磁共振波谱(MRS)临床应用-聂林
6.MRS谱线判读及临床应用
PD
MSA
diagnosis
tNAA
14.000
12.000
10.000
8.000
6.000
control
PD
MSA
diagnosis
tNAA/mI
18 2.500
2.000
1.500
37
1.000
control
PD
MSA
diagnosis
精神疾患的研究
• SARS相关的创伤后应激障碍（PTSD） 1HMRS研究
Succ
+AA
Abscess
BOEL HANSSON, ECR2005 LUND, SWEDEN
8
CSF的乳酸监测
肝性脑病
2016/4/21
Muscle biopsy proved MELAS, Lac in CSF 男/20岁，反复抽搐4年，左侧偏盲1月
57820
男/69岁，肝硬化，血氨水平为 79μmo016.4.22
2016/4/21
磁共振波谱
• 磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy, MRS），可以检测出具有生理及病生理意义的 代谢物 0 在体、直接、无创
• 采集原理：遵循Larmor定律 0 MRI：信号的振幅随时间变化的函数 0 MRS：信号的振幅随频率分布的函数
P TS D Control
NAA/Cr PTSD
Control
AC
1.39±0.08
1.45±0.09
LFWM 1.54±0.14
1.59±0.11
1.6
LOWM 1.63±0.10
1.61±0.14
PC
完整版磁共振波谱MRS临床应用
MRS 在脑部临床应用技术
? 点分辨波谱法 PRESS ? 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 ? FOV 24 cm ? Voxel size 20
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
变、代谢性病变等
脑MRS 常见成分
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
NAA Cho
Cr
mI
人脑代谢物测定的意义
? 水、脂抑制：水、脂浓度是代谢物的几十倍，几 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。
? N- 乙酰天门冬氨酸(NAA) ：位于波谱2.0ppm 处，主要 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。
MRS成像技术及临床应用总结
MRS成像技术及临床应用总结<i>MRS成像技术、MRS分析的主要代谢产物、脑肿瘤―鉴别肿瘤和非肿瘤性病变、原发和转移鉴别、胶质瘤分级提示、鉴别放疗后复发和放射性脑坏死、颞叶癫痫-定侧、定量、血管性异常―梗死、脑缺氧、感染性病变--脑炎、脑脓肿</i>一MRS成像技术回波时间应用长、短TE确定的常规代谢物-N-乙酰天门冬氨酸(N-acetyl asparte, NAA)-肌酸（creatine, Cr)-胆碱（choline, Cho)-乳酸（lactate, Lac)仅短TE确定的代谢物-脂质（lipids, Lip)-谷氨酰胺和谷氨酸（glutamine and glutamate, Glx)-肌醇（myo-inositol, mI)如何选择长、短TE中等TE（144ms）PRESS用于肿瘤性病变。
易于显示Cho和Lac 峰，两者是肿瘤性病变的主要代谢改变短TE（30-35ms）PRESS用于其他的病理状态体素的位置和大小为提高1H MRS 敏感性，感兴趣区（ROI）要求有严格的边界，并避免来自邻近组织的干扰：●血管、血液、空气、脑脊液、脂肪、坏死区、金属、钙化● 颅骨，ROI距其至少约5～10mm● 邻近静脉窦体素越小，部分容积效应越小，但信噪比及空间分辨率降低如何确定Lac峰（Lac与Lip 共振频率基本相同）严格匀场后，Lac的共振呈双峰线（doublet)当TE为144ms时，Lac峰反转于基线下当选择长TE（270ms）时，Lip信号不再磁化，只能检测到Lac 二MRS分析的主要代谢产物NAA（N-乙酰门冬氨酸）：主要存在于神经元及其轴突，可作为神经元的内标物，其含量可反映神经元的功能状态。
含量降低表示神经元受损；峰值升高仅见于Canavan病（海绵状脑白质营养不良）。
第一大峰。
主要位于2.02ppm，正常浓度为6.5-9.7mmol，平均7.8mmol胆碱化合物（Cho ）主要是自由胆碱、细胞膜翻转的标志物，反映细胞增殖，其峰值升高见于肿瘤、炎症、慢性缺氧，降低见于卒中、脑病（肝性脑病、AIDS）等位于3.20ppm，正常浓度0.8-1.6mmol，平均1.3mmol肌酸类（Cr）<i>MRS成像技术、MRS分析的主要代谢产物、脑肿瘤―鉴别肿瘤和非肿瘤性病变、原发和转移鉴别、胶质瘤分级提示、鉴别放疗后复发和放射性脑坏死、颞叶癫痫-定侧、定量、血管性异常―梗死、脑缺氧、感染性病变--脑炎、脑脓肿</i>此峰由肌酸、磷酸肌酸、-氨基丁酸、赖氨酸和谷胱甘肽共同组成；是脑细胞能量代谢的提示物，在低代谢状态下增加，而在高代谢状态下减低。
磁共振波谱(MRS)临床应用-聂林共58页文档
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
