最新mrs磁共振波谱(修改版讲学课件
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最新mrs磁共振波谱(修改版讲学课件
SV氢质子MRS特点
覆盖范围有限，一次采集只能分析一个区 域，适用于局限性病变，后颅窝病变 采集时间短，一般3~5分钟
MV氢质子MRSI
2D PROBE-SI 3D Focal PROBE-SI Full coverage MRSI和UltroPROBE-SI
MV氢质子脑MRSI的特点
单体素点分辨波谱法（PRESS ）
成像参数 TR 1500ms
TE 35ms或144ms Voxel size 15~20mm NEX 8 Scan time 3‘40“
参数选择对MRS的影响
SNR Cho/cr Naa/cr Scan time sensitivity
采集次数增加
_
_
体素大小
_
_
_
TR延长
—
—
TE延长
_
不同TE对波谱的影响（ PRESS ）
TE=35ms
TE=144ms
不同TE对波谱的影响（PRESS）
短TE：检测代谢物种类多，如脂质、谷氨酰 胺和肌醇只有在短TE才能检出 ，便于测量 短T2的物质。缺点是基线不够稳定。 长TE：检测代谢物种类少，基线稳定，常用 于肿瘤性病变。因为TE=144ms 时易于显示 胆碱和乳酸峰，此时乳酸峰反转于基线下。
PET 光学成像技术 功能磁共振成像（fMRI）
灌注成像：外源性灌注成像（PWI） 内源性，血氧水平依赖法（BOLD）
脑功能成像
测量脑内化合物 测量脑局部代谢和血氧变化 测量脑内神经元活动
测量脑内神经元活动
脑电图（EEG） 脑磁图（MEG） 事件相关电位（ERP）
磁共振功能成像
磁共振波谱（MRS） 扩散加权成像（扩散张量成像，DTI） 灌注成像：
《核磁共振波谱法》PPT课件
采样间隔
扫描次数
选择适当的采样间隔，以确保谱图的准确 性和分辨率。
增加扫描次数可以提高谱图的信噪比，但 也会增加实验时间。因此，需要权衡信噪 比和实验时间，选择适当的扫描次数。
定性分析与定量分析
定性分析
通过比较已知样品和未知样品的NMR谱图，确定未知样品的组成和结构。
定量分析
通过测量样品中不同组分的峰面积或峰高，计算各组分的含量。需要建立标准 曲线或使用内标法进行定量分析。
样品稳定性
确保样品在NMR实验过程中保 持稳定，避免由于化学变化导 致谱图失真。
样品溶剂
选择适当的溶剂，以保证样品 的溶解和稳定性，同时避免对
NMR谱图产生干扰。
实验参数的选择与优化
磁场强度
脉冲宽度
根据实验需求选择适当的磁场强度，以提 高检测灵敏度和分辨率。
选择合适的脉冲宽度，以获得最佳的信号 强度和分辨率。
《核磁共振波谱法》ppt课件
汇报人：可编辑 2024-01-11
目录
• 核磁共振波谱法概述 • 核磁共振波谱法的基本原理 • 核磁共振波谱仪 • 核磁共振波谱法的实验技术 • 核磁共振波谱法的应用实例
01
核磁共振波谱法概述
定义与原理
定义
核磁共振波谱法是一种利用核磁共振现象进行物质结构和动力学研究的分析方法 。
化学位移是由于不同化学环境中的原子核受到不 同程度的磁场扰动，导致其能级分裂的差异。
通过测量化学位移，可以推断出原子核所处的化 学环境，进而确定分子的结构。
耦合与裂分
当两个或多个相邻的原子核相互作用 时，它们之间的能级会发生耦合，导 致谱线裂分。
通过分析裂分的谱线，可以进一步解 析分子内部的相互作用和结构信息。
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。
分析化学NMRS核磁共振课件（精品）
(2) I=1 或 I >0的原子核 I=1 ：2H，14N I=3/2: 11B，35Cl，79Br，81Br I=5/2：17O，127I
这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分布不均 匀，共振吸收复杂，研究应用较少；
