磁共振波譜成像在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、磁共振波譜成像在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用,南京醫(yī)科大學(xué)附屬江寧醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科 韋存勝,概述,磁共振波譜（Magnetic Resonance Spectrum, MRS）成像是迄今為止惟一能夠進(jìn)行活體組織代謝定量分析的一種無創(chuàng)檢測手段。主要應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷和鑒別，如腦缺血性病變、脫髓鞘病變、腦腫瘤及變性疾病等疾病的病理生理變化及代謝物濃度的檢測，以及檢測早期海馬硬化。不但可以反映腦組織神經(jīng)元的損傷、膠質(zhì)細(xì)胞的增生及能量代謝等

2、變化，還可以動態(tài)觀察各種疾病的轉(zhuǎn)化及評估其預(yù)后。,技術(shù)原理,不同波譜：1H、31P、13C、19F、23Na 1H-MRS應(yīng)用最廣泛利用原子核化學(xué)位移和原子核自旋耦合裂分現(xiàn)象不同化合物的相同原子核之間，相同的化合物不同原子核之間，共振頻率的差別就是MRS的理論基礎(chǔ),技術(shù)原理,感興趣區(qū)（體素）——用于數(shù)據(jù)分析和采集的區(qū)域病灶對照,方法選擇,1、單體素氫質(zhì)子（Single voxel，SV）1H-MRS覆蓋范圍有限，一次采集只能

3、分析一個區(qū)域，適用于局限性病變，后顱窩病變采集時間短，一般3~5分鐘譜線定性分析容易2、多體素氫質(zhì)子（proton multi-voxel spectroscopy imaging，PMVSI）1H-MRS可以同時獲取病變側(cè)和未被病變累及的區(qū)域，評價病灶的范圍大 。勻場比較困難，由于多個區(qū)域同時獲得相同的磁場均勻性。對臨近顱骨、鼻竇或后顱窩的病灶，由于磁敏感偽影常常一次勻場不能成功采集時間比較長,序列選擇——定位方法,1、受

4、激回波法 (the Stimulated Echo Acquisition Method, STEAM) 優(yōu)點(diǎn)：常使用短TE（35ms）檢測代謝物種類多，如脂質(zhì)、谷氨酰胺和肌醇只有在短TE才能檢出 缺點(diǎn)：對運(yùn)動敏感，信噪比低，對勻場和水抑制要求嚴(yán)格，對T2弛豫不敏感2、點(diǎn)分辨波譜法 (the Point Resolved Spectroscopy PRESS)優(yōu)點(diǎn)：信噪比高，是激勵回波法的2倍 ，可以選擇長、短TE（ 144

5、ms or 35ms ），對T2弛豫敏感，對運(yùn)動不太敏感缺點(diǎn)：選擇長TE，不易檢出短T2物質(zhì)，如脂質(zhì),回波時間（TE）,應(yīng)用長、短TE可確定的代謝產(chǎn)物如下：NAA——N-乙酰天門冬氨酸 Cr——肌酸Cho——膽堿 Lac——乳酸另有一些代謝物只有短TE才能確定：Lip——脂質(zhì)

6、 Glx——谷氨酰胺和谷氨酸mI——肌醇長TE檢測到的代謝產(chǎn)物較少，所以獲得的波譜很容易解釋。,縱軸代表信號強(qiáng)度，峰高和峰值下面積反映某種化合物的存在和化合物的量，與共振原子核的數(shù)目成正比。橫軸代表化學(xué)位移（頻率差別），單位百萬分子一（ppm）,MRS的主要代謝物及其意義,N-乙酰天門冬氨酸(NAA)位于波譜2.02-2.05ppm處，主要位于成熟神

7、經(jīng)元內(nèi)，是神經(jīng)元的內(nèi)標(biāo)記物，是正常波譜中最大的峰。NAA下降見于神經(jīng)元損害，包括缺血、創(chuàng)傷、感染、腫瘤等，腦外腫瘤無NAA峰。NAA升高少見，Canavan病，發(fā)育中的兒童，軸索恢復(fù)時可升高。,MRS的主要代謝物及其意義,肌酸(Cr)位于波譜3.03ppm、 3.94ppm（Cr ）附近;此峰由肌酸、磷酸肌酸、?-氨基丁酸、賴氨酸和谷胱甘肽共同組成；是腦細(xì)胞能量代謝的提示物；一般較穩(wěn)定，常作為其它代謝物信號強(qiáng)度的參照物；正常腦波譜

