MRS临床应用
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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在神经系统疾病研究中的应用
识 别转移瘤的来源,却能区分常规影像不能鉴别的孤立转 移灶,并可对转移瘤进行分期;早期转移瘤只含有Cho峰, 中期转移瘤含有Lip峰和略高的Cho峰,晚期转移瘤含有 Lac峰和低的Cho峰。
.
16
环形强化的各种脑内病变的鉴别
Cho/Cr可用于肿瘤的鉴别诊断,Cho/Cr大于2.48 时诊断转移瘤和胶质母细胞瘤的正确率分别为 88.9%和60.0%,当Cho/Cr小于2.48时诊断放射性 坏死和脑梗死的正确率分别为71.4%和100%.对于 转移瘤和胶质母细胞瘤的进一步鉴别,73.7%转移 瘤存在Lip峰,NAA峰缺失,而在胶质母细胞瘤中仅 有10.0%. Ala峰增高被认为是脑膜瘤的特征性波 峰,神经鞘瘤/转移瘤MRS中无Ala或Glx峰,神经鞘 瘤出现Mi峰升高,以此可以区分脑膜瘤,神经鞘瘤, 转移瘤.
Presence of an alanine peak can confirm the diagnosis。
.
14
.
15
脑转移瘤
脑转移瘤的原发肿瘤来原于脑外其它组织,肿瘤内部无 神经元存在,其MRS表现为Cho显著升高,Cr减少或消失 Cho/Cr比值升高,无NAA峰,可出现Lac峰和Lip峰,这与 肿瘤细胞增殖旺盛和有丝分裂增加导致细胞膜代谢异 常增高、能量耗竭、糖无氧酵解增加有关。 Sijens等通过与MRI对比研究发现,尽管1H－MRS不能
.
19
Giroud等对短暂性脑缺血发作(transient ischemic attack,TIA)进行MRS研究,在TIA发作后的3天内,对 脑功能异常区和对侧相同脑区进行MRS检查,结果发 现功能异常区的NAA/Cr无明显异常改变,而Lac峰升 高,提示脑局部低灌注可能导致乳酸浓度升高,预示 该区是可能发展成脑梗死的高危区域。
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环形强化的各种脑内病变的鉴别
Cho/Cr可用于肿瘤的鉴别诊断,Cho/Cr大于2.48 时诊断转移瘤和胶质母细胞瘤的正确率分别为 88.9%和60.0%,当Cho/Cr小于2.48时诊断放射性 坏死和脑梗死的正确率分别为71.4%和100%.对于 转移瘤和胶质母细胞瘤的进一步鉴别,73.7%转移 瘤存在Lip峰,NAA峰缺失,而在胶质母细胞瘤中仅 有10.0%. Ala峰增高被认为是脑膜瘤的特征性波 峰,神经鞘瘤/转移瘤MRS中无Ala或Glx峰,神经鞘 瘤出现Mi峰升高,以此可以区分脑膜瘤,神经鞘瘤, 转移瘤.
Presence of an alanine peak can confirm the diagnosis。
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脑转移瘤
脑转移瘤的原发肿瘤来原于脑外其它组织,肿瘤内部无 神经元存在,其MRS表现为Cho显著升高,Cr减少或消失 Cho/Cr比值升高,无NAA峰,可出现Lac峰和Lip峰,这与 肿瘤细胞增殖旺盛和有丝分裂增加导致细胞膜代谢异 常增高、能量耗竭、糖无氧酵解增加有关。 Sijens等通过与MRI对比研究发现,尽管1H－MRS不能
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Giroud等对短暂性脑缺血发作(transient ischemic attack,TIA)进行MRS研究,在TIA发作后的3天内,对 脑功能异常区和对侧相同脑区进行MRS检查,结果发 现功能异常区的NAA/Cr无明显异常改变,而Lac峰升 高,提示脑局部低灌注可能导致乳酸浓度升高,预示 该区是可能发展成脑梗死的高危区域。
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
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。
MRS技术及在颅脑肿瘤中的应用
新技术介绍
➢脑发育、成熟过程中及神经损伤后轴 索回复中NAA会升高，Canavan(中枢 神经系统海绵状变性)是唯一可致NAA 增高的疾病，由于该病人体内缺乏 NAA水解酶
新技术介绍
➢胆碱化合物（Cho），反应总胆碱储 备量，波峰于3.2ppm，是细胞膜磷脂 代谢成分之一，参与细胞膜的合成、 代谢，Cho峰的高低可作为肿瘤细胞增 殖的指标，是评价脑瘤的重要共振峰 之一
➢在高级别星形细胞瘤中，Lip峰升高， 可反应坏死存在
新技术介绍
MRS在颅脑肿瘤的应用
➢ 胶质瘤：肿瘤细胞增长旺盛致使神经 元破坏，MRS表现为不同程度的NAA 峰下降，Cho峰升高。恶性程度高的胶 质瘤可以出现Lac峰，Cho、Lip峰较高