磁共振波谱(MRS)临床应用-聂林
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
▪
谢谢！
58
ห้องสมุดไป่ตู้
MRS在脑肿瘤疾病中的应用
MRS在脑肿瘤疾病中的应用正确诊断脑肿瘤才能更好地对其进行处理和治疗。
MRS是目前唯一无创伤性的研究人体器官、组织代谢、生化改变及化合物定量分析的方法，为传统的影像学技术提供了重要的补充。
现就MRS的原理及MRS在脑肿瘤诊断中的应用现状作一综述。
标签：MRS；脑肿瘤；诊断磁共振波谱（Magnetic Resonance Spec-troscopy, MRS）是检测活体组织器官能量代谢、生化改变以及化合物定量分析的一种非损伤最新技术［1］。
作为一种无创伤性研究活体器官组织代谢、生化变化及化合物定量分析的方法，目前主要在脑部应用研究较多。
随着磁共振及其波谱装置不断改进，软件开发及临床研究的不断深入，人们通过磁共振波谱对各种疾病的生化代谢的认识将不断提高，为临床的诊断、鉴别、分期、治疗和预后提供更多有重要价值的信息。
有的还可应用磁共振的功能成像对脑梗死进行早期诊断，甚至在超急性期即能发现脑梗死灶，提高了病变检出的准确性和效率，达到早诊断、早治疗，以减少致残率和致死率。
1 MRS的原理与方法MRS和MRI的基本原理相似，主要区别在于对数据的处理和显示方式的不同。
MRS使用1个外加磁场激发一个体素组织内的原子核，并使原子核之间的弛豫特征发生微小变化，即出现化学位移。
这种由原子核间相互作用以及原子核周围电子间相互作用产生的磁场所引起的化学位移，可用于鉴别化合物或代谢产物。
用傅里叶变换将复杂的MR信号转换为MR波谱，在所测组织内不同代谢产物的化学位移产生不同的信号强度峰值。
化学位移大小以每百万单位（ppm）表示，纵坐标代表代谢产物的信号强度单位，信号峰值由磁共振频率、峰高和半高宽度决定［2］。
2 用于医学研究的原子核的磁共振波谱2.1 质子（1H）磁共振波谱氢质子磁共振波谱（1H MRS）自应用于临床以来，因其可以在人体无创地分析病变内代谢产物的浓度，从分子水平对病变进行评估，开拓并丰富了脑肿瘤诊断、鉴别诊断、肿瘤分级、评估肿瘤治疗、肿瘤复发和放射治疗损伤的思维，弥补了常规MRI的不足。
MRS的原理和临床应用
13
磁共振现象类比
• 玩具小鸡啄米--重力场<->主磁场， 摇晃的手<->脉冲激励磁场，回复平 衡状态<->弛豫
2021/6/7
14
MRS基本原理
• 3 电子云：带负电荷的电子具有与 原子核相似的自旋特性，在原子核 周围形成具有屏蔽作用的磁场，这 一磁场称为电子云。电子云的作用 使得外加磁场对原子核的作用减弱。
2021/6/7
7
MRS在生物体中研究范围
• 3 动力学研究 • 监测反应进程测定各组分随时
间的变化等。 • 4 分子运动研究:如生物膜的
流动性等。 • 5 分子构象及构象变化研究 • 6 活体研究 • 7二维MRS研究:20世纪70-80年
代人类进入二维到三维MRS研 究。
2021/6/7
8
二维MRS波谱图
• 3.1H MRS可对神经元的丢失、神经胶质增 生进行定量分析，
• 4 31P磁共振波谱可对心肌梗塞能量代谢变 化进行评价。
• 5 MRS以分子水平了解人体生理上的变化， 从而对疾病的早期诊断、预后及鉴别诊断、 疗效追踪等方面，做出更明确的结论.
2021/6/7
10
MRS基本原理
• 磁共振波谱分析原理（MRS）
2021/6/7
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MRS基本原理
• 一、名词解释
• 1进动：原子核在外加磁场中自 旋的同时，还以一定的角度围绕 外加磁场方向进行旋转运动，这
在一个旋转系统里，力 F 、 力矩 、动量 P 、角动 量 L ，这些物理量之间的关 系
种运动称为进动（precession)。
自旋的進動現象主要出現在核磁
2021/6/7
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磁共振波谱成像技术在中枢神经系统疾病中的临床应用
磁共振波谱成像技术在中枢神经系统疾病中的临床应用周丽;李晨曦;解燕昭;刘青蕊【期刊名称】《现代电生理学杂志》【年(卷),期】2012(019)004【总页数】4页(P231-233,252)【作者】周丽;李晨曦;解燕昭;刘青蕊【作者单位】河北医科大学第四医院神经内科 050011;河北医科大学第四医院神经内科 050011;河北医科大学第四医院神经内科 050011;河北医科大学第四医院神经内科 050011【正文语种】中文磁共振波谱成像（magnetic resonance spectroscopy imaging, MRSI）是生物医学研究进入分子水平的重要检测工具之一，是分子医学、基因疗法等医学前沿的首选监控技术［1］，它可以在疾病发生的早期，对人体的生化环境、组织代谢等进行无创定量分析。
一、磁共振波谱（MRS）分析原理MRS 是一种可以观察活体细胞代谢的无创伤性检测手段，化学位移和自旋耦合现象是它的关键，这两种现象形成了频谱的精细结构。
波谱的水平轴代表共振频率，用每百万单位（ppm）表示，波峰高度或峰下面积与受检原子核数量呈正比。