8、中， Cr是第二高波峰Cr升高：創(chuàng)傷，高滲狀態(tài)Cr降低：缺氧，中風(fēng)，腫瘤,MRS的主要代謝物及其意義,膽堿(Cho)波峰位于3.20ppm處；由磷酸膽堿、磷酸甘油膽堿、磷脂酰膽堿組成，反映腦內(nèi)的總膽堿量；是細(xì)胞膜磷脂代謝的成份之一，是細(xì)胞膜轉(zhuǎn)換的標(biāo)記物，反映了細(xì)胞膜的運(yùn)轉(zhuǎn)，和細(xì)胞的增殖，Cho是髓鞘磷脂崩潰的標(biāo)志。 Cho升高：腫瘤，急性脫髓鞘疾病，炎癥、慢性缺氧等 Cho降低：中風(fēng)，肝性腦病Cho峰是評價腦腫瘤的重要共振峰

9、之一，腫瘤快速的細(xì)胞分裂導(dǎo)致細(xì)胞膜轉(zhuǎn)換和細(xì)胞增殖加快，Cho峰增高,MRS的主要代謝物及其意義,肌醇（mI）波峰的位置3.56ppm和4.06ppm處，膠質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)記物，是最重要的滲透壓或細(xì)胞容積的調(diào)節(jié)劑mI 升高，新生兒，低級別的膠質(zhì)瘤，慢性病灶膠質(zhì)增生mI降低：慢性肝病，梗死，惡性腫瘤,MRS的主要代謝物及其意義,乳酸(Lac)位于1.32ppm，次峰4.1ppm，由兩個共振峰組成，稱為雙重線；TE為144ms時反轉(zhuǎn)向下；正

10、常情況下檢測不到Lac峰。此峰出現(xiàn)說明細(xì)胞內(nèi)有氧呼吸被抑制，無氧糖酵解過程加強(qiáng) 出現(xiàn)乳酸峰：見于腦腫瘤、膿腫、囊腫、梗塞及炎癥，線粒體異常腦腫瘤中，Lac出現(xiàn)提示惡性程度較高,MRS的主要代謝物及其意義,脂質(zhì)（ Lip）波峰位于0.8~1.33ppm之間，共振頻率與Lac相似，可以遮蔽Lac峰；脂質(zhì)、谷氨酰胺和肌醇只有在短TE才能檢出Lip增高，提示髓鞘的壞死和／或中斷。見于壞死腫瘤，炎癥，急性中風(fēng)，多發(fā)性硬化急性期,MRS的主

11、要代謝物及其意義,谷氨酸和谷氨酰胺（Glx）位于2.1-2.55 ppm，3.76ppm； 谷氨酸是一種興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，主要的氨攝取途徑；谷氨酰胺參與神經(jīng)遞質(zhì)的滅活和調(diào)節(jié)活動Glx升高：肝性腦病，缺氧性腦病,MRS的主要代謝物及其意義,區(qū)域變化１ NAA: 海馬＜皮質(zhì)及皮質(zhì)下，小腦＜其他２ Cr: 灰質(zhì)＞白質(zhì)（２０％左右） 3 Cho：白質(zhì)＞灰質(zhì)，在橋腦濃度＞其他部位４ 基底節(jié)區(qū)：NAA/Cr和mI/Cr比

12、率較低， Cho/Cr比率較高,MRS的主要代謝物及其意義,年齡變化新生兒：NAA 及NAA/Cr 比率逐漸增加， 提示出生后神經(jīng)元逐漸成熟 ＜8月：Cho和 mI水平明顯升高 8月至2歲：波譜逐漸趨于正常化 2歲后與成人基本一致老年人： NAA 及NAA/Cr 比率減低，提示神經(jīng)元數(shù)目減少或生存能力減低。Cho和 Cho/Cr比率升高， 提示細(xì)胞膜退變加劇和膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)目增加,臨床應(yīng)用,腦梗死1、

13、缺血半暗帶Lac增高，而NAA 正常，說明此處腦組織處于缺血狀態(tài)，但神經(jīng)元功能尚未受到損害2、梗死急性期進(jìn)入梗死期后, 與缺血半暗帶相同, MRS可以檢測到Lac水平升高, 是腦梗死開始階段最敏感的標(biāo)記物。NAA也是一個與腦梗死相關(guān)的標(biāo)記物。缺血2 h后, NAA即開始下降, 缺血3 ～ 6 h時NAA持續(xù)下降, 6 ～ 12 h時下降幅度最為明顯, 24 ～ 72 h時持續(xù)下降到幾乎完全消失。且NAA的下降是不可逆的。,3、亞

14、急性期或慢性期在亞急性期或慢性期，隨梗死進(jìn)程，Lac水平以每周36%速度下降。NAA水平下降是漸進(jìn)的，且不可逆（大約每周29%）由于神經(jīng)元比膠質(zhì)細(xì)胞對缺血更敏感，所以NAA下降的幅度大于Cho和Cr。1H MRS可用于梗死與腫瘤的鑒別Lac水平升高伴NAA，Cr和Cho降低提示梗死。Lac和Cho水平升高伴NAA和Cr降低提示腫瘤。（注意：亞急性或慢性期梗死，由于再次髓鞘形成和膠質(zhì)增生，Cho水平可以升高）,臨床應(yīng)用,TIA

