乳腺肿瘤1H磁共振波谱简介及应用现状
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通过对活体1H MRS的研究发现,信噪比与场强呈线性 正相关。
Dreher等在空间定位RARE和化学位移编码技术基础 上采用4.7T研究了健康小鼠的脑组织,获得了一种新的 快速MRS技术。
Katz等建议使用长回波时间(135～270ms)以增强胆 碱信号的显示,并且减少脂肪信号的重叠。应用更适合 乳腺检查的线圈可提高胆碱复合物的检测,其中多通道 相控阵线圈能明显提高图像SNR。
因此,只有改进技术,提高信噪比,使其有更好的可重复 性,有更高的灵敏度,才能提高乳腺1H MRS 的临床应 用价值。
空间分辨率
1H MRS的临床应用受限之一是空间分辨率较低,尤其 采用单体素技术的分辨率更低(>1.5cm3)。
Katz研究认为MRS对于乳腺疾病的诊断特异度主要依 赖于肿瘤的大小,体积太小其所含胆碱成分难检测出来， 且组织的不均一性和部分容积效应会影响单体素成像中 像素的测量而降低准确性。
83%、85%, 在年轻患者两者均接近100%。
研究发现在正常哺乳期妇女的乳腺组织和 许多良性病变如纤维腺瘤、乳腺增生的亦 有tCho峰。
理论上MRS对于哺乳期良恶性乳腺肿瘤 的鉴别仍有困难,但哺乳期的恶性肿瘤在 发生率是很低。
Stanwell在40例非哺乳期健康者1.5T 1H MRS的研究：3例于3.28ppm处出现胆碱峰,与 在乳腺癌病例中胆碱峰出现在3.22ppm不同,且 发现高场下的正常乳腺组织常能检测到胆碱峰。
早期评估乳腺癌疗效和判断预后
新辅助化疗日益被乳癌患者接受并用于保乳术前。 应用新辅助化疗的同时需要早期发现肿瘤对药物的反应,
从而及时调整用药,避免耐药性的产生。 常规检查(如体格检查、超声、钼靶X 线) 在观测肿瘤对
药物的反应中可靠性不佳。
常规MRI也只是通过对肿瘤大小、形态及信号变化等 与治疗反应相关指标的观察而用于治疗的监测, 要在新 辅助化疗6周后才能发现相应改变。
图1 乳腺癌及其参照模型的波谱。图1a 为DWI 定位像。图1b 为该病 灶的波谱图，可于3.22ppm 处见复合胆碱峰。图1c 为校对模型的定位 图。图1d 为校对模型的波谱。以校对模型中的胆碱浓度为参照计算出的 乳腺癌中的复合胆碱浓度为2.88mM。
图2 乳腺纤维腺瘤及其参照模型的波谱。图2a 为DWI 定位像。图2b 为该病灶 的波谱图，可于3.22ppm 处见复合胆碱峰。图2c 为校对模型的定位图。图2d 为校对模型的波谱。以校对模型中的胆碱浓度为参照计算出的乳腺癌中的复合胆 碱浓度为0.82mM。
匀场是提高磁场整体均匀性的过程,其对成像质量的影 响是很重要的,良好的匀场不仅可以提高图像的信噪比, 而且还直接影响水脂信号抑制的成败。
目前对于匀场相对容易的脑部1H MRS应用较成熟,而 其他系统1H MRS的应用仍有限度。
乳腺肿瘤1H MRS应用的病理生化基础
研究发现,在恶性乳腺病变的MRS中经常会出现总胆碱 峰(tCho)。
近年来磁共振化学位移技术在提高空间分辨率方面已 经取得了很大的进步，3.0T比1.5T 1H MRS具有更 高的空间分辨率。
