磁共振波谱技术(讲+全)PPT

MRS vs MRI
基于组织中水的T2弛豫 时间，及脂肪的信号
信号来源于全脑，解剖 信息来自质子及分布及 其在及其在不同组织中 的相对弛豫率的不同
T2WI，T1WI，FLAIR
MRS vs MRI
基于代谢物的T2弛 豫时间
信号来源于脑的特 定区域
PRESS，STEAM， CSI
所得的谱线均会有差别，代谢物比值也有所 不同
3.0T vs 1.5T
Press：TR1500ms，TE35ms
3.0T vs 1.5T
Press：TR1500ms，TE35ms
1.5T PRESS vs STEAM
TR1500ms，TE35ms
1.5T PRESS vs STEAM
水中的氢质子在1.5T 场强条件下的进动 频率是63.9MHz
长链脂肪酸中的氢 质子在同场强条件 下的进动频率为 63.9MHz-224Hz
绝对频率差实际意 义较小
以“百万分之” （parts per million，ppm） 来表示化合物之
间的频率差别是
恒定的。（无场 强依赖）
MRS的定量计算
绝对定量与相对定量 相对定量：以各种代谢物峰的高度或峰下
面积的比值进行定量分析 绝对定量：以内源性的水或独立的外源性
的标准浓度的物质作参照进行计算
机体对代谢物浓度的影响因素
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、移植肾、输
mI/Cr: 0.60±0.24 mI/Cr: 0.65±0.08
后扣带回灰质 左侧脑室后脚旁白质
NAA/Cr: 1.40±0.10 NAA/Cr: 1.61±0.14

Cho/Cr: 0.68±0.06 mI/Cr: 0.56±12 mI/Cr: 0.62±0.06
反转脉冲适用于射频脉冲不均匀的表面线圈， 且磁化矢量全部反应的Z轴上，T2弛豫丢失很 少，有利于短T2的核，常用于31P-MRS
缺点是费时，对运动伪影敏感
激励回波采集模式（stimulate echo acquisition mode，STEAM）
优点是一次激发就可采集，不需要相位再循环； 水抑制充分；体素边缘的锐利度好；空间定位 准确
渗透压的动态平衡改变
CASE17
男 69岁， 肝硬化，血氨水平79μmol/L
小儿缺血缺氧性脑病
7月，喂养后无反应
其他（真菌）
活检：培养出 毛霉菌丝
梗死
假瘤性脱髓鞘
ADEM
男 40岁， 头晕1月，四肢无力2周
SLE
癫痫
主要用于颞叶的定侧，文献多采用 TE=135ms/144ms的序列，计算NAA/Cr、 NAA/（Cho+Cr）的比值
CSI：
PRESS序列 TR1500ms TE35ms VOI 10mm* Matrix 16*16 采集时间长
SV vs CSI
单体素波谱
容易实现 成像时间相对短
相对容易克服磁场不均 匀的影响
谱线的基线稳定 谱线的定性分析好
化学位移成像
覆盖范围大，一次采集 获得较多信息
3T脑白质的MRS谱线
移动脂肪0.9-1.3ppm 乳酸（Lac）
1.33ppm N-乙酰天门冬氨酸
（NAA）2.02ppm 谷氨酸类化合物复
合峰（Glx）2.12.4,3.78ppm 总肌酸（Cr）3.03 总胆碱（Cho）3.02 肌醇（mI）3.56
谱线的判读
谱线的要求：
颞叶癫痫
脑卒中
肝性脑病
多发性硬化
胎儿期发育异常
AIDS病变
创伤
国外正常值选择区域
41-60岁组的正常比值（3.0T）
前扣带回灰质 左侧脑室前脚旁白质
NAA/Cr: 1.41±0.09 NAA/Cr: 1.55±0.09
Cho/Cr: 0.87±0.07 Cho/Cr: 1.04±0.13
成像时间长
容易受到磁场不均匀的 影响
谱线质量常受影响
单体素波谱
多体素波谱
代谢物分布图
MRS的伪影
运动伪影
大部分不易观察，导致线宽增加，频率分辨力 下降
代谢物在谱线上呈分裂峰，多见于患者头在两 个不同位置上来回运动
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
•
信噪比好（SNR）
•
均匀性好
•
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
波谱的基本概念
峰下面积与代谢物浓度 呈正比
线宽与化合物的T2*弛 豫时间和磁场的均匀度 有关，它决定谱线的频 率分辨率
原子核存在共价键，会 形成自旋-自旋偶联， 则表现为特定形态的峰
化学位移伪影—通常只影响单体素采集
化学位移偏离，发生在谱线后处理是拟合算法 不正确时，标记错误
激发的化学位移伪影，出现在应用选层脉冲或 读出梯度时
磁敏感伪影
是最易观察到的MRS伪影，通常出现在3.54.0ppm区域。通常被称为鬼影（ghost）
涡电流伪影
常在谱线的1.0-2.0ppm出现一个尖锐的下降