(3)Ｉ＝1/2的原子核: 1H，13C，19F，31P
μG
原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自 旋，有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象，C，H也 是有机化合物的主要组成元素。
(1) υ L= υ 0
(2) △m=+ 1 跃迁只能发生在两个相邻 能级间。
例 : 1H
m=1/2
基态
I=1/2
△m=-1
△m=1
m=-1/2
激发态
只有两个能级，跃迁简单。
讨论：
由 ν0 = ν = γ H0 / (2π )可知： （1）对于同一种核 ，磁旋比γ 为定值， H0
变，射频频率ν变。
核磁矩
• 原子核自旋产生自旋角动量，以P表示。
h P = I(I + 1)
μG
2π
h 普朗克常数， I 原子核自旋量子数。
• 核自旋产生磁矩，服从右手法则，其大小和自旋角动量 成正比。
μ =γP
（γ磁旋比）
二．能级分裂
把原子核放在磁场中，核磁矩有2I+1个 取向。每一个取向代表一个分裂的能 级，而每个取向的核磁矩在外磁场方向z 的投影µz为： µz=m · γ · h/2π （m—每个取向的磁量子
一．局部抗磁屏蔽效应Shielding effect ：
由于感应磁场与外磁场方向相反，使原子核受
磁场强度稍有降低的现象为局部抗磁屏蔽效应。
H =(1-σ)·H0 σ—屏蔽常数
这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分布不均 匀，共振吸收复杂，研究应用较少；
(3)Ｉ＝1/2的原子核: 1H，13C，19F，31P
μG
原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自 旋，有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象，C，H也 是有机化合物的主要组成元素。
(1) υ L= υ 0
(2) △m=+ 1 跃迁只能发生在两个相邻 能级间。
例 : 1H
m=1/2
基态
I=1/2
△m=-1
△m=1
m=-1/2
激发态
只有两个能级，跃迁简单。
讨论：
由 ν0 = ν = γ H0 / (2π )可知： （1）对于同一种核 ，磁旋比γ 为定值， H0
变，射频频率ν变。
核磁矩
• 原子核自旋产生自旋角动量，以P表示。
h P = I(I + 1)
μG
2π
h 普朗克常数， I 原子核自旋量子数。
• 核自旋产生磁矩，服从右手法则，其大小和自旋角动量 成正比。
μ =γP
（γ磁旋比）
二．能级分裂
把原子核放在磁场中，核磁矩有2I+1个 取向。每一个取向代表一个分裂的能 级，而每个取向的核磁矩在外磁场方向z 的投影µz为： µz=m · γ · h/2π （m—每个取向的磁量子
一．局部抗磁屏蔽效应Shielding effect ：
由于感应磁场与外磁场方向相反，使原子核受
磁场强度稍有降低的现象为局部抗磁屏蔽效应。
H =(1-σ)·H0 σ—屏蔽常数
磁共振波谱mrs临床应用聂林ppt课件
脑部感染性病变 LAC峰升高明显， NAA，Cr，Cho下降不明显。
病例分析
M，23，临床诊断胶质瘤， 经抗炎缓解
脑膜瘤
脑外肿瘤，其特点为： Cho 显著增高，Cr明显降低 NAA消失 “M” peak Ala出现
病 例 分 析
病
例
分 析
脑梗塞
急性期: 梗塞区 NAA显著降低, Cho及Cr亦降低 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
二者结合有利于癫痫灶术前准确定位
多发性硬化(MS)
以前认为MS是由于轴突脱髓鞘致 传导通路阻断是MS引起神经损害的主 要原因。现通过MRS研究认为轴突功 能损害是主要原因。