➢ 病例1：左额叶间变性胶质细 胞瘤WHOⅢ级伴大片状坏死 ，局部进展为胶质母细胞瘤 WHOⅣ级。
➢其横坐标代表共振频率，采用磁场强 度的百万分率（ppm，ppm表示10-6） 为单位，纵坐标表示MR信号强度
新技术介绍
波谱中常用代谢物
➢N-乙酰天门冬氨酸（NAA），正常脑 1H-MRS中最高的峰，位于2.0ppm， 主要存在成熟神经元内，是其内标物
➢肿瘤、多发性硬化、梗死、神经细胞 变性疾病、代谢性疾病等均可致NAA 下降，脑膜瘤、转移瘤NAA缺失
新技术介绍
➢ 病例3：右侧额叶内皮细胞型 脑膜瘤（WHOⅠ级）。
新技术介绍
多体素MRS ：肿瘤区 域谱线， NAA含量 明显减低 ，Cho明 显升高， Cr轻度降 低
新技术介绍
新技术介绍
后处理方法
➢ 运用MR机附带的波谱分析软件自动完 成Ganssian曲线，得到化学位移图、 波谱图，分别测量感兴趣区NAA、 Cho、Cr、Lac、Lip等代谢物浓度，同 时计算Cho/Cr比值
MRS的临床应用
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)
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
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
M R S的原理和临床应用ppt课件
MRS基本原理
•
化学环境指的是，原子核所在
的分子结构。同一种原子核处在不
同的分子结构中，甚至同一个分子
结构的不同位置或者不同的基团中，
其周围的电子数和电子分布都将有
所不同，因而受到的磁屏蔽作用也
不同。处于化合物中的同一种原子
核，由于所受磁屏蔽作用的程度不
同，将具有不同的共振频率，这就
是所谓的化学位移现象，也是磁共
什么叫核磁共振？
• 若质子受到一定频率的电磁波辐射， 辐射所提供的能量恰好等于质子两 种取向的能量差，质子就吸收电磁 辐射的能量，从低能级跃迁至高能 级。这种现象即称核磁共振。
MRS发展历史
• 1 1946年美国斯坦福F.布洛克 和哈弗大学E.M.帕塞尔小组均 同时记录到液体样品和固体样 品的磁共振信号。
• 2 热力学的研究：测定酶与底物、 配基、抑制剂的结合常数；测定可 解离基团的PK值，特别是生物大分 子中处于不同微环境的同类残基的 同类基团的不同PK值。
MRS在生物体中研究范围
• 3 动力学研究 பைடு நூலகம் 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
• 2 20世纪50年代桑德斯和柯克 伍德首次成功的利用MRS直接 观测生物大分子40MHz的核糖 核酸酶的MRS。此后，又连续 测到其他蛋白质、核酸、磷脂 等相应组分。
MRS技术特点
• 在研究生物大分子时，MRS有 以下技术特点：
• 1 不破坏生物高分子的结构 （包括空间结构）
• 2 在溶液中测定符合生物体的 常态，也可测定固体样品，比 较晶态和溶液态构象的异同。
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。
MRS在神经系统疾病中的应用
MRS在神经系统疾病诊断中的应用
一、背景
• 1946年，哈佛大学Purcell和斯坦福大学Bloch 各自独立地发现了核磁共振现象，为分子结构 的研究提供了一种全新的手段，也因此获得 1952年诺贝尔物理学奖。 • 1973 年Moon 和Richard 等利用磁共振波谱分 析（magnetic resonance spectroscopy，MRS） 技术对离体红细胞的特征物质变化进行了测定。 这一研究成为MRS 技术在生物学领域应用的 开端。 • 1995年MRS被美国食品药品监督管理局（FDA） 正式批准，神经放射学进入了一个新时代。
四、1H-MRS技术在神经系统疾病 诊断中的应用
• • • • • （一）脑血管病 （二）变性疾病 （三）癫痫 （四）多发性硬化 （五）其他
（一）脑血管病
• 1、出血性脑血管病： 1H-MRS的作用有限 • 2、缺血性脑血管病： 1H-MRS 可反映脑梗 死后脑细胞内酸中毒、能量代谢障碍以及 脑内一些重要物质的变化,较为完整地反映 出缺血性梗死和修复等整个脑梗死的病理 生理过程,可对治疗和预后做出较准确的评 估与判断。
由于在脑梗死的超急性期, CT和MR I常不 能检测到梗死灶,而理想的溶栓治疗时间窗 ≤6 h,且CT和MR I对缺血半暗带的识别能 力有限,所以早期诊断对溶栓治疗非常关键。 目前MRS在诊断和研究缺血性脑血管病中 的价值已被肯定:MRS可以早期诊断脑梗死, 评价急性脑梗死的严重程度及其预后,评价 疗效,缩小鉴别诊断的范围,确定缺血半暗带 。
（2）信号采集： 单体素（SV）仅对一个体素的化合物 浓度进行分析； 多体素（SI）计算ROI内所有体素化 合物的平均浓度。 PRESS和STEAM序列都可行SV及SI采集
