脑膜瘤中，肿瘤侵犯周围正常脑组织，使肿瘤区出现NAA峰，但比正常脑组织低[21]。

脑膜瘤Cho／Cr比值与肿瘤细胞类型有关。

丙氨酸被认为是脑膜瘤特征性表现，可区别于神经鞘瘤和神经纤维瘤，但丙氨酸也可出现于胶质瘤和垂体瘤中[22]。

另外脑膜瘤需与血管外皮细胞瘤鉴别，在MRI中两者表现非常相似，甚至都可以出现相邻脑膜强化(脑膜尾征)，但血管外皮细胞瘤肌醇显著升高，可予以鉴别。

神经鞘瘤亦为非神经外胚叶肿瘤，无神经元，NAA峰缺如，与脑膜瘤相似，但脑膜瘤可出现A1a峰，而肌醇峰为神经鞘瘤的特征性表现[23]。

脑的非何杰金淋巴瘤可出现高耸的Lip峰，可能与该肿瘤内大量巨噬细胞吞噬游离脂肪酸有关[24]。

6．肿瘤的疗效预测1HMRS可以早期反映肿瘤的代谢及生长潜能，因此可用于评价不同治疗方法的疗效。

从而对选择正确的治疗方案提供帮助。

单纯脑肿瘤体积的缩小并不能作为评价资料反映的可靠指标。

有学者对10例儿童胶质瘤次全切除术患者进行2年的随访，发现进展期肿瘤的Cho正常化比值（即肿瘤组织与对侧正常脑组织信号强度比值）明显升高，而临床稳定的肿瘤或体积缩小者，正常化比值显著下降，并长期保持正常水平[25]。

有学者发现，Cho信号强度较正常增加45%以上提示恶变倾向或有肿瘤进展，增加强度小于35%者则较为稳定。

因此，Cho信号强度的变化是肿瘤代谢活动及进展可靠的指示器。

恶性淋巴瘤对放疗有很高的敏感性，在放疗后MRI出现变化前，1HMRS可检测到NAA峰的上升及Lac峰的下降[26]。

7．脑外伤的MRSHolshouser BA 等报告，采用1HMRS 测定枕部NAA/Cr、NAA/Cho、Cho/Cr比值，以及Lac积聚，对脑外伤6-12个月后的预后判断准确率在新生儿为87%，婴儿为100%，儿童为93%。

对新生儿结合MRI表现，预后正确率达100%；如结合临床表现，预后正确在儿童可达100%。

乳酸的积聚是提示预后不良的最重要参数。

NAA/Cr值对婴儿、儿童及NAA/Cho值对新生儿的预后评估有很大的相关性[27]。

8．其他的神经系统疾病的MRS对室管膜瘤中有大量肌醇，1HMRS肌醇波峰往往升高，Cho／Cr比值及不同的A1a峰值，对室管膜瘤亚型的区别可能有一定的帮助。

垂体腺瘤中牛磺酸含量较高。

颅咽管瘤显示只有乳酸波。

囊性肿瘤与非肿瘤样囊肿都存在乳酸峰，囊性肿瘤无cho峰，可区别于脑肿瘤的囊性变和坏死，反映糖酵解和发酵机制的活跃作用，氨基酸是浓液中中性粒细胞释放的酶蛋白分解产物，可作为脑脓肿的标志物。

表皮样囊肿显示全面信号减低，伴有乳酸峰和1.8ppm小波峰，非肿瘤样囊肿无此现象(如蛛网膜囊肿)，表皮样囊肿可出现乙酸盐峰也有助于其与蛛网膜囊肿鉴别[28]。

9．MRS的展望尽管1HMRS在神经系统疾病的应用得到了很大的发展，但目前MRS信息的特异性有限，精确性较低，只能了解组织的代谢情况，而不能严格用于诊断，只能作为补充而不能替代临床和传统的神经影像手段。