病理生理
活动期
Cho↑ Lipid↑ (markers of demyelination)
Lac ↑
(marker of acute inflammatory reaction)
钙等阳离子通过细胞和维持神经膜的兴奋性有关 • 仅存在于神经元内，而不会出现于胶质细胞，是神经元密度
和生存的标志 • 含量多少反映神经元的功能状况，降低的程度反映了其受损
的大小
中枢神经系统MRS代谢物
肌酸（Creatine） • 正常脑组织1H MRS中的第二大峰，位于3.03ppm附近，有时
在3.94ppm 处可见其附加峰（PCr） • 此代谢物是脑细胞能量依赖系统的标志 • 能量代谢的提示物，在低代谢状态下增加，在高代谢状态下
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的神经元自身溶解 ，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
病例分析
M，23，临床诊断胶质瘤， 经抗炎缓解
脑膜瘤
脑外肿瘤，其特点为： Cho 显著增高，Cr明显降低 NAA消失 “M” peak Ala出现
病 例 分 析
病
例
分 析
脑梗塞
急性期: 梗塞区 NAA显著降低, Cho及Cr亦降低 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
二者结合有利于癫痫灶术前准确定位
多发性硬化(MS)
以前认为MS是由于轴突脱髓鞘致 传导通路阻断是MS引起神经损害的主 要原因。现通过MRS研究认为轴突功 能损害是主要原因。
病理生理
活动期
Cho↑ Lipid↑ (markers of demyelination)
Lac ↑
(marker of acute inflammatory reaction)
钙等阳离子通过细胞和维持神经膜的兴奋性有关 • 仅存在于神经元内，而不会出现于胶质细胞，是神经元密度
和生存的标志 • 含量多少反映神经元的功能状况，降低的程度反映了其受损
的大小
中枢神经系统MRS代谢物
肌酸（Creatine） • 正常脑组织1H MRS中的第二大峰，位于3.03ppm附近，有时
在3.94ppm 处可见其附加峰（PCr） • 此代谢物是脑细胞能量依赖系统的标志 • 能量代谢的提示物，在低代谢状态下增加，在高代谢状态下
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的神经元自身溶解 ，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
核磁共振波谱法讲义课件
环境科学中的应用
总结词
核磁共振波谱法在环境科学中也有重要的应 用。
详细描述
核磁共振波谱法可用于研究环境中的污染物 和天然有机物。通过测量水中、土壤中、大 气中有机污染物的核磁共振信号，核磁共振 波谱法能够提供关于污染物的种类、浓度和 分布的信息。此外，核磁共振波谱法还可用 于研究天然有机物（如腐殖质）的组成和降
多维核磁共振技术
多维核磁共振技术是一种通 过使用多个频率和磁场分量 来解析核磁共振信号的技术
。
通过多维核磁共振技术，可 以获得更丰富的化学位移信 息和耦合常数信息，从而更
好地解析分子结构。
多维核磁共振技术被广泛应 用于有机化学、材料科学等 领域，对于研究有机分子结 构、材料组成等具有重要意 义。
06 核磁共振波谱法实验操作演示
药物代谢与动力学研究
总结词
核磁共振波谱法在药物代谢与动力学研 究中具有广泛的应用。
VS
详细描述
核磁共振波谱法可用于研究药物在体内的 代谢过程和动力学行为，进而揭示药物的 作用机制和药效。通过测量药物分子在不 同时间点的代谢产物和浓度，核磁共振波 谱法能够提供关于药物吸收、分布、代谢 和排泄的重要信息，有助于新药开发和优 化治疗方案。
耦合常数
测量相邻原子核间自旋作用的强度和方向，揭示分子结构中的空间构型和相互作用。
