脑磁共振波谱成像技术及应用.ppt

脑磁共振波谱(bp)成像MR spectroscopy of the brain李向荣广西医科大学第一附属(fsh)医院放射科第一页，共六十一页。IntroductionoMagnetic Resonance Spectroscopy，MRSo研究人体(rnt)能量代谢的病理生理改变，显示组织生化特征o研究范围：主要中枢神经系统，体部如前列腺，肝脏，乳腺等o不同波谱：1H、31P、13C、19F、23Nao 1H-MRS应用最广泛第二页，共六十一页。MRS对硬件(yn jin)的要求与MRI不同o高场强，1.0T以上（通常1.5或3.0T）o高均匀度，B0的不均匀性必须小于1.0ppmo不需要梯度线圈，但需要一些空间定位的辅助装置(zhungzh)o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，测定波峰等第三页，共六十一页。MRS基本原理o利用原子核化学位移和原子核自旋耦合裂分现象o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(binhu)，共振频率会有差别，这种现象称为化学位移（Chemical Shift），o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的理论基础第四页，共六十一页。MRS如何如何(rh)生成生成o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 以振幅(zhnf)与频率的函数曲线显示，即磁共振波谱图横轴代表(dibio)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。第五页，共六十一页。MRS扫描(somio)前的若干问题第六页，共六十一页。MRS序列(xli)选择1、激励回波法(the Stimulated Echo Acquisition Method,STEAM)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(cinng)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弛豫不敏感第七页，共六十一页。MRS序列(xli)选择2、点分辨波谱(bp)法 (the Point Resolved Spectroscopy PRESS)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，如脂质对于在体的临床评价，PRESS具有(jyu)高的信噪比且时效性好，最常用（3.0T）。第八页，共六十一页。MRS检查(jinch)方法选择1、单体素氢质子(zhz)（Single voxel，SV）MRSo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o采集时间短，一般35分钟o谱线定性分析容易第九页，共六十一页。单体(dn t)素SVSTEAM TE=35ms第十页，共六十一页。MRS检查(jinch)方法选择2、多体素氢质子（proton multi-voxel spectroscopy proton multi-voxel spectroscopy imagingimaging，P PMVSISI）MRSo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。o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场不能成功o采集(cij)时间比较长。第十一页，共六十一页。多体素MVPRESS TE=144ms第十二页，共六十一页。不同不同TE对波谱对波谱(bp)的影响（的影响（PRESS）o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(cinng)检出，便于测量短T2的物质。缺点是基线不够稳定。o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。第十三页，共六十一页。兴趣(xngq)区对MRS的影响o兴趣区大小直接影响波谱曲线的准确性，过小信号相对(xingdu)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，SV而言，对弥散病变，体素通常为2cm2cm2cm，局灶性病变，体素可减小o兴趣区定位注意：避开血管、血液成分、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，掩盖代谢物的检出第十四页，共六十一页。