磁共振波谱学涉及三个不同场强，即稳定磁场B0，定位应用梯度磁场和激发电磁信号场。
现常用激励回波探测法（stimulated-echo acquisition mode，STEAM）、点分辨波谱法（point resolved spectroscopy，PRESS）。
目前多采用1HMRS，测量脑内化合物主要有N-乙酰天门冬氨酸（NAA）、乳酸（Lac）、肌酸与磷酸肌酸（Cr/PCr）、胆碱化合物（Cho）、Myo-肌醇、谷氨酰胺（Gln）和谷氨酸（Glu）等。
二、 MRS 临床应用1、脑血管疾病（1）脑出血脑出血后血-脑屏障破坏和脑水肿进展提示可能存在神经元损伤和水肿刺激因子［2］。
Kobayashi 等［3］利用1HMRS对基底节出血患者进行研究，发现脑出血周围NAA/Cr 持续下降，尤其是在出血后2 周，NAA/Cr 与运动缺失呈负相关，与临床预后呈正相关。
头颅磁共振波谱成像（MRS）基础与临床
头颅磁共振波谱成像（MRS）基础与临床磁共振波谱（magnetic resonance spectrum,MRS）是最典型的分子成像技术之一，能够观察活体组织代谢和生化变化。
波谱成像的基础—化学位移现象在相同的磁场环境下，处于不同化学环境中的同一种原子核，由于受到原子核周围不同电子云的磁屏蔽作用，而具有不同的共振频率。
波谱分析就是利用化学位移研究分子结构。
常用的原子核有：1H MRS主要检测胆碱、肌酸、脂肪、氨基酸、乳酸等代谢物质；31P MRS主要用于能量代谢研究。
原子核的共振动频率与外加磁场强度有很规律的关系，化学位移如果以外加磁场运行频率的百万分之比数（PPM）值来表示，同一原子核在不同的外加磁场下其化学位移PPM值相同，不同的化合物可以根据其在频谱线频率轴上的共振峰的不同加以区别。
氢质子波谱注：上图纵轴代表物质的含量，横轴代表物质共振时的位置，单位为ppm(百万分之几）常见代谢产物的意义及共振峰位置1、NAA: N-乙酰天门冬氨酸，神经元活动的标志，仅存在神经元内，如其他出现异常，其峰值往往下降。
第一大主峰位于：2.02ppm2、Creatine:Cr肌酸，肌酸和磷酸肌酸的总和，脑组织能量代谢的提示物，峰度相对稳定，常作为波谱分析时的参照物。
第二大主峰位于：3.05ppm3、Choline:Cho胆碱，细胞磷脂代谢成分之一，细胞膜合成的标志，肿瘤细胞中其细胞代谢活跃，其峰值往往升高。
位于：3.20ppm4、Lipid:Lip脂质，细胞坏死提示物。
位于：0.9-1.3ppm5、Lactate:Lac乳酸，两个共振峰组成，TE=144时，双峰向上，TE=288时，双峰向下，正常细胞有氧代谢，检测不到。
缺氧时可出现，是无氧代谢的标志。
位于：1.33-1.35ppm6、Glutamate: Glx谷氨酰氨，脑组织缺血缺氧及肝性脑病时增加位于：2.1-2.4ppm7、MI:肌醇代表细胞膜稳定性判断肿瘤级别位于：3.8ppm谱线注：峰的位置决定了代谢产物，峰下面积代表相对含量MRS在颅脑疾病中的应用注：正常脑发育波谱一、癫痫磁共振波谱能早期发现癫痫病灶及其导致的细胞损害。
MRS在神经外科的应用
➢ 恶性程度高的肿瘤中，Cho/Cr比值显示增高。
1H MRS测定的代谢物及其临床含义
乳酸（Lac）
➢ 位于1.32ppm，由两个共振峰组成，称为 双重线；
➢ 正常情况下，细胞代谢以有氧代谢为主， 检测不到Lac峰，或只检测到微量；
➢ 此峰出现说明细胞内有氧呼吸被抑制，糖 酵解过程加强；
➢ 此峰多见于坏死脑肿瘤中，其出现提示坏死 的存在；
1H MRS测定的代谢物及其临床含义
肌醇（mI）
➢ 位于3.56 ppm ➢ 此代谢物被认为是激素敏感性神经受体的
代谢物，可能是葡萄糖醛酸的前体； ➢ mI含量的升高与病灶内（尤其是慢性病灶
内）的胶质增生有关； ➢ 有研究认为，在低高级星形细胞瘤中，此
MRS 的物理基础
对于具有相同原子序数的原子核，即同种 元素的同位素，如氢原子核的三种同位素 （氕，氘和氚），即使它们是在理想均匀 的磁场中，进行精确地测量，其共振频率 也不完全相同，而是在一个较窄的频率范 围内。
这种差异是由于原子核处于不同的化合物 中，受到原子核周围的电子影响所致。
MRS 的物理基础
➢ 正常脑组织1H MRS中的第一大峰，位 于2.02-2.05ppm；
➢ 与蛋白质和脂肪合成，维持细胞内阳离 子浓度以及钾、钠、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。
颅内常见临床疾病的1H MRS表现
Moller2Hartmann 等 对176 例颅内占位 患者进行了分析,进一步证实了上述特点, 而且发现在髓母细胞瘤中,Cho 峰值最 高,Cr 显著降低,几乎消失。而转移瘤的 脂质峰值最高,以此与原发瘤鉴别。
MRS临床应用
由于除显示纤维型脑膜瘤征象外，还显示病灶内显示明显的 大片坏死，以及核异型和核分裂相，故应诊断为间变性脑膜 瘤WHOⅢ级。
பைடு நூலகம்
右侧蝶骨嵴间变性脑膜瘤
MRI T1WIC- MRI T1WIC+ 增强区体素
MRS水肿区体素
MRI T1WI平扫病灶呈等信号，MRI T1WI增强示病灶明显强化。 MRS见 病灶内Cho明显升高，出现倒置Lac峰。距病灶增强边缘 1cm处水肿区设定体素，出现Cho峰升高，提示肿瘤细胞浸润， 为恶性征象。
低、高度恶性星形细胞肿瘤的MRS