04 核磁共振波谱法的实验技术应用
CHAPTER
有机化合物的结构鉴定
要点一
总结词
核磁共振波谱法是一种常用的实验技术，可用于有机化合 物的结构鉴定。
要点二
详细描述
核磁共振波谱法是一种基于核自旋磁矩的实验技术，通过 测量原子核在磁场中的共振频率来确定分子的结构。在有 机化合物的结构鉴定中，核磁共振波谱法可用于确定分子 中各原子的连接方式和化学环境，进而推断出分子的三维 结构。常见的核磁共振波谱法包括一维和二维核磁共振谱 ，其中二维核磁共振谱能够提供更丰富的结构信息。
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。
脑肿瘤磁共振波谱MRS和PWI灌注成像PPT课件
长回波（270-288ms）
因代谢物T2衰减 NAA Cho和Cr信号低 信/噪比低
7/5/2019
30
rCBV
rCBV
左顶叶复发性高级别胶质瘤 体素位置 rCBV增加
第1-2行肿瘤波谱 明显胆碱升高 长回波信/噪比低 乳酸峰倒置 肌醇 Glx 脂质峰短TE 易鉴别 高
Glx（ 2.05-2.5 ppm ）假NAA峰 长回波不明显
3.7
脑肿瘤MR波谱和灌注成像病理生理和神经化学
脑肿ds 升高 NAA Cr 降低
脑肿瘤中Cho 改变
Cho水平 与肿瘤细胞密度 肿瘤级别 有无坏死有关 Cho升高 见于肿瘤
由于细胞膜翻转和增生 细胞膜破坏释放磷酸胆碱和甘油磷酸胆碱及其代谢物合 成是Cho升高的生物学基础
血管内皮生长因子(VEGF)血管渗透性因子(VPF)
与肿瘤新生血管有关 肿瘤生长的重要介质
灌注MRI 能直接探测与组织学相关的CBV和血管渗透性
7/5/2019
5
脑肿瘤MR波谱和灌注成像病理生理和神经化学
DSC MRI测量脑血流量困难（需测动脉输入功能） DSC MRI 和动脉自旋标记技术结合
7/5/2019
25
成像技术和脉冲序列
动态磁敏感对比增强灌注MRI(DSC MRI)
序列 自旋回波-梯度回波
对比剂通过微血管使T2和T2* 变化
自旋和梯度回波能测量CBV
对比剂标准剂量(0.1 mmol/kg）
正常脑白质传递信号失去约25%
SE T2WI 不敏感
需要2-4倍对比剂量才产生信号变化
代谢物 ppm
亮氨酸，异 亮氨酸，缬 丙氨酸 氨酸
Leucine, isoleucine, valine
因代谢物T2衰减 NAA Cho和Cr信号低 信/噪比低
7/5/2019
30
rCBV
rCBV
左顶叶复发性高级别胶质瘤 体素位置 rCBV增加
第1-2行肿瘤波谱 明显胆碱升高 长回波信/噪比低 乳酸峰倒置 肌醇 Glx 脂质峰短TE 易鉴别 高
Glx（ 2.05-2.5 ppm ）假NAA峰 长回波不明显
3.7
脑肿瘤MR波谱和灌注成像病理生理和神经化学
脑肿ds 升高 NAA Cr 降低
脑肿瘤中Cho 改变
Cho水平 与肿瘤细胞密度 肿瘤级别 有无坏死有关 Cho升高 见于肿瘤
由于细胞膜翻转和增生 细胞膜破坏释放磷酸胆碱和甘油磷酸胆碱及其代谢物合 成是Cho升高的生物学基础
血管内皮生长因子(VEGF)血管渗透性因子(VPF)
与肿瘤新生血管有关 肿瘤生长的重要介质
灌注MRI 能直接探测与组织学相关的CBV和血管渗透性
7/5/2019
5
脑肿瘤MR波谱和灌注成像病理生理和神经化学
DSC MRI测量脑血流量困难（需测动脉输入功能） DSC MRI 和动脉自旋标记技术结合
7/5/2019
25
成像技术和脉冲序列
动态磁敏感对比增强灌注MRI(DSC MRI)
序列 自旋回波-梯度回波
对比剂通过微血管使T2和T2* 变化
自旋和梯度回波能测量CBV
对比剂标准剂量(0.1 mmol/kg）
正常脑白质传递信号失去约25%
SE T2WI 不敏感
需要2-4倍对比剂量才产生信号变化
代谢物 ppm
亮氨酸，异 亮氨酸，缬 丙氨酸 氨酸
Leucine, isoleucine, valine