缺点是有近50%的信号丢失，造成信噪比较低
点分辨波谱（point resolved spectroscopy， PRESS）
主要是运用了重聚相位的1800脉冲，减少了信 号的丢失
选择长回波时间时（TE>50ms）会导致短T2代 谢物的丢失，且信噪比下降
MRS的技术考虑
不同的场强 不同的序列（PRESS或STEAM） 不同的参数（TE）
CASE4
胶 质 瘤 病
CSAE5
男 55岁 AIDS， 低热2周，嘴角左偏
CSAE6
MRS提示神经元损伤，出现明显的无氧酵解，无明显胶质 增生Cho升高提示肿瘤性病变不除外，建议增强MRI
CSAE7
男 48岁， 左肾癌术后1年，左侧肢体无力1周
CASE8
女 39岁， 星形细胞瘤术后
MRS的空间定位
准确采集感兴趣区容积（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
单体素 多体素
MRS选用的序列
活体影像选择波谱 ISIS
激励回波采集模式 STEAM
点分辨波谱PRESS
活体影像选择波谱(image select in-vivo spectroscopy，ISIS)
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
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
旋磁比
不同原子核共振的频率不同
MRS应用
考
+可见脂肪信号 - 基线易不稳
长回波（TE>50ms） +基线平稳 +TE=144有利于观察乳
酸峰
- 很少有脂肪信号 - 信号强度弱 - 丢失所有短T2的代谢
物
MRS的技术选择
开始运用MRS技术前，应充分评价磁共振系 统的MRS技术所能提供的质量，根据所需观 察的代谢物来确定所用的序列及所有参数。
有报道：MRS可显示87%的海马的NAA浓度 和NAA/（Cho+Cr）比值异常，其中27%的 病例MRI海马结构无异常
仍有无法判断的病例，需结合EEG/PET等
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
TR1500ms，TE35ms
3.0T PRESS vs STEAM
TR1500ms，TE35ms
TR时间不同的谱线
3000ms
PRESS
1500ms
TE时间不同的谱线
144ms
35ms
PRESS
回波时间的影响
短回波（TE<50ms） +可看到短T2代谢物，如
mI,Glx +信号强度最高 +有已形成的正常值可参
CASE9
脑脓肿与脑囊性肿瘤的鉴别
CASE10
脑膜瘤：Cho升高，NAA及Cr几乎消失，提示脑外肿瘤
CASE11
男 69岁， 癫痫发作半月，有失语，右手抽搐，右侧肢体无力。肺部发现一肿块 外院发现颅内多发占位半月，增强多呈环形强化
代谢性脑病
线粒体脑肌病
MELAS发病机制
多由于mtDNA的A3243G点突变，线粒体的结 构及功能异常，导致细胞呼吸链受损，ATP形 成障碍，组织代谢能量不足，出现的无氧酵解， 产生乳酸，易出现在需氧量较多的组织。
CASE12
CASE13
男 12岁 发作性左侧肢体抽搐伴意识障碍2年
CASE14
女 23岁， 发作性右上肢无力3年
脑脊液检测
CASE15
男 20岁， 反复抽搐4年，左侧偏盲1月
CASE16
女 9岁， 反复抽搐伴肌酶升高20个月
肝性脑病
肝细胞功能衰竭，或门体循环分流所致的 神经精神异常
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
体素外的磁敏感物质的干扰，不仅影响单 体素采集也影响多体素采集
1HMRS的临床应用
局灶性病变的定性 代谢性疾病 缺氧脑病（HIE） 癫痫（定位、定侧） 痴呆 精神疾患的辅助检查
弥漫或特定区域病变 非特定区域病变
Alzheimer病 代谢性疾病
脑肿瘤 脑脓肿
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
液均匀影响MRS的结果
影响比值的因素
序列：明显影响 TE时间：明显影响 TR时间：有些影响 体素位置：明显影响 体素大小：有些影响 磁场均匀性：有些影响
VOI的有效设置
灰质
白质
Hunter，s angle
32
64
96
128
常规采集参数
SV：
PRESS序列 TR1500ms TE35ms VOI 2*2*2cm NAV：128 采集时间短
判读较
脑内肿瘤
胶质瘤的诊断和分级 肿瘤边界的评价 鉴别原发和转移 鉴别肿瘤和某些感染性病变 胶质瘤放疗后坏死与复发的鉴别
CASE1
胶质瘤
少 突 胶 质 细 胞 瘤 级
Ⅱ
CASE2
胶质瘤
Ⅰ— Ⅱ级星形细胞瘤
CASE3
肥 胖 型 间 变 型 星 形 细 胞 瘤 级
Ⅲ—Ⅳ