• 3、磁共振波谱图 将接收线圈接收到的磁共振信号通过傅立 叶转换，描绘成直角坐标中按频率分布的 函数曲线，就得到磁共振波谱图。 其中，纵坐标表示信号强度，横坐标表示 共振频率。
一、背景
• 1946年，哈佛大学Purcell和斯坦福大学Bloch 各自独立地发现了核磁共振现象，为分子结构 的研究提供了一种全新的手段，也因此获得 1952年诺贝尔物理学奖。 • 1973 年Moon 和Richard 等利用磁共振波谱分 析（magnetic resonance spectroscopy，MRS） 技术对离体红细胞的特征物质变化进行了测定。 这一研究成为MRS 技术在生物学领域应用的 开端。 • 1995年MRS被美国食品药品监督管理局（FDA） 正式批准，神经放射学进入了一个新时代。
四、1H-MRS技术在神经系统疾病 诊断中的应用
• • • • • （一）脑血管病 （二）变性疾病 （三）癫痫 （四）多发性硬化 （五）其他
（一）脑血管病
• 1、出血性脑血管病： 1H-MRS的作用有限 • 2、缺血性脑血管病： 1H-MRS 可反映脑梗 死后脑细胞内酸中毒、能量代谢障碍以及 脑内一些重要物质的变化,较为完整地反映 出缺血性梗死和修复等整个脑梗死的病理 生理过程,可对治疗和预后做出较准确的评 估与判断。
由于在脑梗死的超急性期, CT和MR I常不 能检测到梗死灶,而理想的溶栓治疗时间窗 ≤6 h,且CT和MR I对缺血半暗带的识别能 力有限,所以早期诊断对溶栓治疗非常关键。 目前MRS在诊断和研究缺血性脑血管病中 的价值已被肯定:MRS可以早期诊断脑梗死, 评价急性脑梗死的严重程度及其预后,评价 疗效,缩小鉴别诊断的范围,确定缺血半暗带 。
（2）信号采集： 单体素（SV）仅对一个体素的化合物 浓度进行分析； 多体素（SI）计算ROI内所有体素化 合物的平均浓度。 PRESS和STEAM序列都可行SV及SI采集
• 3、磁共振波谱图 将接收线圈接收到的磁共振信号通过傅立 叶转换，描绘成直角坐标中按频率分布的 函数曲线，就得到磁共振波谱图。 其中，纵坐标表示信号强度，横坐标表示 共振频率。
MRS及其临床应用
缺点：易受J耦合影响。
常用于1H波谱分析
一、检测空间定位技术
3、多体素选择法： 用相位编码对检测区域内的每个体素编码，在一次检测 中可对一定数量的体素同时检测，获得一定区域的波谱。 优点：1）可进行2D、3D定位，每次检测多个体素 2）化学位移成像（CSI）---将某些化合物的共振信 号转换为可视图像，加上伪彩色，反映代谢物的空间分布
目前可用于医学领域波谱研究的原子核有31P，1H，23C， 19F，7Li等，其中以31P和1H应用最为广泛。
MRS技术要求
● 硬件要求：高场强、良好的均匀性 线圈：发射并接受 •几个关键技术
（1）定位： 多种方法 （2）抑水： 水中氢质子浓度是其它化合10000~100000倍 方法：化学位移选择饱和脉冲（CHESS） •（3）匀场： 磁场的均匀度直接影响谱线的宽度，均匀度
---屏蔽常数
化学位移（chemical shift）
不同，即使在同一B0中，不同的化合物的相同原子 核由于其所处的化学环境不同，其周围磁场强度会有细微 变化，共振频率也会有所差别——化学位移
在1.5T主磁场中， H2O和脂类中的1H的共振频率分别 为63.75Hz及210Hz（相差3ppm）。
其它：
31P-MRS在心肌、冠状动脉狭窄及前列腺病变等方面有
广泛的应用
三、MRS临床应用
（一）、1H-MRS ：
1H-MRS：是敏感性最高的检测方法。主要用于脑MRS检测
它可以检测与脂肪代谢、氨基酸代谢以及神经递质有关的化合 物，如肌酸（Cr）、 胆碱(Cho)、 肌醇(mI)、 γ-氨基丁酸（GA-BA）、 谷氨酸和谷氨酰胺（Glu+Gln）、 乳酸(Lac)和N-乙酰门冬氨酸(NAA)等。 与31P-MRS比空间分辨率高。
MR的应用
一、常规临床应用1. 神经系统疾患：中枢神经系统位置固定，基本上不受生理运动的影响，故MRI以中枢神经系统效果最佳。
MRI的多方位、多参数、多轴倾斜切层对中枢神经系统病变的定位、定性诊断极其优越。
中枢神经系统疾病的诊断中，除颅骨骨折及颅内急性出血不及CT外，在脑部肿瘤、颅内感染、脑血管病变、脑白质病变、脑发育畸形、脑退行性病变、脑室及蛛网膜下腔病变、脑挫伤、颅内亚急性血肿以及脊髓的肿瘤、感染、血管性病变及外伤病变的诊断中，均优于CT。
2．颅颈移行区病变：由于MRI具有不产生骨伪影的优点，对后颅凹及颅颈交界区病变的诊断具有独特的优势。
3．颈部病变：由于MRI具有软组织分辨高的特点及血管流空效应，可清晰显示咽、喉、甲状腺、颈部淋巴结、血管及颈部肌肉，对颈部病变诊断具有重要诊断价值。
4．胸部病变：由于纵隔内血管的流空效应及纵隔内脂肪的高信号特点，形成了纵隔MR图像的优良对比。
MRI对纵隔及肺门淋巴结肿大、占位性病变的诊断具有特别的价值。