低度恶性星形细胞肿瘤的瘤旁1cm(水肿)区域和 对侧之间Cho/Cr、Cho/NAA有显著性差异,瘤旁 2cm以上的Cho/Cr、Cho/NAA与对侧相仿; 高度恶性星形细胞肿瘤的瘤旁1-3cm(水肿)区域 和对侧之间Cho/Cr、Cho/NAA有显著性差别。所 以从瘤周水肿区域波谱的异常表现及其范围可以 鉴别星形细胞肿瘤恶性程度的高低。
• 3、肌酸（Cr）：Cr峰见于3.03ppm,它包括Cr、 磷酸肌酸的γ-氨基丁酸、赖氨酸和谷胱甘肽的作用。 Cr的另一波峰见于3.94ppm时，因此Cr峰有时称 之为“总Cr”。Cr作为高能磷酸化的储备以及ATP 和ADP的缓冲剂可能维持脑细胞中的能量依赖系统 发挥作用。Cr在低代谢状态下增加而在高代谢状态 下降低。在正常波谱中，Cr峰紧靠Cho峰的右侧， 为第3高峰，此峰在疾病状态时亦维持一定的稳定 性，因而通常作为对照值。Cr升高见于外伤和老年 人；减低见于转移瘤。
• 8、丙氨酸（Ala）：Ala为非必需氨基酸，功能 尚不确定。它的波峰出现于1.3-1.4ppm之间，而 且可能由于Lac的存在而模糊。与Lac相似，Ala 波峰当TE由136ms 变为272ms发生倒转。
DWI和MRS在颅脑疾病鉴别诊断中的应用
DWI和MRS在颅脑疾病鉴别诊断中的应用DWI和MRS在颅脑疾病鉴别诊断中的应用弥散加权成像（DWI）和磁共振波谱（MRS）是目前在临床影像学诊断应用较多的磁共振功能成像，仅年来已经广泛应用于中枢神经系统。
DWI可以反映病变水分子弥散的情况，MRS是目前唯一能够在活体对代谢产物进行无创性检测的方法，通过波峰的变化反映病变的代谢情况，两者均能够为颅脑疾病的影像学鉴别诊断提供重要的信息，结合常规MR表现，可以明显提高颅脑疾病的诊断准确率，现将DWI 和MRS在颅脑疾病鉴别诊断中的应用进行讨论，供影像工作者参考。
1、良恶性胶质瘤的鉴别由于异常增生的胶质细胞破坏了正常神经元，胶质瘤MRS的典型表现为NAA显著降低，Cr中度或明显降低，Cho显著升高。
胶质瘤的恶性程度不同，各波峰改变的程度也不同，通常认为，MRS提示胶质瘤分级比穿刺活检更准确，因为它提供组织代谢信息的区域比活检大的多。
MRS在良恶性胶质瘤鉴别中的敏感性、特异性和准确性分别为100％、86％和96％。
常用Cho/NAA、Cho/Cr比值对胶质瘤的良恶性进行鉴别诊断。
其中Cho/NAA比值更能反映肿瘤的恶性程度。
胶质瘤恶性程度越高，Cho/NAA比值越高。
恶性胶质瘤和胶质母细胞瘤Cho/NAA的比值通常在4以上，多数在5～6之间，而Ⅰ级和Ⅱ级胶质瘤通常在2～4之间。
Lac波与胶质瘤的分级关系也很密切，胶质母细胞瘤常出现较明显的乳酸波。
MI波也能够为胶质瘤的分级提供重要的信息，良性胶质瘤MI/Cr大于恶性胶质瘤。
DWI对胶质瘤良恶性的判断也能够提供重要的信息。
良性胶质瘤的ADC值明显高于恶性胶质瘤和胶质母细胞瘤。
良性胶质瘤ADC值为平均1.52×10－ 3mm2/s，恶性胶质瘤和胶质母细胞瘤的ADC值为平均1.23×10－3mm2/s，可能与恶性胶质瘤实质部分的细胞密度高有关。
2、脑膜瘤的MRS和DWI表现特点脑膜瘤和神经鞘瘤属脑外肿瘤，脑外肿瘤不含神经元，所以MRS中检测不到NAA和Cr。
MRS的临床应用
基本技术
如何选择长、短TE 中等TE（144ms）PRESS用于肿瘤性病变。
易于显示 Cho和Lac峰，两者是肿瘤性病变 的主要代谢改变 短TE（30-35ms）PRESS用于其他的病理 状态
AD
体素——扣带回后缘 TE：30ms 主要表现
NAA，NAA/Cr Cho，Cho/Cr mI，mI/Cr(>0.70,为早期异常，对诊断最重要） 重要事项： 只在选择短TE时， mI才能确定。 AD的代谢异常首先出现于扣带回。 最早的代谢异常是mI/Cr升高。
AD
9月21日-世界阿尔茨海默病（老年痴呆病） 日
MRS的临床应用
常规磁共振（cMRI) 功能性磁共振（fMRI）
灌注成像 （PWI）
弥散张量成像 （DTI）
弥散成像 （DWI ）
脑皮层功能成像 （BOLD）
波谱成像 （MRS）
基本概念
MRS是目前唯一无创性观察活体组织 代谢及生化变化的技术，检测到cMRI 不能显示的异常
1995年，MRS被美国食品及药品管理 局正式批准
Cr—肌酸 波峰位置：3.02和3.94 脑代谢标记物，最稳定
Cho—胆碱 波峰位置：3.22
提示厌氧性糖酵解(正常脑组织不可见） Lip—脂质 波峰位置：在0.8至1.3PPM之间多峰 提示髓鞘坏死和/或中断(正常脑组织不可见） Ala—丙氨酸
磷脂代谢的成分，细胞膜转换的标记物， 反映细胞增殖 mI—肌醇
代谢性疾病
影响白质和灰质的代谢性疾病-线粒体脑病Leigh 病（亚急性坏死性脑脊髓病） 对于有肌病的儿童，除外Leigh病和线粒体异常非 常重要 肌张力减退、精神性运动退化、共济失调、眼睑 麻痹、吞咽困难，可进展为呼吸衰竭直至死亡 cMRI显示尾状核、豆状核以及导水管周围灰质、 齿状核、大脑脚、丘脑以及脑室周围白质双侧对 称性T2高信号
磁共振MRS技术在颅脑肿瘤鉴别诊断中的临床应用分析
磁共振MRS技术在颅脑肿瘤鉴别诊断中的临床应用分析摘要：目的：通过对脑肿瘤患者行MRS检查与病理检查，研究氢质子磁共振波谱(1H－MRS)成像对脑内肿瘤的诊断价值。