15、研究證明, 在TIA發(fā)作后的1天內(nèi), 對腦功能異常區(qū)和對側(cè)相同腦區(qū)進(jìn)行MRS檢查, 結(jié)果發(fā)現(xiàn):功能異常區(qū)的NAA/Cr無明顯異常改變, 提示TIA患者一過性局部腦血流低灌注尚不足以影響局部神經(jīng)元的數(shù)量與功能, 而Lac峰升高, 提示腦局部低灌注可能導(dǎo)致局部無氧代謝Lac濃度升高, 因此該區(qū)是可能發(fā)展成腦梗死的高危區(qū)域。,臨床應(yīng)用,腦出血腦出血周圍NAA/Cr 持續(xù)下降，尤其是在出血后2 周腦出血后遲發(fā)性水腫區(qū) NAA/Cr 降低和

16、Lac 峰出現(xiàn)表明水腫區(qū)神經(jīng)元受損或缺血，提示局部血腦屏障破壞。,臨床應(yīng)用,MSMS的MRS特征表現(xiàn)為:NAA/Cr普遍降低, Cho/Cr普遍增高, mI/Cr增加, NAA降低, Cho、mI、Lac均增高。急性斑塊1、 ↑ ↑ Cho， Cho /Cr ——Cho 升高表明髓鞘崩解，通常見于斑塊形成的早期。2、 ↑ Lip——升高可持續(xù)至6個月。 Lip增加是脫髓鞘退變的結(jié)果，提示急性脫髓鞘。3、 ↑mI， ↑Lac,4

17、、↓Cr——大的破壞病灶可見Cr明顯一過性降低，于亞急性期和慢性期恢復(fù)正常。5、 ↓NAA，NAA/Cr 當(dāng)MRI圖像尚無法顯示斑塊且無強(qiáng)化時, MRS即可見Lac增多、NAA減少, 看似正常腦白質(zhì)(normal-appearing whitematter, NAWM)區(qū)內(nèi)也有異常改變, 表現(xiàn)NAA降低、Cho升高, 可為早期診斷做出提示。慢性斑塊1、Cho， Cho /Cr有正?；厔荩涓咚綌?shù)值會持續(xù)數(shù)月甚至數(shù)年。2、L

18、ip和Lac峰信號消失。3、NAA水平和NAA/Cr比率下降是慢性斑塊的特征，提示進(jìn)行性的神經(jīng)元和軸索丟失。,臨床應(yīng)用,鑒別RR和PS均表現(xiàn)為cMRI上成T2高信號和表現(xiàn)正常的白質(zhì)均可顯示NAA/Cr和NAA/Cho比率降低。與RR型患者相比，在白質(zhì)正常的PS患者中上述比率降低的更為明顯。cMRI上表現(xiàn)正常的白質(zhì)中NAA降低，原因可能有：1、神經(jīng)元斷面位于或鄰近急性斑塊，并繼發(fā)Wallerian變性。2、 cMRI上尚未顯示

19、白質(zhì)病變。3、慢性的軸索代謝功能障礙，導(dǎo)致NAA合成減少。,臨床應(yīng)用,癲癇單體素1H MRS——體素位于雙側(cè)海馬↓ NAA，NAA/Cr， NAA/Cho， NAA/（Cho+Cr）——提示神經(jīng)元丟失和功能障礙↑ Cho+Cr（可觀察到）——提示反應(yīng)性星形細(xì)胞增生↑ mI——提示反應(yīng)性膠質(zhì)細(xì)胞星形細(xì)胞增生↑Lip和Lac（至7天）——癲癇發(fā)作后第一個24小時測定NAA/（Cho+Cr）是最有用的參數(shù)，若該比率低于0.71,

20、則認(rèn)為是病理性。隨著發(fā)作頻率的增加，NAA呈逐漸下降的趨勢,研究表明癲癇發(fā)作越頻繁神經(jīng)元喪失或功能缺失越嚴(yán)重。NAA/（Cho+Cr）的比值降低提示海馬硬化。,臨床應(yīng)用,AD體素——扣帶回后緣（AD代謝異常首先出現(xiàn)在扣帶回）TE 30ms主要表現(xiàn)↓NAA，NAA/Cr ，↑Cho， Cho /Cr↑mI， mI /Cr（＞0.70）（為早期異常，對診斷最重要）對于AD患者， NAA/Cr的降低與認(rèn)知障礙的嚴(yán)重程度具有直接