Mountford在8.5T设备上对乳腺肿瘤细针抽吸活检 标本1H MRS的研究中发现，恶性病变、有/无小叶浸 润的乳腺导管内原位癌以及良性病变的波谱特征各异, 有明显区别。
Hu等提出利用椭圆规序k空间编码结合螺旋形过滤的 1H MRSI技术提高了数据采集的效率,通过两个独立 的CHESS有效抑制了多余的水及脂肪峰。
新出现的回波过滤抑制技术已应用于人脑, 将多余信号 完全抑制。经改良现成功用于富含脂肪的软组织的1H MRSI研究中,有望在乳腺中得到应用。
成像时间
目前在体乳腺1H MRS的空间定位技术和脉冲序列设 计主要有三种：射频梯度定域频谱技术 、单体素(SV) MRS和化学位移成像的序列设计。
单体素MRS的序列设计主要包括点分辨波谱法 (PRESS)及激励回波探测法(STEAM) 。
化学位移成像的序列设计又称频谱成像(SI),属 多体素成像技术,可在一个时间段内获得多个数 据,数据以图像和波谱的形式在一幅图中表现。
MRSI应用面临的重要问题之一是缩短成像时间。 与单体素数据采集相比MRSI所需时间更长。 近年的研究认为在MRSI中使用椭圆规序k空间编码结
合螺旋形过滤可以克服这一缺陷。 对于12×12×83D数据集, TR为1.5～4秒, 时间需12
分30秒,而传统的k空间填充则需115分10秒。
由于1H MRS的影响因素相对较多,目前还 不能独立用于临床诊断,结合常规MR表现 及DCE-MRI，能起到良好互补作用，极大 提高诊断的敏感性与特异性。
目前动态增强MRI有利于转移淋巴结的检出,但假阳性 率高。
有学者在体的1H MRS研究中发现,甘油磷酸胆碱磷酸 二酯(GPC-PC)、胆碱、乳酸、丙氨酸和二磷酸尿苷 葡萄糖水平在淋巴结转移中明显增高。
GPC-PC/苏氨酸比率也明显增高,用这个作标记, 检测 淋巴结转移的灵敏度、特异度、准确度分别为80%、 91%、88%。
乳腺肿瘤1H磁共振波谱 简介及应用现状
简介
与常规MRI不同，乳腺1H MRS能够定量分析 乳腺病变内各种代谢物浓度，而获得高质量波 谱的关键是1H MRS成像技术的改进。作者主 要从乳腺1H MRS应用现状、技术限度及改进 等方面的近况进行综述。
概述
乳腺癌是妇女最常见的恶性肿瘤之一。 影像检查在乳腺癌的早期发现、诊断有重要作用。 乳腺MR尤其是DCE-MRI明显提高了诊断的敏感性，
MRS诊断乳腺癌的敏感度和特异度为83%、85%。 总胆碱(tCho)包括甘油磷酸胆碱(GPcho)、磷酸胆碱
(Pcho)和磷脂酰胆碱(PtdCho)。
胆碱是体内一种反映细胞增生的生物学标记。正常人 类乳腺上皮细胞中含量很少,哺乳时其代谢的水平增加, 可浓缩胆碱及其代谢物,造成含量增加。
癌细胞迅速生长和增殖加速了细胞膜的合成是造成胆 碱含量较正常及良性组织增高的主要原因。
但特异性不高，限制其的进一步应用。 1H MRS可以无创的定性、定量分析病变的代谢物浓
度,对诊断有较高的敏感性和特异性。
乳腺肿瘤1H MRS成像关键技术
1.抑水。 2.抑脂。 3.空间定位。 4.匀场。
所测感兴趣区的代谢物信号强度远低于水或脂质的信号 强度(约达1万倍数量级)，为保代谢物信号不被干扰必 需对水或脂质信号进行充分的抑制。
如何提高诊断的特异度？ 有学者认为多种MR检查联合有助于提高特异度。 Huang等在常规动态增强MRI基础上联合单体素1H