但对于肺内钙化及肺实质及肺间质小病灶的检出远不如CT。
5．心脏大血管病变：由于心脏具有周期性搏动的特点，运用心电门控触发技术，可对心肌、心包病变、某些先天性心脏病作出准确诊断，MRI的流空效应，可直观地显示主动脉瘤、主动脉夹层等大血管疾患。
6．肝脏病变：多参数技术在肝脏病变的鉴别诊断中具有重要价值，通过Tl加权像和T2加权像快速序列及动态增强、弥散、灌注成像可鉴别肝脏囊肿、海绵状血管瘤、肝癌及转移癌，in phase\out phase技术虽不如CT及B超敏感，但特异性高。
对胆管内病变的显示优于CT，对胆囊病变的诊断与CT大致相同，MRCP结合常规及动态增强MRI 对胆囊及胆道疾病的定位、定性诊断有很大的价值。
7．肾及输尿管病变：肾与其周围脂肪囊在MR图像上形成鲜明的对比，肾实质与肾盂内尿液形成良好对比。
MRI对肾脏疾病的诊断具有重要价值，MRI可直接显示尿液造影图像(MRU)，对输尿管狭窄、梗阻具有重要诊断价值。
磁共振波谱MRS的原理和临床应用
MRI与MRS的区别： MRI尽量去除化学位移的作用，并突出反 映组织间T1、T2的差异，而MRS恰恰要利 用化学位移的作用来确定代谢物的种类和 含量。
1 1946年美国斯坦福F.布洛克和哈弗大学 E.M.帕塞尔小组均同时记录到液体样品和固 体样品的磁共振信号。 2 20世纪50年代桑德斯和柯克伍德首次成功 的利用MRS直接观测生物大分子40MHz的 核糖核酸酶的MRS。此后，又连续测到其 他蛋白质、核酸、磷脂等相应组分。
在研究生物大分子时，MRS有以下技术特 点： 1 不破坏生物高分子的结构（包括空间结构） 2 在溶液中测定符合生物体的常态，也可测 定固体样品，比较晶态和溶液态构象的异 同。 3 不仅可以用来研究构象而且可以用来研究 构象变化即构象动力学过程。
4 可以提供分子中个别基团的信息，对于比 较小的多肽和蛋白质已经可以通过二维的 MRS获得三维的结构的信息。 5 可用来研究活细胞和活组织。
MRS在生物体中研究范围很广： 1 确定生物分子的成分和浓度，特别是可不破坏组织细胞 而测得其组分；确定异构体比例；确定分子解离状态；确 定金属离子或配基是否处于结合状态；以及测定细胞内外 的PH值等。 2 热力学的研究：测定酶与底物、配基、抑制剂的结合常 数；测定可解离基团的PK值，特别是生物大分子中处于不 同微环境的同类残基的同类基团的不同PK值。
化学环境指的是，原子核所在的分子结构。同一种原子 核处在不同的分子结构中，甚至同一个分子结构的不同位 置或者不同的基团中，其周围的电子数和电子分布都将有 所不同，因而受到的磁屏蔽作用也不同。处于化合物中的 同一种原子核，由于所受磁屏蔽作用的程度不同，将具有 不同的共振频率，这就是所谓的化学位移现象，也是磁共 振波谱成像的基础。
Modified Rankin Scale (MRS)评分量表
Modified Rankin Scale (MRS)评分量表Modified Rankin Scale (MRS)评分量表Modified Rankin Scale (MRS)评分量表是一种评估中风后患者功能状态的工具，广泛应用于临床实践和研究领域。
该量表通过对患者进行评分，从0到6分，来反映其独立生活能力和行动受限情况。
以下是对MRS评分量表的详细介绍。
第一部分：MRS评分量表的背景与历史MRS评分量表最早由英国神经学家Julian Tudor Hart于1959年提出。
最初的版本仅包括五个级别，用于评估中风患者的程度和预后。
随着临床实践的发展，该量表在1965年和1988年进行了修订，增加了六个级别，以更准确地描述中风患者的功能状态。
至今，MRS评分量表广泛应用于世界各地的中风研究和临床护理中。
第二部分：MRS评分量表的结构与评分标准MRS评分量表共有七个级别，每个级别对应不同的功能状态。
下面是各级别的具体描述和评分标准：级别0：没有症状，没有患者不适。
级别1：没有症状，但有轻微的症状或认知功能受损。
级别2：轻度残疾，可以自己照顾日常生活，但在某些活动中需要帮助。
级别3：中度残疾，需要有人帮助或监督大部分日常活动。
级别4：中重度残疾，不能独立生活，但仍能通过口头表达需求。
级别5：重度残疾，无法自理，需要日常护理或监护。
级别6：死亡。
第三部分：MRS评分量表的应用与优点MRS评分量表在中风研究和临床实践中具有广泛的应用和重要的意义。
以下是该评分量表的主要应用和优点：1. 评估中风后患者的功能状态：MRS评分量表通过清晰的评分标准，能够准确地描述中风患者的功能状态，帮助医生和护士进行更全面和科学的评估。
2. 评估治疗效果和中风预后：MRS评分量表不仅可以用于诊断时评估中风患者的功能状态，还可以在治疗过程中进行动态监测，评估治疗效果和中风预后。
3. 比较不同治疗方法的效果：MRS评分量表可以帮助研究者比较不同治疗方法对中风患者功能状态的影响，促进中风治疗和康复的研究和发展。
MRS临床应用
此处填写密级标识
癫痫
•
NAA
此处填写密级标识
