磁共振脑功能成像.ppt

单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,.,*,“,”,单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,.,*,单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,.,*,单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,.,*,磁共振波谱成像讲解,1,.,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,2,.,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,3,.,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,4,.,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,5,.,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）,磁共振波谱分析（,MRS）,6,.,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,7,.,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）,8,.,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,9,.,测量脑内神经元活动,脑电图（,EEG）,脑磁图（,MEG）,事件相关电位（,ERP）,10,.,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）,11,.,磁共振波谱,(,MRS,),技术及,临床应用,12,.,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：,1,H、,31,P、,13,C、,19,F、,23,Na,31,P-MRS,最早应用,1,H-MRS,应用最广泛,13,.,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,14,.,MRS,对硬件的要求,与,MRI,不同,高场强，1.0,T,以上,高均匀度，,B,0,的不均匀性必须小于1.0,ppm,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,15,.,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,16,.,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,MRS,的理论基础,17,.,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。,18,.,脑,MRS,19,.,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,20,.,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）,21,.,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,：,90,0,90,0,90,0,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,22,.,MRS,序列选择,点分辨波谱法,：,用1个,90,和2个,180,脉冲产生自旋回波：,90,0,180,0,180,0,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,23,.,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，P,MV,SI,）,MRS,24,.,25,.,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35分钟,26,.,MV,氢质子,MRSI,2,D PROBE-SI,3D Focal PROBE-SI,Full coverage MRSI,和,UltroPROBESI,27,.,MV,氢质子脑,MRSI,的特点,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。,28,.,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,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,29,.,MRS,具体操作步骤,成像参数的选择,兴趣区的选择,预扫描：体素匀场、水抑制,传导和接收增益，调整中央频率,资料采集,资料后处理，显示和储存,30,.,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,31,.,单体素点分辨波谱法（,PRESS,）,成像参数,TR,1500ms,TE,35ms,或144,ms,Voxel size,1520,mm,NEX,8,Scan time,340“,32,.,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,_,33,.,不同,TE,对波谱的影响（,PRESS）,TE=35ms,TE=144ms,34,.,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。,35,.,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1520,mm,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,36,.,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10,Hz，,肝脏小于20,Hz,；水抑制大于95%,37,.,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。,38,.,MRS,信噪比的影响因素,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,39,.,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,40,.,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3.8,ppm,出现波峰,类固醇类药物治疗后影响代谢物的水平,41,.,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,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,42,.,MRS,临床应用,脑部,体部：前列腺、肝脏、乳腺等,43,.,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,44,.