兴趣(xngq)区过小第十五页，共六十一页。颅骨(lg)伪影第十六页，共六十一页。匀场和水、脂抑制(yzh)o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o水、脂抑制(yzh)：水、脂浓度是代谢物的几十倍，几百倍，甚至几千倍，如不抑制(yzh)，代谢物将被掩盖o匀场和水抑制后:半高全宽（FWHM)，头颅小于10Hz，肝脏小于20Hz；水抑制大于95%第十七页，共六十一页。MRS临床临床应用应用(yngyng)技术技术脑脑o点分辨波谱(bp)法 PRESSo选用SV或 MVo选择成像参数o兴趣区的选择定位o自动预扫描：匀场、水抑制o数据采集后处理和分析第十八页，共六十一页。序列(xli)及扫描参数oSV,PRESSoTR 1500 msoTE 144/35 msoFOV 24 cmoVoxel size 8cm3oNEX 8oScan time 3 min 40so自动(zdng)预扫描后获得的参数：n半高全宽小于10Hzn水抑制大于95%第十九页，共六十一页。波谱(bp)评价o具有诊断质量的波谱应有平直(pn zh)的基线和明确的窄峰。第二十页，共六十一页。波谱检查不成功或出现(chxin)非诊断性波谱的原因o患者不能配合o匀场不成功o病灶存在大量的坏死、血液成分、钙化和黑色素o手术金属夹产生(chnshng)磁化率伪影o甘露醇治疗后会在3.8ppm出现波峰o类固醇类药物治疗后影响代谢物的水平第二十一页，共六十一页。MRS的主要(zhyo)代谢物及其意义第二十二页，共六十一页。N-乙酰天门冬氨酸(NAA)u位于波谱2.02-2.05ppm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。uNAA下降见于神经元损害(snhi)，包括缺血、创伤、感染、肿瘤等，脑外肿瘤无NAA峰uNAA升高少见，Cavana病，发育中的儿童，轴索恢复时可升高。正常浓度(nngd)为6.5-9.7mmol，平均7.8mmol 第二十三页，共六十一页。肌酸(Cr/Pcr)o位于波谱3.03ppm、3.94ppm（PCr）附近;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；一般较稳定，常作为其它代谢物信号强度的参照物；正常(zhngchng)脑波谱中，Cr是第二高波峰oCr/Pcr升高：创伤，高渗状态oCr/Pcr降低：缺氧，中风，肿瘤第二十四页，共六十一页。胆碱(dn jin)(Cho)l波峰位于3.20ppm处；由磷酸胆碱、磷酸甘油胆碱、磷脂酰胆碱组成，反映脑内的总胆碱量；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。lCho升高：肿瘤，急性(jxng)脱髓鞘疾病，炎症、慢性缺氧等 lCho降低：中风，肝性脑病lCho峰是评价脑肿瘤的重要共振峰之一，肿瘤快速的细胞分裂导致细胞膜转换和细胞增殖加快，Cho峰增高正常浓度(nngd)0.8-1.6mmol，平均1.3mmol 第二十五页，共六十一页。肌醇（mI）l波峰的位置3.56ppm和4.06ppm处，胶质细胞(xbo)的标记物，是最重要的渗透压或细胞(xbo)容积的调节剂lmI 升高，新生儿，低级别的胶质瘤，慢性病灶胶质增生lmI降低：慢性肝病，梗死，恶性肿瘤第二十六页，共六十一页。乳酸(r sun)(Lac)o位于1.32ppm，次峰4.1ppm，由两个共振峰组成，称为(chn wi)双重线；TE为144ms时反转向下；正常情况下检测不到Lac峰。此峰出现说明细胞内有氧呼吸被抑制，无氧糖酵解过程加强 o出现乳酸峰：见于脑肿瘤、脓肿、囊肿、梗塞及炎症，线粒体异常o脑肿瘤中，Lac出现提示恶性程度较高 第二十七页，共六十一页。TE=35TE=144第二十八页，共六十一页。脂质（Lip）o波峰位于0.81.33ppm之间，共振频率与Lac相似，可以(ky)遮蔽Lac峰；脂质、谷氨酰胺和肌醇只有在短TE才能检出nLip增高，提示髓鞘的坏死和或中断。见于坏死肿瘤，炎症，急性中风，多发性硬化急性期第二十九页，共六十一页。TE=35ms第三十页，共六十一页。谷氨酸和谷氨酰胺（Glx）o位于2.1-2.55 ppm，3.76ppm；谷氨酸是一种兴奋性神经递质，主要(zhyo)的氨摄取途径；谷氨酰胺参与神经递质的灭活和调节活动oGlx升高：肝性脑病，缺氧性脑病第三十一页，共六十一页。TE=35第三十二页，共六十一页。