NAA峰降低提 示神经元功能 下降
线粒体脑病
明显的Lac双峰，提示细胞内无氧 糖酵解 此处填写密级标识 NAA峰下降，提示神经元受损
前列腺癌
Cho升高 TR/TE 1200/132ms
Cho Cit
此处填写密级标识
前列腺增生
Cit和Cho正常，提示良 性增生
NAA
tCr
Cho tCr
Glx
Ins
Gln
Glx
此处填写密级标识
MRS原理
1HMRS谱线解读
横轴为化学位移值（ppm），纵轴为代谢物浓度（
mmol) 峰下面积与代谢物浓度成正比 正常谱线Hunter角成上升方向
NAA
Hunter角
tCr
Ins Glx Gln Glx Cho tCr
此处填写密级标识
MRS原理
NAA Cho
1HMRS不同代谢物化学位移值
Cr
ml
Lac
Glx
Lip
Ala
2.02
6.59.7
3.20
0.81.6
3.05
3.4-3.5
3.56
2.26.8
1.331.35
Glu-10 Gln-5
0.91.3
1.47
NAA
tCr Glx
此处填写密级标识
Cho tCr Ins
Gln
Glx
间变型脑膜瘤
此处填写密级标识
NAA=0 提示神经上 皮外起源
1HMRS提示间变星形细胞瘤3级
乳酸升高－ 提示坏死， 因而出现环 形强化－提 示III级以上 瘤周Cho 升高－肿 瘤浸润标 志物
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倒转于基线下。乳酸的浓度升高见于肿瘤、缺氧、 梗死、线粒体疾病和蛛网膜囊肿等。
• 5、肌醇（MI）：MI波峰出现于3.56ppm。MI
是激素敏感型神经感受器的一种代谢产物，而且可
能是通过结合反应参与生物转化的葡萄糖醛酸的前 体。MI升高见于Alzheimer病、高渗状态；降低 见于肝性脑病等。
• 6、谷氨酸（Glu）和谷胺酰胺（Gln）：Glu是一 种兴奋性神经递质，在线粒体代谢中起作用；γ-氨 基丁酸是Glu的重要产物；Gln对神经递质的灭活
低、高度恶性星形细胞肿瘤的MRS
胼胝体膝部胶质母细胞瘤
FLAIR
Cho
Cr NAA
MM
MR
S
FLAIR示体素位于病灶的中央部位。STEAM35ms波谱序列获得 波谱曲线，其特征表现是显示明显升高的Lip1.3和Lip0.9波 峰，以及CNI=3.7，提示为高度恶性肿瘤。
右额胶母细胞瘤
FLAIR MRS
胶母细胞瘤
单体素MRS 显示Lip峰 ，很低NAA峰和很高Cho 为胶 母细胞瘤的特征。
胶母细胞瘤
与上图为同一病例。位于增强灶内体素，如体素1-5，9 出现Lip ，很低NAA峰和很高Cho ；增强灶外体素，如 体素6-8也有类似MRS表现，提示有肿瘤细胞浸润。
胶母细胞瘤
与上图为同一病例。位于增强灶内体素（体素1） 出现 Lip ，很低NAA峰和很高Cho ；增强灶外体素（体素2） 也有类似MRS表现，提示有肿瘤细胞浸润。
内波谱显示Lip、Cho峰明显升高，NAA峰未显示；病灶外MRS
基本正常。
右枕单发转移性肺癌
T2WI
MRS
体素1-4位于病灶周围水肿区，体素5、6位于对侧相应区 域。MRS示水肿区域NAA峰的轻度降低，波谱形态和对侧正 常波谱类似。
硬膜转移性肺癌
MRI T1WIC+
MRI T2WI
MRS
T1WI增强示病灶呈较均匀强化，T2WI成像病灶呈等高 信号,体素置于病灶内;MRS病灶内波谱显示Lip、Cho峰 明显升高，NAA、Ala峰未显示。硬膜转移？脑膜瘤？ 未显示Ala峰不支持脑膜瘤诊断。
和调节发挥作用，这两种代谢物可同时发生共振， 其波谱用总和表示，波峰位于2.1-2.5ppm之间。 Glu和 Gln升高见于梗死、梗死的恢复期、肝脏疾 病等；降低见于Alzheimer病。
• 7、脂质（Lip）：脑细胞脂质弛豫时间非常短， 正常情况下不能观察到。使用短的TE可以观察到。 脂质的质子于0.8、1.2、1.5、6.0ppm出现共振 峰。这些波峰由不饱和的脂肪酸的甲基、亚甲基和 乙烯基的质子所构成。Lip升高见于感染、炎症、 肿瘤坏死、中风等。
• 共振峰的面积与共振核的数目成正比，从而进行定 量分析。
• 磷（31P）谱和氢质子（1H）谱。
• 在正常组织中，代谢物以特定的浓度存在， 组织发生病变时，代谢物浓度发生改变。
• 在MRS中，水、NAA、Cr、Cho、脂肪的 共振峰位置不同，这种现象称为化学位移。
谱线
Cr
TMS
横坐标：化学位移，代表频率。以TMS 四甲基硅烷为0，水接近4.8 纵坐标：信号强度
MRS临床应用
一、MRS原理及基本表现
磁共振波谱 （MRS）
• 是目前唯一无创伤性的研究活体器官、组织代谢、 生化变化及化合物定量分析的方法，在分子水平反 映组织代谢的情况。
• 利用磁共振现象和化学位移作用，对特定原子核及 其化合物进行分析。以化合物或单质的化学位移频 率曲线来表达检查结果。
• 不同的原子核都会以略有差异的频率发生共振，并 产生不同的波峰。根据其在MRS上共振峰的位置不 同来区分不同的化合物。