MRS后诊断特异度由62.5%提高到87.5% ,再联合 T2*灌注成像后诊断特异度到100%。
诊断腋窝淋巴结转移
腋窝淋巴结的评价对乳癌分期和治疗意义重大,准确判 断转移程度可降低淋巴结清扫术后并发症的发生率, 且 有助于选择治疗方案以减少病人负担。
浸润性导管癌，时间信号曲线呈 I 型，于3. 23 ppm可探及明显Cho峰
谢谢
空间分辨率提高后的1H MRS仅有助于明确动 态增强MRI发现的病变性质,而且还能在常规 MRI基础上更全面的发现病灶。
目前应用2D或3D成像提高空间分辨率在脑部 肿瘤的研究已较为普遍,而对于乳腺肿瘤的研究 尚处于探索阶段。
信噪比
1H MRS乳腺肿瘤中的胆碱信号受MR扫描信噪比的影 响。提高胆碱信噪比的方法有采用高场强扫描系统 (>1.5T) 、改进MR脉冲序列、研究更适合乳腺波谱检 查的表面线圈及相应的处理软件等
脂质
乳腺因含有大量的脂肪组织,很难达到良好的匀 场;匀场不均匀会导致谱线增宽、SNR降低。过 高的脂峰还会产生伪影进而干扰tCho的测量。
Bolan等研究认为,使用零频率扫描或使用不同TE获得 的平均波谱可以区分出非耦合代谢产物与脂肪峰,进而 提高1H MRS对胆碱的敏感性。利用反转恢复序列及 传统的k空间选择虽然可以抑制强大的脂质峰,但同时 又会抑制tCho峰。
1H MRS可以观测到乳腺病变发生形态学变化之前的 细胞内代谢化合物的变化。
Jaganathan等首先报道了通过观察tCho含量的变化 反映乳腺癌对治疗后的反应情况。
Kumar通过1H MRS对33例乳腺原位癌患者的化疗 后反应研究认为,接受NACT治疗前后的病人原发肿瘤 体积变小的同时其水脂比的减低亦有显著性差异。
乳腺癌细胞较正常乳腺上皮细胞中磷酸胆碱、 胆碱复合物含量升高,可达正常组织的10余倍, 而甘油磷酸胆碱含量明显减少。
Glunde发现胆碱激酶和磷脂酶C活性明显升高, 磷脂酶(B、A2、D)活性则明显降低,细胞膜甘 油磷酸胆碱向胆碱和磷酸胆碱转化增加。
对乳腺细胞的体外MRS研究发现,在成为恶性 表型时,乳腺上皮细胞表现出磷酸胆碱和胆碱复 合物含量的升高，并出现由高甘油磷酸胆碱/ 低磷酸胆碱向低甘油磷酸胆/高磷酸胆碱转变, 胆碱水平升高表明了组织从正常到致癌基因转 化进而到形成肿瘤组织演进的过程。
空间分辨率。 信噪比。 脂质。 成像时间。
目前, 1H MRS诊断乳腺肿瘤的敏感度主要受到技术 的限制,尤其对含胆碱浓度不高的癌,其检测受到的技术 限制更明显。
应用1H MRS评价肿瘤化疗后疗效时,同样会受到技术 的挑战。
治疗后由于肿瘤体积缩小的方式不同,体素放置的位置 及患者的轻微运动,都可能造成结果的偏差。
乳腺肿瘤1H MRS的临床应用现状
鉴别乳腺肿瘤的良恶性。 诊断腋窝淋巴结转移。 早期评估乳腺癌疗效和判断预后。
鉴别乳腺肿瘤的良恶性
早期明确乳腺疾病的良恶性是研究的热点之一。 Roebuck首先提出tCho含量可作为鉴别恶性肿瘤的指
标,随后又有多个研究得出相似的结论。 Katz利用检测tCho含量的诊断敏感度和特异度分别为
Meisamy等在对首次剂量使用阿霉素化疗方案的原位 癌乳腺病人治疗前后24小时tCho含量变化的研究中发 现,在最先的13例患者中治疗前后24小时tCho含量的 变化与第四个化疗周期结束后病变大小的变化呈显著 正相关, 且tCho含量的变化在对治疗有效和无效者之 间有显著性差异。