21、相關(guān)性。,當(dāng)cMRI正常，海馬尚未萎縮時，1H MRS即可檢測AD。在AD患者，mI/Cr的升高早于NAA/Cr的降低。1H MRS診斷AD的敏感性是85%，特異性為65%。對于AD和正常老年人鑒別的敏感度為83%，特異度為98%。對AD和其他類型癡呆鑒別的敏感度為82%，特異度65%。鑒別抑郁癥與AD鑒別比較重要，如果扣帶回的1H MRS正常，則應(yīng)考慮為抑郁癥而非AD。在受累白質(zhì)區(qū)，MID顯示Cho/Cr升高。如果mI /C

22、r＞0.70，但NAA/Cr正常，則應(yīng)考慮診斷為AD。應(yīng)除外糖尿病、尿毒癥、高鈉血癥等高滲狀態(tài)（高滲狀態(tài)典型表現(xiàn)為mI /Cr 升高）如果NAA/Cr升高， 但mI /Cr正?；蚪档?，應(yīng)考慮其他類型的癡呆或低滲狀態(tài)，如低鈉血癥、SIADH等，而不是AD。因此，盡管1H MRS不能確診AD，但有助于鑒別診斷。,臨床應(yīng)用,額顳葉癡呆——累及一個或多個腦葉的局灶性萎縮，主要是額葉，額顳葉或額頂葉。體素——額葉（皮質(zhì)和/或白質(zhì)）TE

23、 30ms主要表現(xiàn)↓NAA，NAA/Cr ↑Cho， Cho /Cr↑mI， mI /Cr（主要異常）能觀察到Lac峰,臨床應(yīng)用,血管性癡呆體素——額葉和頂葉白質(zhì)TE 30ms主要表現(xiàn)Cho /Cr,臨床應(yīng)用,PD體素——紋狀體——可用于鑒別PD和PS PD——典型的1H MRS是正常的。 PS——↓NAA/Cr，↓NAA/Cho,臨床應(yīng)用,腦腫瘤Cho峰的升高與腫瘤的惡性相關(guān)；Cr峰隨腫瘤惡性程度的升

24、高有降低趨勢；Lip峰出現(xiàn)于大多數(shù)高級別的腫瘤中，特別是腫瘤壞死區(qū)或鄰近壞死區(qū)；Lac峰多見于多形膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中，低級星形細(xì)胞瘤中出現(xiàn)此峰則預(yù)示腫瘤進(jìn)一步惡變的可能。,臨床應(yīng)用,膠質(zhì)細(xì)胞瘤膠質(zhì)細(xì)胞瘤是起源于神經(jīng)上皮組織的腫瘤, 在各型顱內(nèi)腫瘤中發(fā)病率最高。典型的膠質(zhì)細(xì)胞瘤1 H-MRS是NAA下降, Cho升高, Cr不變或下降, Lac的出現(xiàn)。許多學(xué)者研究表明, 在星形細(xì)胞瘤, 隨著分級的升高, NAA/Cr下降, 但不足以作為腫

25、瘤的分級標(biāo)準(zhǔn)。,臨床應(yīng)用,腦膜瘤　膜瘤起源于腦膜細(xì)胞, 屬腦外腫瘤, 由于不含正常神經(jīng)元, 檢測不到NAA。典型的1H-MRS是NAA的消失, Cho升高。屬腦外腫瘤共同的1H-MRS表現(xiàn)。而腦膜瘤較為特征性的表現(xiàn)是常可檢測到丙氨酸(Ala,1.3 ～1.4ppm)?？蓹z測到小的乳酸鹽。腦膜瘤多為良性腫瘤, 但顯著的Cho升高, 常提示為惡性腦膜瘤。,臨床應(yīng)用,顱神經(jīng)瘤　顱神經(jīng)瘤起源于施旺細(xì)胞, 因此, 典型的顱神經(jīng)瘤1H-MR

26、S亦是腦外腫瘤的波譜, 即NAA消失, Cho升高。有時可檢測到乳酸鹽, 但不出現(xiàn)丙氨酸, 據(jù)此可與腦膜瘤相鑒別。,臨床應(yīng)用,轉(zhuǎn)移性腦腫瘤　亦為腦外腫瘤的特點(diǎn), 即NAA消失,Cho上升。較為特征的表現(xiàn)是檢測到脂肪峰。有研究分析了40例不同來源的腦轉(zhuǎn)移瘤, 發(fā)現(xiàn)腦轉(zhuǎn)移瘤波譜與正常腦組織有顯著的差異, 而不同來源腦轉(zhuǎn)移瘤間波譜無明顯差異,因而據(jù)波譜改變不能判斷其來源。,顱內(nèi)常見病變的代謝物特征,疾病 NAA Cr Cho

27、 Lac Lip aa腫瘤 ? ? ? ? - - -膿腫 ? ? ? ? ? ? ? ?梗死 ? - - ? ? -MS ? ? ? - -