头颅磁共振波谱MRS
4、通常在Lac 峰出现后,脑梗死病灶才 有NAA 峰下降;
5、Cr 和Cho 峰的改变不如Lac 和NAA 那样恒定，急性期胆碱复合物升高,升 高的区域多见于白质区梗死的病灶,反 映了细胞磷酯膜结构和髓鞘的崩解。
脑卒中
NAA降低，Lac明显升高(倒置)
根据检测体素分类：MRS有两种方法 ：单体素MRS (single voxel MRS)和多 体素MRS(multi voxel MRS)。
单体素质子谱可以选择性采集一个感 兴趣区体素的谱线，而多体素质子谱 可以在一次数据采集中获得感兴趣区 中多个体素的谱线，可以同时反映多 个部位代谢物的空间分布。
脑梗塞
MRS 可用于急性和超急性脑梗死的诊 断,脑梗死病灶发生以下代谢改变:
1、在常规MRI 未见异常改变时,MRS 即 能早期发现Lac 峰。
2、对发病24h、梗死区在T2WI 上呈高 信号者,MRS 出现Lac 峰的范围常大于 T2WI 的病灶范围。
3、脑梗死病灶一旦出现Lac 峰,可持续 数天～数周不等,峰值随时间推移逐渐 下降。
肿瘤 1、胶质瘤 2、转移瘤 3、淋巴瘤
共同点：为NAA下降、Cho 上升、 Cho/ Cr 升高, 可出现Lip 、L的升高而减低。
2、由于缺乏Cr激酶, 转移瘤中Cr较高级别胶 质瘤减低更明显甚至是消失的，Cho/Cr之 间存在显著差异。
3、淋巴瘤Cho 值可以高于正常脑组织3 倍 并伴随明显高耸的Lip峰( 被认为是其标志) 。L ip 升高可能与淋巴瘤富含脂质有关。
脑肿瘤MRI波谱分析：病灶区Ｃho升高， 1.33ppm出现倒置双峰乳酸峰
胼胝体胶质瘤氢质子波谱，1.3ppm处 出现Ｌip峰，为肿瘤坏死所致
脑膜瘤的氢质子波谱(NAA降低，Cho升高)
5、Cr 和Cho 峰的改变不如Lac 和NAA 那样恒定，急性期胆碱复合物升高,升 高的区域多见于白质区梗死的病灶,反 映了细胞磷酯膜结构和髓鞘的崩解。
脑卒中
NAA降低，Lac明显升高(倒置)
根据检测体素分类：MRS有两种方法 ：单体素MRS (single voxel MRS)和多 体素MRS(multi voxel MRS)。
单体素质子谱可以选择性采集一个感 兴趣区体素的谱线，而多体素质子谱 可以在一次数据采集中获得感兴趣区 中多个体素的谱线，可以同时反映多 个部位代谢物的空间分布。
脑梗塞
MRS 可用于急性和超急性脑梗死的诊 断,脑梗死病灶发生以下代谢改变:
1、在常规MRI 未见异常改变时,MRS 即 能早期发现Lac 峰。
2、对发病24h、梗死区在T2WI 上呈高 信号者,MRS 出现Lac 峰的范围常大于 T2WI 的病灶范围。
3、脑梗死病灶一旦出现Lac 峰,可持续 数天～数周不等,峰值随时间推移逐渐 下降。
肿瘤 1、胶质瘤 2、转移瘤 3、淋巴瘤
共同点：为NAA下降、Cho 上升、 Cho/ Cr 升高, 可出现Lip 、L的升高而减低。
2、由于缺乏Cr激酶, 转移瘤中Cr较高级别胶 质瘤减低更明显甚至是消失的，Cho/Cr之 间存在显著差异。
3、淋巴瘤Cho 值可以高于正常脑组织3 倍 并伴随明显高耸的Lip峰( 被认为是其标志) 。L ip 升高可能与淋巴瘤富含脂质有关。
脑肿瘤MRI波谱分析：病灶区Ｃho升高， 1.33ppm出现倒置双峰乳酸峰
胼胝体胶质瘤氢质子波谱，1.3ppm处 出现Ｌip峰，为肿瘤坏死所致
脑膜瘤的氢质子波谱(NAA降低，Cho升高)
核磁共振波谱诊断脑瘤技术ppt课件
核磁共振波谱诊断脑瘤技术（化学指纹）
-
1
磁共振波谱(MRS)
MRS：是一种新兴的无创性体内观察组织代谢的方
法,在脑肿瘤的基础和临床研究中具有重要价值。在提 高脑肿瘤诊断准确率、鉴别肿瘤复发与放射治疗后坏 死、了解肿瘤的代谢特性及预测肿瘤临床进程等方面 具有重要意义,且能为临床制订合理的治疗方案提供帮 助。
-
9
三、正常图象分析
1、常见化合物的化学位移及其作用 NAA