乳腺肿瘤波谱应用中的技术限度及改进
Dreher等在空间定位RARE和化学位移编码技术基础 上采用4.7T研究了健康小鼠的脑组织,获得了一种新的 快速MRS技术。
Katz等建议使用长回波时间(135～270ms)以增强胆 碱信号的显示,并且减少脂肪信号的重叠。应用更适合 乳腺检查的线圈可提高胆碱复合物的检测,其中多通道 相控阵线圈能明显提高图像SNR。
因此,只有改进技术,提高信噪比,使其有更好的可重复 性,有更高的灵敏度,才能提高乳腺1H MRS 的临床应 用价值。
空间分辨率
1H MRS的临床应用受限之一是空间分辨率较低,尤其 采用单体素技术的分辨率更低(>1.5cm3)。
Katz研究认为MRS对于乳腺疾病的诊断特异度主要依 赖于肿瘤的大小,体积太小其所含胆碱成分难检测出来， 且组织的不均一性和部分容积效应会影响单体素成像中 像素的测量而降低准确性。
83%、85%, 在年轻患者两者均接近100%。
研究发现在正常哺乳期妇女的乳腺组织和 许多良性病变如纤维腺瘤、乳腺增生的亦 有tCho峰。
理论上MRS对于哺乳期良恶性乳腺肿瘤 的鉴别仍有困难,但哺乳期的恶性肿瘤在 发生率是很低。
Stanwell在40例非哺乳期健康者1.5T 1H MRS的研究：3例于3.28ppm处出现胆碱峰,与 在乳腺癌病例中胆碱峰出现在3.22ppm不同,且 发现高场下的正常乳腺组织常能检测到胆碱峰。
早期评估乳腺癌疗效和判断预后
新辅助化疗日益被乳癌患者接受并用于保乳术前。 应用新辅助化疗的同时需要早期发现肿瘤对药物的反应,
从而及时调整用药,避免耐药性的产生。 常规检查(如体格检查、超声、钼靶X 线) 在观测肿瘤对
药物的反应中可靠性不佳。
常规MRI也只是通过对肿瘤大小、形态及信号变化等 与治疗反应相关指标的观察而用于治疗的监测, 要在新 辅助化疗6周后才能发现相应改变。
图1 乳腺癌及其参照模型的波谱。图1a 为DWI 定位像。图1b 为该病 灶的波谱图，可于3.22ppm 处见复合胆碱峰。图1c 为校对模型的定位 图。图1d 为校对模型的波谱。以校对模型中的胆碱浓度为参照计算出的 乳腺癌中的复合胆碱浓度为2.88mM。
图2 乳腺纤维腺瘤及其参照模型的波谱。图2a 为DWI 定位像。图2b 为该病灶 的波谱图，可于3.22ppm 处见复合胆碱峰。图2c 为校对模型的定位图。图2d 为校对模型的波谱。以校对模型中的胆碱浓度为参照计算出的乳腺癌中的复合胆 碱浓度为0.82mM。
匀场是提高磁场整体均匀性的过程,其对成像质量的影 响是很重要的,良好的匀场不仅可以提高图像的信噪比, 而且还直接影响水脂信号抑制的成败。
目前对于匀场相对容易的脑部1H MRS应用较成熟,而 其他系统1H MRS的应用仍有限度。
乳腺肿瘤1H MRS应用的病理生化基础
研究发现,在恶性乳腺病变的MRS中经常会出现总胆碱 峰(tCho)。
近年来磁共振化学位移技术在提高空间分辨率方面已 经取得了很大的进步，3.0T比1.5T 1H MRS具有更 高的空间分辨率。
Mountford在8.5T设备上对乳腺肿瘤细针抽吸活检 标本1H MRS的研究中发现，恶性病变、有/无小叶浸 润的乳腺导管内原位癌以及良性病变的波谱特征各异, 有明显区别。