多体素 (2D) ：定位包括病灶中心、病灶边缘、
周边相对正常组织。
单体素定位 多体素定位
二、MRS的临床应用
• 儿童脑发育 • 脑肿瘤 ♣ • 急慢性脑缺血性改变 • 癫痫 • 早老性痴呆 • 代谢性疾病
（一）星形细胞瘤的分级诊断
星形细胞肿瘤的分类
高度恶性星形细胞肿瘤：胶母细胞瘤 （IV 级）和间变性星形细胞瘤（III级） 。
• 4、乳酸（Lac）：Lac峰具有一定特殊的形状。
它由两个独特的共振峰组成，称为双重线 （doublet），是相邻质子J偶联间磁场相互作用 所致。Lac双重线出现于1.32ppm；第二峰出现 于4.1ppm,此峰十分接近水共振峰，因而常被抑 制。正常时脑内Lac水平较低。Lac的存在提示正
常细胞内氧化呼吸抑制而糖酵解加强，被认为是早 期脑梗死的敏感指标。Lac能改变局部神经元的兴 奋性而发挥神经介质作用。TE为272ms时Lac曲 线凸出于基线上，而TE为136ms时，Lac双重线
FLAIR示病灶实质呈稍高信号，周围可见大片水肿区域，MRS示体素1、2位 于病灶实质，体素3-5均位于病灶周围水肿区域，体素6位于病灶对侧相应 部位。MRS示病灶实质内NAA峰明显降低，Cho峰和Lip1.3峰升高，Cr峰降低， CNI>5。病灶周围水肿区域可见类似异常，提示肿瘤浸润。
右侧侧脑室星形细胞瘤
• 2、胆碱（Cho）：Cho波峰出现于3.2ppm,它 包括甘油磷酸胆碱、磷酸胆碱和磷脂酰胆碱的作 用，因而反映脑内总胆碱的储存量。Cho是细胞 膜磷脂代谢的一个组成成分并反映膜的更新，而 且是乙酰胆碱和磷脂酰胆碱的前体，后一种化合 物参与构成细胞膜；而前一种化合物为一种重要 的神经递质，影响记忆、认知和精神状态。Cho 升高见于损伤恢复、胶质增生、肿瘤、脱髓鞘、 感染等疾病；降低见于痴呆、中风、无症状性肝 病等。
低度恶性星形细胞肿瘤：弥漫性星形细胞瘤 （II级）和毛细胞性星形细胞瘤（I级）。
良、恶性星形细胞肿瘤的预后不同
高度恶性星形细胞肿瘤：15-44岁患者治疗后生 存期约为17个月，随年龄增大生存期快速下降， 至65岁时治疗后生存期约为5个月。
低度恶性星形细胞肿瘤：65%同样治疗后生存 期约为5年。
低、高度恶性星形细胞肿瘤的CNI
总结：
• 胶质瘤典型表现为NAA显著降低，Cr中度降低， Cho显著升高。
• Cho/NAA、Cho/Cr、反映胶质瘤的良恶性。 • Cho/NAA比值最重要，肿瘤恶性程度越高，
Cho/NAA比值越高。 • 脂质波峰的出现和升高，肿瘤的恶性度也增加。
MRS在判断肿瘤术后复发中的应用
MRS在肿瘤鉴别诊断中的作用
• 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。
MRS定位方法
单体素：定位于病灶中心，层厚决定体素大小，与
FOV无关，理想的大小为20*20*20mm。
FLAIR
MRS
DWI
MRSI,体素1、2位于病灶区域, Cho峰较对侧明显升高，NAA峰较对侧明 显降低，MI峰较对侧升高，Cr峰略降低，未见Lip峰。体素3位于对侧， 信号正常。体素4位于瘤周2cm处，信号近于正常，仅NAA峰略低，Cho变 化不著。DWI见肿瘤弥散受限。鉴于病灶区域MI高于对侧者， Cr峰仅略 降低，瘤周信号近于正常，未见Lip峰故应诊断为星形细胞瘤；但病灶 区域Cho信号甚高，NAA峰甚低，CNI>10，提示有恶化倾向。
认识谱线
Lac (0.9,1.4ppm) NAA(2.02 ppm) Glx (2.2-2.4ppm) Cr (3.0ppm) Cho (3.2ppm) mI (3.56,4.06ppm) Lip (0.8-1.3ppm) Ala(1.48ppm)
质子磁共振波谱分析 测得之代谢物
• 1、N-乙酰天冬氨酸（NAA）：NAA的表 现是其N-乙酰基的特征，化学位移位于 2.02ppm。NAA存在于神经元中，是公认 的神经元的一种标志，在神经元破坏时其浓 度下降。NAA升高仅见于Canavan氏病 （海绵状脑白质营养不良症）；降低见于生 理源性（婴儿和老年人）和病理源性（肿瘤、 缺血缺氧和梗死、癫痫、感染、神经退行性 改变、脱髓鞘病变等）。
• 脑内外肿瘤的鉴别 • 肿瘤与非肿瘤性病变的鉴别
MRS对脑内外肿瘤的鉴别
脑外肿瘤不含神经元，MRS检测不到 NAA。
MRS对脑膜瘤的诊断
• 两个特征：NAA峰缺如（缺乏神经 元及胶质细胞）； Cho峰明显升高。
• Cho/Cr是胶质瘤的3倍。 • 可显示苯丙氨酸（Alanine，Ala）峰。
间变性脑膜瘤（Ⅲ级）
FLAIR
T1WI C+
MRS
FLAIR显示体素1-4位于病灶内坏死区和其周围的实质区，MRS病灶 侧波谱显示Cho峰明显升高，NAA峰降低（部分容积效应）,见高的 Lip峰和出现GHS、Gly峰。结合常规MRI，提示间变性脑膜瘤（Ⅲ 级）的可能较大。
间变性脑膜瘤（Ⅲ级）
病灶内明显的大片坏死
核异型和核分裂相