丙氨酸（Ala）o位于(wiy)1.3-1.44 ppm，常被Lac和Lip峰所遮盖，其功能尚不肯定o升高：脑膜瘤，脑囊虫Ala第三十三页，共六十一页。波谱(bp)结果分析第三十四页，共六十一页。（1）病灶(bngzo)与正常侧对比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(tngyng)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 可能表现为正常第三十五页，共六十一页。（2）比例因素(yn s)和对比剂比例因素（病理掩盖）：当一种(y zhn)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第三十六页，共六十一页。（3）区域(qy)变化 NAA:海马皮质及皮质下，小脑其他 Cr:灰质白质(bizh)（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比率较高第三十七页，共六十一页。（4）年龄(ninlng)变化o 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o老年人：NAA 及NAA/Cr 比率减低，提示神经元数目减少(jinsho)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第三十八页，共六十一页。新生儿成人(chng rn)顶叶(dn y)波谱第三十九页，共六十一页。颅内常见(chn jin)临床疾病的1H MRS表现第四十页，共六十一页。胶质瘤表现为NAA峰下降(xijing)、Cho峰升高，Cr峰稍有变化。Cho峰的升高与肿瘤的恶性相关；Cr峰随肿瘤恶性程度的升高有降低趋势；Lip峰出现于大多数高级别的肿瘤中，特别是肿瘤坏死区或邻近坏死区；Lac峰多见于多形胶质母细胞瘤中，低级星形细胞瘤中出现此峰则预示肿瘤进一步恶变的可能；脑肿瘤第四十一页，共六十一页。脑肿瘤第四十二页，共六十一页。脑肿瘤第四十三页，共六十一页。鞍区肿瘤(zhngli)第四十四页，共六十一页。脑膜瘤第四十五页，共六十一页。鼻咽癌颅内侵犯(qnfn)第四十六页，共六十一页。31P波谱可见PCr和ATP下降，Pi升高，PCr/Pi下降出现于ATP之前(zhqin)；1H波谱可见NAA下降，Lac增加，Cho和Cr下降；脑梗死第四十七页，共六十一页。急性期脑梗塞第四十八页，共六十一页。腔隙性脑梗塞第四十九页，共六十一页。脑梗塞慢性期第五十页，共六十一页。NAA、Cho、Cr明显下降；Cho升高(shn o)(脑炎）Lac、Lip增加，有时见aa增加；感染性病变(bngbin)第五十一页，共六十一页。脑脓肿(nngzhng)第五十二页，共六十一页。脑炎(no yn)2013.5.302013.12.5第五十三页，共六十一页。脑炎(no yn)第五十四页，共六十一页。脱髓鞘性病变急性(jxng)强化病灶Cho含量升高，NAA含量相对正常；mI含量常升高；慢性非强化病灶NAA，Cho含量均下降，程度不一；mI含量升高，尤其是在慢性继发型MS；第五十五页，共六十一页。脱髓鞘病变(bngbin)第五十六页，共六十一页。代谢性疾病(jbng)非酮性高甘氨酸血症，脑MRS可见多余甘氨酸信号;线粒体疾病，MRS表现为信号减低和异常(ychng)乳酸信号(氧化磷酸化障碍而致乳酸堆积);氏病人可见特异性信号升高。第五十七页，共六十一页。线粒体脑病第五十八页，共六十一页。癫痫(dinxin)浓度(nngd)与额叶、颞叶癫痫发作频率呈负相关；随着发作频率的增加,呈逐渐下降的趋势,研究表明癫痫发作越频繁神经元丧失或功能缺失越严重。肌酸()和胆碱()峰值升高；与(+)的比值降低提示海马硬化；1 还可用于测定与癫痫活动有关的神经递质:氨基丁酸()、谷氨酸()和谷胺酰盐()。第五十九页，共六十一页。颅内常见(chn jin)病变的代谢物特征疾病 NAA Cr Cho Lac Lip aa肿瘤 -脓肿(nngzhng)梗死 -MS -癫痫 -第六十页，共六十一页。内容(nirng)总结脑磁共振波谱成像MR spectroscopy of the brain。高场强，1.0T以上(yshng)（通常1.5或3.0T）。不需要梯度线圈，但需要一些空间定位的辅助装置。正常浓度为6.5-9.7mmol，平均7.8mmol。正常浓度0.8-1.6mmol，平均1.3mmol。Glx升高：肝性脑病，缺氧性脑病。Lac峰多见于多形胶质母细胞瘤中，低级星形细胞瘤中出现此峰则预示肿瘤进一步恶变的可能第六十一页，共六十一页。