Hu等提出利用椭圆规序k空间编码结合螺旋形过滤的 1H MRSI技术提高了数据采集的效率,通过两个独立 的CHESS有效抑制了多余的水及脂肪峰。
新出现的回波过滤抑制技术已应用于人脑, 将多余信号 完全抑制。经改良现成功用于富含脂肪的软组织的1H MRSI研究中,有望在乳腺中得到应用。
成像时间
目前在体乳腺1H MRS的空间定位技术和脉冲序列设 计主要有三种：射频梯度定域频谱技术 、单体素(SV) MRS和化学位移成像的序列设计。
单体素MRS的序列设计主要包括点分辨波谱法 (PRESS)及激励回波探测法(STEAM) 。
化学位移成像的序列设计又称频谱成像(SI),属 多体素成像技术,可在一个时间段内获得多个数 据,数据以图像和波谱的形式在一幅图中表现。
MRSI应用面临的重要问题之一是缩短成像时间。 与单体素数据采集相比MRSI所需时间更长。 近年的研究认为在MRSI中使用椭圆规序k空间编码结
合螺旋形过滤可以克服这一缺陷。 对于12×12×83D数据集, TR为1.5～4秒, 时间需12
分30秒,而传统的k空间填充则需115分10秒。
由于1H MRS的影响因素相对较多,目前还 不能独立用于临床诊断,结合常规MR表现 及DCE-MRI，能起到良好互补作用，极大 提高诊断的敏感性与特异性。
目前动态增强MRI有利于转移淋巴结的检出,但假阳性 率高。
有学者在体的1H MRS研究中发现,甘油磷酸胆碱磷酸 二酯(GPC-PC)、胆碱、乳酸、丙氨酸和二磷酸尿苷 葡萄糖水平在淋巴结转移中明显增高。
GPC-PC/苏氨酸比率也明显增高,用这个作标记, 检测 淋巴结转移的灵敏度、特异度、准确度分别为80%、 91%、88%。
乳腺肿瘤1H磁共振波谱 简介及应用现状
简介
与常规MRI不同，乳腺1H MRS能够定量分析 乳腺病变内各种代谢物浓度，而获得高质量波 谱的关键是1H MRS成像技术的改进。作者主 要从乳腺1H MRS应用现状、技术限度及改进 等方面的近况进行综述。
概述
乳腺癌是妇女最常见的恶性肿瘤之一。 影像检查在乳腺癌的早期发现、诊断有重要作用。 乳腺MR尤其是DCE-MRI明显提高了诊断的敏感性，
MRS诊断乳腺癌的敏感度和特异度为83%、85%。 总胆碱(tCho)包括甘油磷酸胆碱(GPcho)、磷酸胆碱
(Pcho)和磷脂酰胆碱(PtdCho)。
胆碱是体内一种反映细胞增生的生物学标记。正常人 类乳腺上皮细胞中含量很少,哺乳时其代谢的水平增加, 可浓缩胆碱及其代谢物,造成含量增加。
癌细胞迅速生长和增殖加速了细胞膜的合成是造成胆 碱含量较正常及良性组织增高的主要原因。
但特异性不高，限制其的进一步应用。 1H MRS可以无创的定性、定量分析病变的代谢物浓
度,对诊断有较高的敏感性和特异性。
乳腺肿瘤1H MRS成像关键技术
1.抑水。 2.抑脂。 3.空间定位。 4.匀场。
所测感兴趣区的代谢物信号强度远低于水或脂质的信号 强度(约达1万倍数量级)，为保代谢物信号不被干扰必 需对水或脂质信号进行充分的抑制。
如何提高诊断的特异度？ 有学者认为多种MR检查联合有助于提高特异度。 Huang等在常规动态增强MRI基础上联合单体素1H
MRS后诊断特异度由62.5%提高到87.5% ,再联合 T2*灌注成像后诊断特异度到100%。
诊断腋窝淋巴结转移