MRS对肿瘤与非肿瘤性病变的鉴别
MRS可用于区别肿瘤和非肿瘤性疾病。 所有肿瘤Cho/Cr比率均大于2，部分非 肿瘤性疾病也可大于2，但其Cho一般不 大于正常对照侧。
肿瘤与脑梗死的鉴别诊断
缺血后的局部神经元和轴突坏死较为显著，而低 度恶性星形细胞肿瘤的恶性程度较低，对于局部 正常组织破坏程度较低，故慢性脑梗死病灶中的 NAA峰降低较低度恶性星形细胞肿瘤更为明显， NAA/nNAA在两者中分别为0.344±0.063和 0.458±0.039。
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。
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。
• 5、肌醇（MI）：MI波峰出现于3.56ppm。MI
是激素敏感型神经感受器的一种代谢产物，而且可
能是通过结合反应参与生物转化的葡萄糖醛酸的前 体。MI升高见于Alzheimer病、高渗状态；降低 见于肝性脑病等。
• 6、谷氨酸（Glu）和谷胺酰胺（Gln）：Glu是一 种兴奋性神经递质，在线粒体代谢中起作用；γ-氨 基丁酸是Glu的重要产物；Gln对神经递质的灭活
低、高度恶性星形细胞肿瘤的MRS
胼胝体膝部胶质母细胞瘤
FLAIR
Cho
Cr NAA
MM
MR
S
FLAIR示体素位于病灶的中央部位。STEAM35ms波谱序列获得 波谱曲线，其特征表现是显示明显升高的Lip1.3和Lip0.9波 峰，以及CNI=3.7，提示为高度恶性肿瘤。
右额胶母细胞瘤
FLAIR MRS
胶母细胞瘤
单体素MRS 显示Lip峰 ，很低NAA峰和很高Cho 为胶 母细胞瘤的特征。
胶母细胞瘤
与上图为同一病例。位于增强灶内体素，如体素1-5，9 出现Lip ，很低NAA峰和很高Cho ；增强灶外体素，如 体素6-8也有类似MRS表现，提示有肿瘤细胞浸润。
胶母细胞瘤
与上图为同一病例。位于增强灶内体素（体素1） 出现 Lip ，很低NAA峰和很高Cho ；增强灶外体素（体素2） 也有类似MRS表现，提示有肿瘤细胞浸润。
内波谱显示Lip、Cho峰明显升高，NAA峰未显示；病灶外MRS
基本正常。
右枕单发转移性肺癌
T2WI
MRS
体素1-4位于病灶周围水肿区，体素5、6位于对侧相应区 域。MRS示水肿区域NAA峰的轻度降低，波谱形态和对侧正 常波谱类似。
硬膜转移性肺癌
MRI T1WIC+
MRI T2WI
MRS
T1WI增强示病灶呈较均匀强化，T2WI成像病灶呈等高 信号,体素置于病灶内;MRS病灶内波谱显示Lip、Cho峰 明显升高，NAA、Ala峰未显示。硬膜转移？脑膜瘤？ 未显示Ala峰不支持脑膜瘤诊断。
和调节发挥作用，这两种代谢物可同时发生共振， 其波谱用总和表示，波峰位于2.1-2.5ppm之间。 Glu和 Gln升高见于梗死、梗死的恢复期、肝脏疾 病等；降低见于Alzheimer病。
• 7、脂质（Lip）：脑细胞脂质弛豫时间非常短， 正常情况下不能观察到。使用短的TE可以观察到。 脂质的质子于0.8、1.2、1.5、6.0ppm出现共振 峰。这些波峰由不饱和的脂肪酸的甲基、亚甲基和 乙烯基的质子所构成。Lip升高见于感染、炎症、 肿瘤坏死、中风等。
• 共振峰的面积与共振核的数目成正比，从而进行定 量分析。
• 磷（31P）谱和氢质子（1H）谱。
• 在正常组织中，代谢物以特定的浓度存在， 组织发生病变时，代谢物浓度发生改变。
• 在MRS中，水、NAA、Cr、Cho、脂肪的 共振峰位置不同，这种现象称为化学位移。
谱线
Cr
TMS
横坐标：化学位移，代表频率。以TMS 四甲基硅烷为0，水接近4.8 纵坐标：信号强度
MRS临床应用
一、MRS原理及基本表现
磁共振波谱 （MRS）
• 是目前唯一无创伤性的研究活体器官、组织代谢、 生化变化及化合物定量分析的方法，在分子水平反 映组织代谢的情况。
• 利用磁共振现象和化学位移作用，对特定原子核及 其化合物进行分析。以化合物或单质的化学位移频 率曲线来表达检查结果。
• 不同的原子核都会以略有差异的频率发生共振，并 产生不同的波峰。根据其在MRS上共振峰的位置不 同来区分不同的化合物。
多体素 (2D) ：定位包括病灶中心、病灶边缘、
周边相对正常组织。
单体素定位 多体素定位
二、MRS的临床应用
• 儿童脑发育 • 脑肿瘤 ♣ • 急慢性脑缺血性改变 • 癫痫 • 早老性痴呆 • 代谢性疾病
（一）星形细胞瘤的分级诊断
星形细胞肿瘤的分类
高度恶性星形细胞肿瘤：胶母细胞瘤 （IV 级）和间变性星形细胞瘤（III级） 。
• 4、乳酸（Lac）：Lac峰具有一定特殊的形状。
它由两个独特的共振峰组成，称为双重线 （doublet），是相邻质子J偶联间磁场相互作用 所致。Lac双重线出现于1.32ppm；第二峰出现 于4.1ppm,此峰十分接近水共振峰，因而常被抑 制。正常时脑内Lac水平较低。Lac的存在提示正