方法选取我院2019年1月至2021年6月颅内占位性病变患者65例作为研究对象，行头颅磁共振波谱成像检查及病理检查明确颅内占位性病变的性质，并回顾性分析其影像学检查结果。
结果全部脑肿瘤患者的肿瘤实质区均表现为N－乙酰天门冬氨酸(NAA)与肌酸(Cr)降低，而胆碱(Cho)峰升高。
各种脑肿瘤之间代谢产物的峰值有差异，颅内肿瘤患者MＲ增强检查配合核磁共振波谱成像对肿瘤的检出率为92.31%，特别是对额颞叶肿瘤的诊断更为准确。
结论颅脑肿瘤患者采用MRS技术诊断利于鉴别各肿瘤类型，为临床拟定治疗方案提供准确参考，在颅脑肿瘤诊断、鉴别中具有重要价值。
关键词：磁共振MRS技术；颅脑肿瘤；鉴别诊断引言颅脑肿瘤因肿瘤发生于颅腔，是1种颅脑占位性病变，会引发运动障碍、视力丧失、感觉障碍等表现的一种脑部病变，随着病情的发展，会损害患者的大脑功能，重者甚至会导致死亡。
目前主要检查手段包括头颅CT及头颅磁共振成像(MRI)，相比而言，磁共振检查由于没有骨伪影干扰及其多序列、多参数成像而对疾病的诊断意义更大[1]。
核磁共振波谱成像(MRS)属于分子影像学的一门新技术，是以生物体内固有分子作为分子探针，可以直接观测到许多与病理生理过程有关的代谢产物及其体内的分布和变化过程[2]。
鉴于此，本研究进一步分析磁共振MRS技术在脑肿瘤鉴别诊断中的应用价值。
现报告如下。
1资料与方法1.1一般资料选取2019年1月至2021年6月在我院就诊的颅内占位性病变65例患者作为研究对象。
纳入标准性别不限，年龄22～74岁，平均(42.28±7.69)岁;病人一般状况良好，临床资料齐全。
排除标准安装人工心脏起博器者、人工瓣膜置换术后、人工关节、或体内金属固定物、妊娠期及哺乳期妇女、幽闭恐惧症患者[3]。
磁共振波谱技术及其临床应用
磁共振波谱技术及其临床应用近年来，随着磁共振波谱技术(MRS)的不断完善，容积选择性MRS用于临床成为可能。
在原有MRI形态学诊断的基础上，MRS可从代谢方面对病变进一步定性，临床上用于评价脑发育成熟度、颅脑肿瘤代谢、系统性疾病的肝脏受累和肾移植术后的急性排异反应等。
本文就MRS的有关技术和临床应用作一综述。
1MRS技术许多原子核都有角动量，称之核自旋。
在强磁场中，施加适当频率的射频脉冲后，这些原子核可产生电磁共振信号，其信号频率决定于磁场强度。
一方面，不同原子核因共振敏感性差异其共振频率存在较大差别；另一方面，相同条件下测得相同原子核的MRS因原子核的化学结合状态不同，即样品中其他原子核和电子云的屏蔽作用的差异，产生了谱线位置偏移的现象，这种现象称为化学位移，单位为ppm。
每一特定原子核在特定的分子环境中其精确的共振频率是恒定不变的，因此对该特定分子来说具有特征性。
因而借助共振频率的差异有助于区分和识别不同代谢产物，而共振频率信号强度则反映某特定分子的浓度。
在临床应用MRS时常涉及以下技术。
1.1定位技术精确定位是确保MRS有效性的关键技术。
已报道的定位技术有多种，其中较受欢迎的是梯度依赖性定位方法，使用这种方法可根据个体间的差异从几种可能方案中选择足够的脉冲序列，如选择能够产生自旋双回波或激励回波的连续脉冲用于1H-MRS，选择补偿技术用于31P-MRS。
这些体积选择性技术可从质子象中确定感兴趣体积的大小、位置，能够保证定位的可靠性。
1.2脉冲序列现已有一些MR系统配有双重射频通道，可进行双磁共振实验，如去偶联和极化传递。
随着脉冲序列的开发发展，MRS不仅可以通过一种波谱形式显示代谢产物变化，还可将不同原子核结合起来同时以波谱形式显示，展示不同的代谢途径改变。
继13C去偶联1H-MRS成功用于临床之后，13C 去偶联31P-MRS的有效性也在临床中得到证实，其中之一是将13C去偶联31P-MRS用于检测非胰岛素依赖型糖尿病(NIDD)的肌肉变化，13C-MRS用于观察肌细胞的糖原生成，31P-MRS则用于观察磷酸化葡萄糖的变化。
磁共振波谱临床应用
CASE1
MRS及定位图
CASE2
脑膜瘤
脑膜瘤其波谱学表现有相对特异性。由于脑膜瘤 为脑外肿瘤 ,缺乏神经元细胞 ，MRS表现为NAA 峰缺如，另有时出现Ala峰。
转移瘤
转移瘤实质区波谱学表现与胶质瘤类似，但在水肿区，由于没有肿瘤 细胞浸润，故波谱近似正常改变，可与胶质瘤相鉴别。
magneticresonancespectroscopy前言mrs可以选择性地无创地在活体检测细胞水平代谢变化它的应用对了解各种疾病的生化病理生理变化组织代谢化合物定量分析以及对临床诊断判断疾病愈后及治疗效果均有非常重要的意在频率编码方向上获得化学位移以分析被测组织的化学信息甚至测量某些化学物的浓度为临床诊断和治疗提供解剖以外的生化信息
频率的显示通过时间信号的傅立叶转换来实现
MR波谱的一些核素和有关特性
MRS 的信号特点
MRS 与MRI原理类似,也是基于原子核的磁化。
两者均以质子成像为主,而水中含有大量质子， MRI成像实际反映的是组织中水含量的不同， 而MRS所测代谢物浓度较低，生成的信号比水 低10000倍，如果水的信号不被抑制，其他代 谢物信号很难检测。因此水抑制是必须的。
析被测组织的化学信息，甚至测量某些 化学物的浓度，为临床诊断和治疗提供 解剖以外的生化信息。
临床常用31-P和1H
MRS信号的产生
射频激发原子核在垂直于（横断面）主磁
场方向上产生一个净磁矩。该动量在共振 （Lamor）频率下围绕主磁场的轴进动。
横向磁化矢量在T2弛豫过程中产生无线电