Cr
Cho
Cr
Glx
Lac
3.9
3.2 3.0
2.4
2.0
-
1.3
ppm
10
（1）NAA——氮-乙酰天门冬氨 酸
位于2.0ppm 主要位于神经元上，是公认的神经元标志物， NAA降低往往提示神经元的脱失或功能障碍。
-
11
（2）Choline——胆碱复合物（甘油磷酸胆碱、磷 酸胆碱和胆碱）
-
20
脑肿瘤的波谱
实质内NAA消失或降低，Cho显著升高，Cr轻度 下降，可有Lac/Lip出现。
坏死囊变区内NAA、 Cho、 Cr均明显降低，伴 Lac 峰。
-
21
Cho Cr
NAA
T
Lip
Necrosis
E
normal
-
22
1.1、星形细胞瘤与急/亚急性脑梗塞的鉴别
星形细胞瘤、脑梗塞的1H MRS代谢物比值分析表
Cho/NAA
Cho/Cr
NAA/Cr
(Lac+Lip)/Cr
星 形 2.12±0.31* 2.26±0.76* 0.91±0.18
0.45±0.19
梗 塞 0.81±0.62
-
1
磁共振波谱(MRS)
MRS：是一种新兴的无创性体内观察组织代谢的方
法,在脑肿瘤的基础和临床研究中具有重要价值。在提 高脑肿瘤诊断准确率、鉴别肿瘤复发与放射治疗后坏 死、了解肿瘤的代谢特性及预测肿瘤临床进程等方面 具有重要意义,且能为临床制订合理的治疗方案提供帮 助。
-
9
三、正常图象分析
1、常见化合物的化学位移及其作用 NAA
Cr
Cho
Cr
Glx
Lac
3.9
3.2 3.0
2.4
2.0
-
1.3
ppm
10
（1）NAA——氮-乙酰天门冬氨 酸
位于2.0ppm 主要位于神经元上，是公认的神经元标志物， NAA降低往往提示神经元的脱失或功能障碍。
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11
（2）Choline——胆碱复合物（甘油磷酸胆碱、磷 酸胆碱和胆碱）
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20
脑肿瘤的波谱
实质内NAA消失或降低，Cho显著升高，Cr轻度 下降，可有Lac/Lip出现。
坏死囊变区内NAA、 Cho、 Cr均明显降低，伴 Lac 峰。
-
21
Cho Cr
NAA
T
Lip
Necrosis
E
normal
-
22
1.1、星形细胞瘤与急/亚急性脑梗塞的鉴别
星形细胞瘤、脑梗塞的1H MRS代谢物比值分析表
Cho/NAA
Cho/Cr
NAA/Cr
(Lac+Lip)/Cr
星 形 2.12±0.31* 2.26±0.76* 0.91±0.18
0.45±0.19
梗 塞 0.81±0.62
磁共振波谱技术(讲+全)
性格改变、行为异常、智能减退、神经错乱 扑翼样震颤、肌张力升高、病理征、共济失调
继发神经元功能异常、代谢异常、星形细 胞水肿、脑内锰异常沉积、脑水肿、神经 元脱失致脑萎缩
肝性脑病的临床诊断
认知功能改变 脑电图节律减慢 大脑神经生化/神经介质动态平衡失常
血氨水平异常 脑脊液的Glx、氨浓度异常
MRS较成熟的技术
应用于中枢神经系统及前列腺疾病
需要特殊的线圈及软件
31P在肌肉中及中枢神经系统的应用
其他核的波谱技术尚在临床研究阶段
13C、23Na
MRS可以看到什么？
MRS基本概念
不同化学结构中 的氢原子，其进 动频率不同 这种由于所处的 分子结构不同所 致的同一原子核 进动频率出现差 异的现象称之为 化学位移现象
左侧海马硬化
女 15岁，发作抽搐2年
痴呆的研究
男 72岁， 记忆力障碍8年， 阿尔茨海默病
精神疾患的研究
国外研究较多
精神分裂症 情感障碍（抑郁，焦虑 多动症等
形态学多正常，期望MRS提供有用的代谢物 质改变信息
总结
MRS可提供补充的信息 在某些疾病评价上增强诊断信心 更好的理解疾病的病生理状态 可以进行定量半定量的分析
磁共振波谱技术
张文博
MRS
MRS可以检出具有生理及病生理意义的代谢 物
