磁共振波谱成像 ppt课件 ppt课件

– 磁共振波谱分析（MRS）
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
– 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）
• 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
• 自动预扫描后获得的参数：
– 线宽（Ln）小于10Hz – 水抑制大于95%
• FOV 24 cm
提高分辨力和敏感度： MRS反映局部磁场的瞬 间变化，对任何原因引起磁场均一性的微小波 动均较敏感，导致波峰增宽和重迭，从而降低 MRS技术的分辨力和敏感度 定量分析困难：尤其是绝对定量
MRS临床应用
• 脑部
• 体部：前列腺、肝脏、乳腺等
MRS在脑部临床应用技术
• 点分辨波谱法 PRESS
• 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
多体素
覆盖范围大，一次采集可获得较 多信息
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。
MRS信噪比的影响因素
TE=35ms
（1）分析MRS时注意点
注意病灶区与对侧非病变区对称采集，便于对 比
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。
NAA下降见于神经元损害，包括缺血、创伤、感染、
肿瘤等，脑外肿瘤无NAA峰 NAA升高少见，Cavana病，发育中的儿童，轴索恢复 时可升高。
Cho Cr
NAA正常异常 Nhomakorabea胆碱(Cho)：脑内总胆碱，波峰位于3.2ppm
处，是细胞膜磷脂代谢的成份之一，是细胞膜 转换的标记物，反映了细胞膜的运转，和细胞 的增殖，Cho是髓鞘磷脂崩溃的标志。
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。
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
磁共振氢质子波谱分析对肿瘤和非肿瘤 的诊断价值
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
医学磁共振技术的应用
MRI：研究人体组织器官大体形态病理生理改变
MRS：研究人体能量代谢及生化改变
fMRI：磁共振脑功能成像
• 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
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“
MRS序列选择
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
Cho
Cr
NAA
乳酸(Lac)：乳酸是糖酵解的终产物，它的出
现提示无氧呼吸，正常脑组织中不可见，位于 波谱1.32ppm，当TE从短TE变为长TE时， Lac峰
会发生翻转。
出现乳酸峰：见于脑肿瘤、脓肿、囊肿、梗塞及炎症
TE=144
TE=35
肌醇（ mI）： 波峰的位置 3.56ppm 处，胶
波谱检查不成功或出现非诊断性 波谱的原因
• 患者不能配合
• 匀场不成功 • 病灶存在大量的坏死、血液成分、钙化和黑 色素 • 手术金属夹产生磁化率伪影 • 甘露醇治疗后会在3.8ppm出现波峰 • 类固醇类药物治疗后影响代谢物的水平
MRS面临的挑战
特定技术抑制水波谱：与水相比，脑内代谢物 的含量非常低
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
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）
Cho升高：脑肿瘤，急性脱髓鞘疾病 Cho降低：中风，肝性脑病
Cho
NAA Cr
肌酸(Cr/Pcr):包括肌酸和磷酸肌酸，是脑代谢的
标记物,位于波谱3.0ppm和4.1ppm处，参与体
内能量代谢， Cr 波峰比较稳定，常用作内标 准。在正常脑波谱中，Cr是第三高波峰。
Cr/Pcr升高：创伤，高渗状态 Cr/Pcr降低：缺氧，中风
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
• 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MRS的理论基础
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
• Voxel size 20 mm • NEX 8 • Scan time 3 min
1H
MRS在颅脑疾病的应用
• 肿瘤与非肿瘤 • 肿瘤的类型 • 观察肿瘤的治疗效果和复发 • 肿瘤与水肿 • 非肿瘤：感染，梗塞、出血、癫痫等 • 各种变性病变、神经退行性变、脱髓鞘病 变、代谢性病变等
脑MRS常见成分
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：
– 外源性灌注成像（PWI） – 内源性，血氧水平依赖法（BOLD）
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
Cho
NAA Cr
mI
人脑代谢物测定的意义
N-乙酰天门冬氨酸(NAA)：位于波谱2.0ppm处，主
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
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
• 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
匀场和水、脂抑制
• 匀场：波谱反映的是局部磁场的瞬间变化，任何 导致磁场均匀性发生改变的因素，都可以引起波 谱峰增宽或重叠，使MRS信噪比和分辨率降低
• 水、脂抑制：水、脂浓度是代谢物的几十倍，几
磁场均匀性
兴趣区定位
采集平均次数 体素大小 TR、TE时间 组织内原子核的自然浓度和敏感性 磁场强度：MRS敏感性与磁场强度的2/3次方 成正比，场强越高，敏感性和分辨率越高
总之
兴趣区定位准确，避开可能影响MRS的周围组 织因素 恰当的匀场，保证采样区磁场均匀性，提高分 辨力和敏感度 充分抑制水、脂信号，避免波谱的脂肪污染和 水信号对代谢物的掩盖 增加采集次数、增加体素大小提高信噪比 根据不同的病变选择不同参数：TR、TE
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
质细胞的标记物，是最重要的渗透压或细胞 容积的调节剂
mI 升高，提示胶质增生及髓鞘化不良：新生儿，低级别的胶 质瘤
mI降低：恶性肿瘤，慢性肝病
• Lip-脂质：波峰位于0.8~1.33ppm之间，脂质、谷
氨酰胺和肌醇只有在短TE才能检出
– Lip增高，提示髓鞘的坏死和／或中断。见于恶性肿瘤，炎症 ，急性中风
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
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
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
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
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
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
测量脑内化合物
• 是特殊神经化学研究技术，可定位定量，测量脑内各种 生物分子的分布和代谢。
– 单光子发射计算机断层显像技术（SPECT） – 正电子发射断层成像技术（PET）