波，该信号可被接受线圈检测到。
水肿区
肿瘤放疗后坏死
同一患者正常对照区波谱
(3)脑血管病
功能成像MRS的应用
原发性中枢神经 系统淋巴瘤
NAA含量不同程度减少而Cho含量不同程度升高， 强烈提示脑内肿瘤。
Cho参与细胞膜的合成和降解，是细胞膜磷脂代谢的成分之一， 反映了细胞膜的转运，其含量增高代表淋巴瘤细胞更新加快，
细胞密度加大。
其次出现高大的脂Lip峰和Lac峰，Lip峰一般只出现在肿 瘤的囊变或坏死区，而脑淋巴瘤常出现高大的Lip 峰，这 也是提示脑淋巴瘤的征象。
MI (肌醇)，3.56，4.06ppm
作用不明，存在于胶质细胞内，可能参与脑渗 透压与髓鞘降解 儿童高于成人 MI：AD痴呆、酮症酸中毒、低恶度肿瘤 MI：见于恶性肿瘤
肿瘤与非肿瘤性病变的鉴别
McKnight等选择TE为144ms的三维1HMRS，指出当 Cho/NAA比率大于2.0（写报告时一般将其作为考 虑肿瘤的界值）时，其鉴别肿瘤和非肿瘤性病变 的敏感性和为糖原分解时 产生的两种代谢产物之一，易被乳酸峰 所遮盖。尽管无特异性，但丙氨酸的出 现高度提示脑膜瘤。
侧脑室三角区 脑膜瘤
本应无NAA峰， 可能由于周边正常 脑实质的干扰
感染、退行性 及代谢性疾病
颅 内 结 核
NAA、Cho、Cr、Ml 典型降低或几乎不存在
肺 癌 脑 转 移
正常区域波谱
病变实性成分波谱
高度提示肿瘤活跃区
高大的lip峰 提示肿瘤内部 坏死
周边水肿区Cho与 NAA同步下降提示为 脑外肿瘤，结合此例 病变位置，考虑为转 移瘤可能性大
内环征
外环征
淋巴瘤
转移瘤
“硬环征”
脑膜瘤
脑膜瘤是脑外肿瘤，无神经元，故理论 上无NAA峰，但有时会出现较低的NAA 峰，原因在于部分容积效应和肿瘤侵犯 正常脑组织。
磁共振波谱成像（MRS）解读及临床意义
磁共振波谱成像（MRS）解读及临床意义MRS是目前能够进行活体组织内化学物质无创性检测的唯一方法，MRI提供的是正常和病理组织的形态信息，而MRS则可以提供组织的代谢信息。
大家都清楚在很多疾病的发生过程中，代谢改变往往是早于形态改变的，因此磁共振波谱所能提供的代谢信息无疑有助于疾病的早期诊断,那么MRS是如何成像的。
技术原理·利用原子核化学位移现象成像不同化合物的相同原子核，相同化合物不同原子核之间由于所处的化学环境不同，其周围磁场有轻微变化，共振频率会有差别，这种情况称为化学位移现象，共振频率的差别就是MRS的原理基础·MRS表示方法横轴表示化学位移（频率差别）单位为百万分之一（ppm）纵轴表示信号强度峰高和峰值下面积反映某化合物的存在和量，与共振原子核的数目成正比SV PRESS TE=35ms•NAA波（N－乙酰天门冬氨酸）：波峰在2.02ppm。
仅存在于神经系统，由神经元的线粒体产生，是神经元密度和活力的标志。
所有能够导致神经元损伤和丢失的病变都可以表现有NAA波降低和NAA/Cr比值降低，包括脑肿瘤、脑梗死、脑炎等。
•Cho波（胆碱）：波峰在3.20ppm。
胆碱参与细胞膜的合成和降解，与细胞膜磷脂代谢有关，并且是神经递质乙酰胆碱的前体。
Cho波增高说明细胞膜更新加快、细胞密度大，通常为肿瘤细胞增殖所致。
•Cr波（肌酸）：波峰在3.05ppm。
包括肌酸（Cr）、磷酸肌酸（PCr），存在于神经元和胶质细胞中，为能量代谢物质。
在同一个体脑内不同代谢条件下，Cr＋PCr的总量恒定，即信号较稳定，故常用来作参比值。
脑肿瘤时，因为肿瘤对能量代谢需求高可导致Cr降低。
•Lac波（乳酸）：波峰在1.33~1.35ppm，为无氧代谢产物。
正常情况下细胞能量代谢以有氧氧化为主，1H-MRS检测不到。
而在缺血/缺氧或者高代谢状态如恶性肿瘤时，乳酸信号强度增加。
包含两个明显的共振峰，称为“双尖波”，在较短TE（136ms、144ms）时表现为倒置双峰，在较长TE（272ms,288ms）时表现为正向双峰。
磁共振波谱的临床应用
磁共振波谱的临床应用
赵继泉; 梁碧玲
【期刊名称】《《临床医学工程》》
【年(卷),期】2003(000)006
【摘要】磁共振成像在临床方面的诊断及预后评估价值已为大家所确认。
而作为一种磁共振诊断的新技术．磁共振波谱（Magnetic Resonance Spectroscopy．MRS)正处于研究及临床应用之间．近年来磁共振波谱分析(MRS)的临床研究和应用发展较快，随着高场强磁共振机的发展和技术的进步．MRS临床应用正越来越多．本文就MRS的有关技术和临床应用作一介绍。
【总页数】4页(P30-33)
【作者】赵继泉; 梁碧玲
【作者单位】中山大学附属第二医院放射科
【正文语种】中文
【中图分类】R81
【相关文献】
1.磁共振氢质子波谱成像对原发性r骨肉瘤的临床应用价值 [J], 李莹;任翠萍;程敬亮;李贝贝;肖翠萍
2.磁共振波谱技术的临床应用进展 [J], 刘俊;秦川;李建军;高峰;张文豪;刘长彬;李军;杨德刚;张鑫;张超
3.磁共振波谱成像技术在中枢神经系统疾病诊断中的临床应用效果分析 [J], 徐松;何丽;苟璇;邓梅;张眉;陈义林
4.小鼠脑代谢物活体磁共振波谱分析及与离体样本磁共振波谱与质谱定量分析的比较研究 [J], 陈炜; 雷和花; 宋涛; 张利民; 雷皓
5.磁共振波谱成像技术在中枢神经系统疾病诊断中的临床应用效果分析 [J], 徐松; 何丽; 苟璇; 邓梅; 张眉; 陈义林