在体、直接、无创
采集原理:与MRI相同，遵循Larmor定律
MRI：信号的变化随时间变化的函数 MRS：信号的振幅随频率分布的函数
原理
Larmor equation
继发神经元功能异常、代谢异常、星形细 胞水肿、脑内锰异常沉积、脑水肿、神经 元脱失致脑萎缩
肝性脑病的临床诊断
认知功能改变 脑电图节律减慢 大脑神经生化/神经介质动态平衡失常
血氨水平异常 脑脊液的Glx、氨浓度异常
MRS较成熟的技术
应用于中枢神经系统及前列腺疾病
需要特殊的线圈及软件
31P在肌肉中及中枢神经系统的应用
其他核的波谱技术尚在临床研究阶段
13C、23Na
MRS可以看到什么？
MRS基本概念
不同化学结构中 的氢原子，其进 动频率不同 这种由于所处的 分子结构不同所 致的同一原子核 进动频率出现差 异的现象称之为 化学位移现象
左侧海马硬化
女 15岁，发作抽搐2年
痴呆的研究
男 72岁， 记忆力障碍8年， 阿尔茨海默病
精神疾患的研究
国外研究较多
精神分裂症 情感障碍（抑郁，焦虑 多动症等
形态学多正常，期望MRS提供有用的代谢物 质改变信息
总结
MRS可提供补充的信息 在某些疾病评价上增强诊断信心 更好的理解疾病的病生理状态 可以进行定量半定量的分析
磁共振波谱技术
张文博
MRS
MRS可以检出具有生理及病生理意义的代谢 物
在体、直接、无创
采集原理:与MRI相同，遵循Larmor定律
MRI：信号的变化随时间变化的函数 MRS：信号的振幅随频率分布的函数
原理
Larmor equation
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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
选择检查方法：单体素和多体素 具体的步骤：扫描参数、定位、饱和 带、预扫描匀场、数据采集、后处理 分析
兴趣区定位对MRS的影响
兴趣区大小直接影响波谱曲线的准确性，过小 信号相对较低；过大容易受周围组织的干扰， 产生部分容积效应。依据病灶大小决定，一般 单体素为15~20mm 兴趣区定位注意：避开血管、脑脊液、空气、 脂肪、坏死区、金属、钙化区和骨骼。上述区 域易产生磁敏感伪影，降低分辨率和敏感性， 掩盖代谢物的检出
SV氢质子MRS特点
覆盖范围有限，一次采集只能分析一个区 域，适用于局限性病变，后颅窝病变 采集时间短，一般3~5分钟
MV氢质子MRSI
2D PROBE-SI 3D Focal PROBE-SI Full coverage MRSI和UltroPROBE-SI
MV氢质子脑MRSI的特点
MRS磁共振波谱（修改版）
影像医学的发展前景
更敏感，更特异，更无创 放射学----医学影像学 放射诊断----诊断治疗学 形态解剖----功能、代谢
脑功能成像
测量脑内化合物 测量脑局部代谢和血氧变化技术 测量脑内神经元活动的技术
测量脑代谢和血氧变化
当脑活动增加时，局部血流，氧代谢和糖代谢 增加，可以功能定位，对脑局部反应特征研究
外源性灌注成像（PWI） 内源性，血氧水平依赖法（BOLD）
磁共振波谱(MRS)技术及 临床应用
MRS技术概述
Magnetic Resonance Spectroscopy，MRS 研究人体能量代谢的病理生理改变 研究范围：中枢神经系统，体部如前列腺 肝脏，乳腺等 不同波谱：1H、31P、13C、19F、23Na 31P-MRS最早应用 1H-MRS应用最广泛
_
_
TR延长
—
—
TE延长
_
不同TE对波谱的影响（ PRESS ）
TE=35ms
TE=144ms
不同TE对波谱的影响（PRESS）
短TE：检测代谢物种类多，如脂质、谷氨酰 胺和肌醇只有在短TE才能检出 ，便于测量 短T2的物质。缺点是基线不够稳定。 长TE：检测代谢物种类少，基线稳定，常用 于肿瘤性病变。因为TE=144ms 时易于显示 胆碱和乳酸峰，此时乳酸峰反转于基线下。