腋窝淋巴结的评价对乳癌分期和治疗意义重大,准确判 断转移程度可降低淋巴结清扫术后并发症的发生率, 且 有助于选择治疗方案以减少病人负担。
浸润性导管癌，时间信号曲线呈 I 型，于3. 23 ppm可探及明显Cho峰
谢谢
空间分辨率提高后的1H MRS仅有助于明确动 态增强MRI发现的病变性质,而且还能在常规 MRI基础上更全面的发现病灶。
目前应用2D或3D成像提高空间分辨率在脑部 肿瘤的研究已较为普遍,而对于乳腺肿瘤的研究 尚处于探索阶段。
信噪比
1H MRS乳腺肿瘤中的胆碱信号受MR扫描信噪比的影 响。提高胆碱信噪比的方法有采用高场强扫描系统 (>1.5T) 、改进MR脉冲序列、研究更适合乳腺波谱检 查的表面线圈及相应的处理软件等
脂质
乳腺因含有大量的脂肪组织,很难达到良好的匀 场;匀场不均匀会导致谱线增宽、SNR降低。过 高的脂峰还会产生伪影进而干扰tCho的测量。
Bolan等研究认为,使用零频率扫描或使用不同TE获得 的平均波谱可以区分出非耦合代谢产物与脂肪峰,进而 提高1H MRS对胆碱的敏感性。利用反转恢复序列及 传统的k空间选择虽然可以抑制强大的脂质峰,但同时 又会抑制tCho峰。
1H MRS可以观测到乳腺病变发生形态学变化之前的 细胞内代谢化合物的变化。
Jaganathan等首先报道了通过观察tCho含量的变化 反映乳腺癌对治疗后的反应情况。
Kumar通过1H MRS对33例乳腺原位癌患者的化疗 后反应研究认为,接受NACT治疗前后的病人原发肿瘤 体积变小的同时其水脂比的减低亦有显著性差异。
乳腺癌细胞较正常乳腺上皮细胞中磷酸胆碱、 胆碱复合物含量升高,可达正常组织的10余倍, 而甘油磷酸胆碱含量明显减少。
Glunde发现胆碱激酶和磷脂酶C活性明显升高, 磷脂酶(B、A2、D)活性则明显降低,细胞膜甘 油磷酸胆碱向胆碱和磷酸胆碱转化增加。
对乳腺细胞的体外MRS研究发现,在成为恶性 表型时,乳腺上皮细胞表现出磷酸胆碱和胆碱复 合物含量的升高，并出现由高甘油磷酸胆碱/ 低磷酸胆碱向低甘油磷酸胆/高磷酸胆碱转变, 胆碱水平升高表明了组织从正常到致癌基因转 化进而到形成肿瘤组织演进的过程。
空间分辨率。 信噪比。 脂质。 成像时间。
目前, 1H MRS诊断乳腺肿瘤的敏感度主要受到技术 的限制,尤其对含胆碱浓度不高的癌,其检测受到的技术 限制更明显。
应用1H MRS评价肿瘤化疗后疗效时,同样会受到技术 的挑战。
治疗后由于肿瘤体积缩小的方式不同,体素放置的位置 及患者的轻微运动,都可能造成结果的偏差。
乳腺肿瘤1H MRS的临床应用现状
鉴别乳腺肿瘤的良恶性。 诊断腋窝淋巴结转移。 早期评估乳腺癌疗效和判断预后。
鉴别乳腺肿瘤的良恶性
早期明确乳腺疾病的良恶性是研究的热点之一。 Roebuck首先提出tCho含量可作为鉴别恶性肿瘤的指
标,随后又有多个研究得出相似的结论。 Katz利用检测tCho含量的诊断敏感度和特异度分别为
Meisamy等在对首次剂量使用阿霉素化疗方案的原位 癌乳腺病人治疗前后24小时tCho含量变化的研究中发 现,在最先的13例患者中治疗前后24小时tCho含量的 变化与第四个化疗周期结束后病变大小的变化呈显著 正相关, 且tCho含量的变化在对治疗有效和无效者之 间有显著性差异。
乳腺肿瘤波谱应用中的技术限度及改进