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颞叶癫痫
海马硬化，神经元减少和胶质细胞增生 NAA峰值降低，减少22%，减少说明癫痫灶内
神经元的缺失，受损和功能活动异常； Cho和 Cr可增加25%和15%， 反映胶质细胞增生。
在急性脱髓鞘疾病，Cho水平显著升
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中枢神经系统MRS代谢物
乳酸（Lac） • 位于1.32ppm，由两个共振峰组成 • TE=144，乳酸双峰向下；TE=288，乳酸双峰向上； • 正常情况下，细胞代谢以有氧代谢为主，检测不到Lac峰，
或只检测到微量 • 此峰出现说明细胞内有氧呼吸被抑制，糖酵解过程加强 • 脑肿瘤中，Lac出现提示恶性程度较高，常见于多形胶质母
磁共振波谱(MRS)临床应用
湘南学院附属医院 影像中心 聂林
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1
MRS的基本原理
★ 振幅与频率的函数即MRS
MRS 为目前唯一能 无创性 观察 活体组织代谢及 生 化变化的技术
★ 振幅与灰阶的函数即MRI
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波谱成像的基础— 化学位移现象
在相同的磁场环境下，处于不同化学环境中的同一种原子核，由于 受到原子核周围不同电子云的磁屏蔽作用，而具有不同的共振频率
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u 男，46岁
u 肝炎后肝硬化8年，间断性行为异常10月， 再发5天
u 肝性脑病I期，肝功能失代偿期(chidd C级) ，2型糖尿病，门脉高压，脾切除术后
u MRS: Glx(谷氨酸类化合物) 升高
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转移癌
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MRS： Cr（肌酸）
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良恶性，但其浓度的增加反映肿瘤的缺氧程度 利用NAA/Cr，NAA/Cho，Cho/Cr及LAC/Cr
比值可对肿瘤进行分级，但以NAA/Cho及 Cho/Cr反映肿瘤级别比较稳定。 可判断肿瘤复发，残存与术后瘢痕及放疗改变
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病例分析
M，28，左颞星形细胞
瘤 级 II 业务推广部
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波谱分析就是利用化学位移研究分子结构
化学位移的程度具业务有推磁广部场依赖性、环境依赖性
3
中枢神经系统MRS
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氢质子波谱
肌酸 3.05ppm
（N-乙酰天门冬氨酸 2.02ppm ）
胆碱
肌酸
3.20ppm
纵
4.5pp
物
质
的
含
量
脂质 1.3ppm Lip
（谷氨酰氨
2.4ppm ）
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中枢神经系统MRS代谢物
胆碱（Choline）
• 位于3. 2 ppm附近，包括磷酸胆碱、磷酯酰胆碱和磷酸甘油胆碱 • 细胞膜磷脂代谢的成分之一，参与细胞膜的合成和蜕变，从而反映
细胞膜的更新 • Choline峰是评价脑肿瘤的重要共振峰之一，快速的细胞分裂导致
细胞膜转换和细胞增殖加快，使Cho峰增高 • Cho峰在几乎所有的原发和继发性脑肿瘤中都升高 • 恶性程度高的肿瘤中，Cho/Cr比值显示增高 • 同时Cho是髓鞘磷脂崩溃的标志，
12
中枢神经系统MRS代谢物
谷氨酸（Glu）和谷氨酰胺（Gln）
• 位于2.1-2.5 ppm；
• Glu是一种兴奋性神经递质，在线粒体代
谢中有重要功能
• Gln参与神经递质的灭活和
调节活动；
• 在脑组织缺血缺氧状态和
肝性脑病业务时推广增部 高。
13
认识谱线
❖峰的位置决定了化学
物质业务推广部
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病 例 分 析
业务推广部
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病 例 分 析
业务推广部
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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
慢性期:LAC↑NAA↓Cho↓Cr↓
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脑梗塞
NAA的减低与临床预后分级有相关性 ★72小时NAA消失区域代表脑梗死区 ★LAC/NAA比值(LNR)来判断: ◇LNR＞1.0代表梗死区 ◇LNR ＜1.0为非梗死区