序列及扫描参数,SV,press,TR 1500 ms,TE 144/35 ms,FOV 24 cm,Voxel size 20 mm,NEX 8,Scan time 3 min,自动预扫描后获得的参数：,线宽（,Ln）,小于10,Hz,水抑制大于95%,45,.,1,H 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,46,.,脑,MRS,常见成分,中文名称,英文缩写,ppm,位置,脂质,Lipid,0.8-1.3,乳酸,Lac,1.3,乙酰天门冬,NAA,2.0,谷氨酸,Glu/Gln,2.1,2.3,3.7,胆碱,Cr/Pcr,3.2,肌醇,Mi/Ins,3.6,47,.,Cho,NAA,Cr,mI,48,.,人脑代谢物测定的意义,N-,乙酰天门冬氨酸,(,NAA),：,位于波谱,2.0,ppm,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。,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。,49,.,Cho,Cr,NAA,50,.,正常,异常,51,.,胆碱(,Cho),：,脑内总胆碱，波峰位于,3.2,ppm,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。,Cho,升高：脑肿瘤，急性脱髓鞘疾病,Cho,降低：中风，肝性脑病,52,.,Cho,NAA,Cr,53,.,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,3.0,ppm,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,54,.,Cr,Cho,NAA,55,.,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,1.32,ppm,，,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,56,.,LAC,LAC,TE=35,TE=144,57,.,58,.,肌醇（,mI）,：,波峰的位置,3.56ppm,处，胶质细胞的标记物，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,59,.,Lip-,脂质,：,波峰位于,0.81.33ppm,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,60,.,TE=35ms,61,.,（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,两次采集必须采用同样的技术和方案，保持可比性,假阴性：由于部分容积效应，体积较小的病灶 可能表现为正常,减少假阴性的措施：缩小体素，提高分辨率；增加采集次数，提高信噪比,62,.,（2）分析,MRS,时注意点,比例因素（病理掩盖）：当一种代谢物占优势时，其他代谢物由于比例的原因，显示为很小的波峰，这并不意味着其他代谢物浓度低，而是由于某种代谢物的病理性增加,对比剂的影响：对比剂的注射不影响整个波谱的解释，但可能会影响个别峰的面积,63,.,（3）正常情况下不同区域代谢物的变化,NAA:,海马皮质及皮质下，小脑其他,Cr:,灰质白质（左右）,3 Cho,：白质灰质，在桥脑浓度其他部位,基底节区：,NAA/Cr,和,mI/Cr,比率较低，,Cho/Cr,比率较高,64,.,（4）不同年龄代谢物的变化,新生儿：,NAA,及,NAA/Cr,比率逐渐增加，提示出生后神经元逐渐成熟,8月：,Cho,和,mI,水平明显升高,8月至2岁：波谱逐渐趋于正常化,2岁后与成人基本一致,老年人：,NAA,及,NAA/Cr,比率减低，提示神经元数目减少或生存能力减低。,Cho,和,Cho/Cr,比率升高，提示细胞膜退变加剧和胶质细胞数目增加,65,.,MRS,鉴别肿瘤与非肿瘤,波谱技术,TE=144ms，,容易反映,Cho,水平的增长，即肿瘤病灶中主要代谢物,TE=35ms，,能检出,mI,，有助于肿瘤分级,静脉注射对比剂前后，均可进行质子波谱成像，,但进行随访时应与前一次一致,66,.,MRS,鉴别肿瘤与非肿瘤,肿瘤的波谱形式：,NAA,及,NAA/Cr,比率降低,，提示神经元数目和生存能力降低,Cr,降低,，是由于肿瘤能量代谢的需要,Cho,、,Cho/NAA,和,Cho,/Cr,比率增加,，与细胞膜转换率和细胞的稠密度有关，是源于肿瘤细胞的增殖,Lac,出现：,与成人脑肿瘤的分级直接相关，肿瘤级别越高峰值越高；见于所有儿童脑肿瘤中,67,.,MRS,鉴别肿瘤与非肿瘤,Lip,的出现强烈提示组织坏死，见于肿瘤、炎症、急性脱髓鞘病变,mI/Cr,便于,肿瘤分级，低度恶性肿瘤,高度恶性肿瘤；,mI/Cr,比率明显增高，提示为非肿瘤性病变,Glx,高于,NAA,峰1/3时即认为,Glx,增高，见于脑膜瘤，明显增高提示非肿瘤性病变：感染，梗死，肝性脑病等,68,.,MRS,鉴别肿瘤与非肿瘤,注意点,不能完全依赖于波谱，要结合,MRI,图像和灌注结果,假阴性结果：见于肿瘤明显坏死、低度恶性、非常小的病变,假阳性结果：见于炎性假瘤、机化的血肿、病毒性脑炎等,69,.,胶质瘤,Cho,增加，,NAA,降低,70,.,Cho,增加,71,.,Cho,增加,72,.,脑脓肿,Lac,增高,73,.,磁共振波谱,(,MRS,),技术在体部的,应用,74,.,MRS,在前列腺肿瘤中的应用,超声、,CT、MRI,诊断前列腺癌，敏感性特异性都不高,MRS,使前列腺癌的诊断重现生机，,MRI,与3,D-MRS,相结合评价前列腺癌,敏感性95%，特异性91%的，是最为理想的检出前列腺癌的方法。,摘自（,Radiology,1999,213:473-480）,75,.,MRS,在前列腺肿瘤中的应用,前列腺癌在,MRS,上表现为较高的,Cho,峰，,同时特异性的,枸橼酸盐（,Citrate）,峰明显减低，,对前列腺癌的诊断特异性较高。,MRS,技术：选择序列参数定位、饱和带、匀场,常规自动预扫描自动匀场和水脂抑制，要求线宽小于,15Hz，,方可进行,MRS,数据采集。,数据后处理分析,76,.,正常前列腺的,MRS,图像来自北京大学第一医院,77,.,Cho3.2,Cre3.0,Cit2.6-2.7,正常前列腺,MRS,谱线表现,cit,高于,cho+cr,胆碱,+,肌酸,枸橼酸盐,图像来自北京大学第一医院,78,.,前列腺癌,1,H MRSI,表现,Cho+cr,增高，,cit,降低,PCa,CC/C,0.53,CC/C,2.22,枸橼酸盐,枸橼酸盐,胆碱,+,肌酸,图像来自北京大学第一医院,79,.,MRS,在肝脏病变中的应用,MRS,在肝部的应用较少,动物实验、初级临床应用阶段,肝脏,MRS,受呼吸运动的影响较大,采集技术上的困难，限制其应用,肝脏富含液体，强大水信号以及肝脏周围脂肪信号的影响，波谱采集受到干扰,80,.,MRS,在肝脏病变中的应用,病人肝脏标本,MRS,显示,识别正常肝组织与肝癌的准确率达100%,区分正常肝组织与肝硬化组织的准确率为92%,区分肝硬化与肝癌的准确率为98%。,1,H MRS,研究强烈提示肝细胞癌,Cho,明显高于,自体正常肝组织,摘自（,Pathology,2002,34:417-422）,81,.,肝脏,MRS,扫描技术,应用单体素，准确定位，避开血管、胆管、脂肪组织，减少污染，体素大小25,X25mm,兴趣区周围加饱和带，减少周围组织干扰,采用多次分段屏气法，呼吸训练，保持每次屏气一致，消除呼吸运动伪影,常规自动预扫描严格匀场：,线宽小于20,Hz，,水抑制大于95%，方可进行,MRS,数据采集,数据后处理分析,82,.,例1,M 33Y,肝癌,83,.,84,.,Cho,85,.,86,.,Cho,87,.,例2,M 56Y,肝癌，肿瘤不同部位,88,.,Cho,89,.,例3,F 41Y,乳癌肝转移,90,.,肝癌,91,.,92,.,谢 谢,93,.,