常细胞内氧化呼吸抑制而糖酵解加强，被认为是早 期脑梗死的敏感指标。Lac能改变局部神经元的兴 奋性而发挥神经介质作用。TE为272ms时Lac曲 线凸出于基线上，而TE为136ms时，Lac双重线
FLAIR示病灶实质呈稍高信号，周围可见大片水肿区域，MRS示体素1、2位 于病灶实质，体素3-5均位于病灶周围水肿区域，体素6位于病灶对侧相应 部位。MRS示病灶实质内NAA峰明显降低，Cho峰和Lip1.3峰升高，Cr峰降低， CNI>5。病灶周围水肿区域可见类似异常，提示肿瘤浸润。
右侧侧脑室星形细胞瘤
• 2、胆碱（Cho）：Cho波峰出现于3.2ppm,它 包括甘油磷酸胆碱、磷酸胆碱和磷脂酰胆碱的作 用，因而反映脑内总胆碱的储存量。Cho是细胞 膜磷脂代谢的一个组成成分并反映膜的更新，而 且是乙酰胆碱和磷脂酰胆碱的前体，后一种化合 物参与构成细胞膜；而前一种化合物为一种重要 的神经递质，影响记忆、认知和精神状态。Cho 升高见于损伤恢复、胶质增生、肿瘤、脱髓鞘、 感染等疾病；降低见于痴呆、中风、无症状性肝 病等。
低度恶性星形细胞肿瘤：弥漫性星形细胞瘤 （II级）和毛细胞性星形细胞瘤（I级）。
良、恶性星形细胞肿瘤的预后不同
高度恶性星形细胞肿瘤：15-44岁患者治疗后生 存期约为17个月，随年龄增大生存期快速下降， 至65岁时治疗后生存期约为5个月。
低度恶性星形细胞肿瘤：65%同样治疗后生存 期约为5年。
低、高度恶性星形细胞肿瘤的CNI
总结：
• 胶质瘤典型表现为NAA显著降低，Cr中度降低， Cho显著升高。
• Cho/NAA、Cho/Cr、反映胶质瘤的良恶性。 • Cho/NAA比值最重要，肿瘤恶性程度越高，
Cho/NAA比值越高。 • 脂质波峰的出现和升高，肿瘤的恶性度也增加。
MRS在判断肿瘤术后复发中的应用
MRS在肿瘤鉴别诊断中的作用
• 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。
MRS定位方法
单体素：定位于病灶中心，层厚决定体素大小，与
FOV无关，理想的大小为20*20*20mm。
FLAIR
MRS
DWI
MRSI,体素1、2位于病灶区域, Cho峰较对侧明显升高，NAA峰较对侧明 显降低，MI峰较对侧升高，Cr峰略降低，未见Lip峰。体素3位于对侧， 信号正常。体素4位于瘤周2cm处，信号近于正常，仅NAA峰略低，Cho变 化不著。DWI见肿瘤弥散受限。鉴于病灶区域MI高于对侧者， Cr峰仅略 降低，瘤周信号近于正常，未见Lip峰故应诊断为星形细胞瘤；但病灶 区域Cho信号甚高，NAA峰甚低，CNI>10，提示有恶化倾向。
认识谱线
Lac (0.9,1.4ppm) NAA(2.02 ppm) Glx (2.2-2.4ppm) Cr (3.0ppm) Cho (3.2ppm) mI (3.56,4.06ppm) Lip (0.8-1.3ppm) Ala(1.48ppm)
质子磁共振波谱分析 测得之代谢物
• 1、N-乙酰天冬氨酸（NAA）：NAA的表 现是其N-乙酰基的特征，化学位移位于 2.02ppm。NAA存在于神经元中，是公认 的神经元的一种标志，在神经元破坏时其浓 度下降。NAA升高仅见于Canavan氏病 （海绵状脑白质营养不良症）；降低见于生 理源性（婴儿和老年人）和病理源性（肿瘤、 缺血缺氧和梗死、癫痫、感染、神经退行性 改变、脱髓鞘病变等）。
• 脑内外肿瘤的鉴别 • 肿瘤与非肿瘤性病变的鉴别
MRS对脑内外肿瘤的鉴别
脑外肿瘤不含神经元，MRS检测不到 NAA。
MRS对脑膜瘤的诊断
• 两个特征：NAA峰缺如（缺乏神经 元及胶质细胞）； Cho峰明显升高。
• Cho/Cr是胶质瘤的3倍。 • 可显示苯丙氨酸（Alanine，Ala）峰。
间变性脑膜瘤（Ⅲ级）
FLAIR
T1WI C+
MRS
FLAIR显示体素1-4位于病灶内坏死区和其周围的实质区，MRS病灶 侧波谱显示Cho峰明显升高，NAA峰降低（部分容积效应）,见高的 Lip峰和出现GHS、Gly峰。结合常规MRI，提示间变性脑膜瘤（Ⅲ 级）的可能较大。
间变性脑膜瘤（Ⅲ级）
病灶内明显的大片坏死
核异型和核分裂相
MRS对肿瘤与非肿瘤性病变的鉴别
MRS可用于区别肿瘤和非肿瘤性疾病。 所有肿瘤Cho/Cr比率均大于2，部分非 肿瘤性疾病也可大于2，但其Cho一般不 大于正常对照侧。
肿瘤与脑梗死的鉴别诊断
缺血后的局部神经元和轴突坏死较为显著，而低 度恶性星形细胞肿瘤的恶性程度较低，对于局部 正常组织破坏程度较低，故慢性脑梗死病灶中的 NAA峰降低较低度恶性星形细胞肿瘤更为明显， NAA/nNAA在两者中分别为0.344±0.063和 0.458±0.039。
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。
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。