对颞叶癫痫的定侧敏感性高于MRI 敏感性87%,准确率96%.
可发现双侧病变,双侧NAA/Cho+Cr 均低者手术效果差
二者结合有利于癫痫灶术前准确定位
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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。
1HMRS在颅脑疾病的应用
• 儿童脑发育 • 脑肿瘤 • 急慢性脑缺血性改变 • 癫痫 • 早老性痴呆
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正 常 人 脑 发 育 过 程
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缺血缺氧性脑病(HIE)
正常新生儿MRS Cho为最高峰，NAA低于Cho， 1岁以后随着髓鞘化的逐渐完成而发 生逆转，Cr是能量代谢的物质，相对 恒定。LAC峰正常者检测不到。
细胞瘤中 • Lac也可以积聚于无代谢的囊肿
和坏死区内
• 脑肿瘤、脓肿及梗塞时
会出现乳酸峰。
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中枢神经系统MRS代谢物
脂质（Lip） • 位于1.3、0.9、1.5和6.0 ppm处，分布代表甲基、亚
甲基、等位基和不饱和脂肪酸的乙烯基； • 共振频率与Lac相似，可以遮蔽Lac峰； • 此峰多见于坏死脑肿瘤中，其出现提示坏死的存在
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病理生理
活动期
Cho↑ Lipid↑ (markers of demyelination)
Lac ↑
(marker of acute inflammatory reaction)
NAA↓ (axonal dysfunction or destruction)
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MS非活动期
横轴业代务表推物广质部共振时的位置，单位为ppm（百万分之几）
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常见代谢产物的共振峰
u NAA： N-乙酰天门冬氨酸，神经元活动的标志 位于：2.02ppm
u Creatine：Cr肌酸，脑组织能量代谢的提示物，峰度相对稳定，常作 为波谱分析时的参照物 位于：3.05ppm
u Choline：Cho胆碱，细胞膜合成的标志 位于：3.20ppm
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中枢神经系统MRS代谢物
N-乙酰基天门冬氨酸（NAA） • 正常脑组织1H MRS中的第一大峰，位于2.02-2.05ppm • 与蛋白质和脂肪合成，维持细胞内阳离子浓度以及钾、钠、
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
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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
减低 • 峰值一般较稳定，常作为其它代谢物信号强度的参照物。
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中枢神经系统MRS代谢物
肌醇（mI） • 位于3.56 ppm，
• 此代谢物被认为是激素敏感性神经受体的
代谢物，可能是葡萄糖醛酸的前体；主要
为调节渗透压，营养细胞，抗氧化作用及
生成表面活性物质。
• mI含量的升高与病灶内（尤其是慢性病灶
内）的胶质增生有关；
• 有研究认业务为推广，部在低高级星形
u Lipid：脂质，细胞坏死提示物 位于：0.9-1.3ppm
u Lactate：乳酸，无氧代谢的标志 位于：1.33-1.35ppm
u Glutamate： Glx谷氨酰氨 ，
脑组织缺血缺氧及肝性脑病
时增加 位于：2.1-2.4ppm
Lip
u mI：肌醇 代表细胞膜稳定性
判断肿瘤级别
位于：3.8ppm
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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
MI升高，提示伴胶质增生及髓鞘化不良
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星形细胞瘤
异常增生星形细胞侵犯正常神经元，典型表现 Cho显著升高，NAA显著下降，Cr中等下降 NAA/Cr比值下降和Cho/Cr比值升高 LAC峰可出现，LAC峰的存在不能反映肿瘤的
NAA降低(轴突损害) MI升高(胶质增生) 病变周围正常的脑白质(NAWM)亦有
NAA降低,且离病变中央距离的不同 NAA降低也不同,代表白质病变的进展范 围,同时说明轴突损伤是疾病进展的机制 。
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