MRS空间定位及序列选择
激励回波法 (the Stimulated Echo Acquisition Method, STEAM)
点分辨波谱法 (the Point Resolved Spectroscopy PRESS)
深部分辨波谱法（DRESS） 空间分辨波谱法（SPARS）
MRS序列选择
多体素
➢ 覆盖范围大，一次采集 可获得较多信息
➢ 成像时间长
➢ 容易受磁场不均匀性的 影响
➢ 谱线基线稳定
MRS具体操作步骤
①成像参数的选择 ②兴趣区的选择 ③预扫描：体素匀场、水抑制 ④传导和接收增益，调整中央频率 ⑤资料采集 ⑥资料后处理，显示和储存
如何获得好的MRS
必要的硬件和软件是基础：静磁场的均匀 性，射频脉冲的稳定性，后处理软件 序列、方法、参数和位置的合理选择，是 高信噪比保证
生自旋回波： 900—1800—1800
优点：信噪比高，是激励回波法的2倍 ，可以 选择长、短TE（ 144ms or 35ms ），对T2弛 豫敏感，对运动不太敏感
缺点：选择长TE，不易检出短T2物质，如脂质
MRS检查方法
✓单体素氢质子（Single voxel，SV）MRS ✓多体素氢质子（proton multi-voxel spectroscopy imaging，PMVSI）MRS
MRS对硬件的要求
与MRI相同 磁体 RF线圈 RF放大器 RF发射器 接收器和计算器
MRS对硬件的要求
与MRI不同 高场强，1.0T以上 高均匀度，B0的不均匀性必须小于1.0ppm 不需要梯度线圈，但需要一些空间定位的 辅助装置
不需要成像装置，但需要必要的硬件和软 件，显示波谱，计算化学位移频率，测定 波峰等
可以同时获取病变侧和未被病变累及的区域， 评价病灶的范围大 。 匀场比较困难，由于多个区域同时获得相同的 磁场均匀性。对临近颅骨、鼻窦或后颅窝的病 灶，由于磁敏感伪影常常一次匀常不能成功 采集时间比较长 。
单体素与多体素的比较
单体素
➢ 容易实现 ➢ 成像时间相对较短 ➢ 磁场不均匀性易克服 ➢ 谱线定性分析容易 ➢ 谱线的基线不稳定
单体素点分辨波谱法（PRESS ）
成像参数 TR 1500ms
TE 35ms或144ms Voxel size 15~20mm NEX 8 Scan time 3‘40“
参数选择对MRS的影响
SNR Cho/cr Naa/cr Scan time sensitivity
采集次数增加
_
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体素大小
_
PET 光学成像技术 功能磁共振成像（fMRI）
灌注成像：外源性灌注成像（PWI） 内源性，血氧水平依赖法（BOLD）
脑功能成像
测量脑内化合物 测量脑局部代谢和血氧变化 测量脑内神经元活动
测量脑内神经元活动
脑电图（EEG） 脑磁图（MEG） 事件相关电位（ERP）
磁共振功能成像
磁共振波谱（MRS） 扩散加权成像（扩散张量成像，DTI） 灌注成像：
激励回波法 ：连续使用三个90°射频脉
冲产生激励回波： 900—900—900 优点：常使用短TE（35ms）检测代谢物
种类多，如脂质、谷氨酰胺和肌醇只有在 短TE才能检出 缺点：对运动敏感，信噪比低，对匀场和 水抑制要求严格，对T2弛豫不敏感
MRS序列选择
点分辨波谱法 ：用1个90°和2个180°脉冲产
MRS技术及基本原理
射频脉冲 原子核激励 驰豫
信号呈指数衰减（自由感应衰减）
傅立叶变换
MRS显示
振幅与频率的函数即MRS
MRS技术及基本原理
利用原子核化学位移和原子核自旋耦合裂分现象 不同化合物的相同原子核，相同的化合物不同原子 核之间，由于所处的化学环境不同，其周围磁场强 度会有轻微的变化，共振频率会有差别，这种现象 称为化学位移 不同化合物的相同原子核之间，相同的化合物不同 原子核之间，共振频率的差别就是MRபைடு நூலகம்的理论基础