波谱成像的临床应用与思考

作为在活体上无创探测组织代谢生化信息的一种成像技术，磁共振波谱成像在神经系统疾病的诊断和鉴别诊断中具有一定的临床价值，也被不断地拓展应用和推广。从代谢物定量的角度而言磁共振波谱成像可以理解为一种半定量的解决方案，这是因为干扰一种代谢物谱线的因素很多，如磁场均匀度，病变本身的一些特殊改变等。因此，目前临床上所使用的磁共振波谱成像还达不到绝对定量的目的。但是通过观察代谢物之间比值关系的变化也可以达到对某种代谢物的半定量评估，这些对于诊断和鉴别诊断具有很现实的临床价值。我们可以根据某些代谢物如乳酸的出现或者通过观察某些代谢物如胆碱、N-乙酰天冬氨酸相对含量的改变来推测和评估所发生的代谢改变，通过这些代谢改变来推测可能发生的病理改变。磁共振波谱成像对于肿瘤类病变的诊断和鉴别诊断可以提供支持性诊断依据。某些代谢类疾病如线粒体脑肌病或血管性疾病如缺血性脑卒中都可能因为无氧酵解的加强而出现乳酸峰，同时也可能因为神经元受损而导致NAA的降低。在磁共振波谱临床应用过程中有几点值得大家思考：

01

磁共振波谱成像在临床应用中有一定限度：前文已经讨论过波谱成像过程中所面临的特殊挑战以及对成像设备的较高要求等，了解这些就能帮助我们更好地理解和把握磁共振波谱成像在临床应用中的一些限度。因为波谱成像对于成像区域磁场均匀度有着特别高的要求，因此波谱成像显然在一些特殊部位如脊髓等区域应用就明显受限。对于发生在椎体内的病变，因为局部具有很多的黄骨髓存在，这使得该区域波谱成像可行性很小。如果病变本身特别小，那么成像过程中就会存在明显的部分容积效应，这些也会导致波谱扫描所得到的谱线难以判读，因此特别小的病变进行波谱成像意义也很有限度。简而言之，波谱成像尽管非常有意义，但它在临床实际工作中也必须充分考虑其可行性和可信性，盲目地进行波谱扫描既造成扫描时间的浪费，又得不到有价值的诊断、鉴别诊断信息。作为一名磁共振设备使用者，必须能够更精准地评估进行波谱扫描的价值和意义。

02

磁共振的波谱表现有诊断、鉴别诊断价值但缺乏特异性：了解这一点对于正确解读波谱扫描结果至关重要。不同的病理改变可能导致相同或相似的谱线改变，在这种情况下，某些特定代谢物的出现或者某种代谢物含量的相对变化可以成为支持某些诊断和鉴别诊断的依据但不能作为排除其他病变的依据。例如，在患有线粒体脑肌病时因为三羧酸循环的障碍无法进行有效的有氧酵解，作为代偿无氧酵解明显增强，其结果表现为在波谱成像过程中可以探测到乳酸双峰，正常情况下乳酸双峰是不存在的或因其含量太低探测不到。当通过波谱成像探测到乳酸双峰时，它可以作为支持线粒体脑肌病的一个重要依据，但是还不能仅仅根据所发现的乳酸双峰就明确诊断为线粒体脑肌病，因为在缺血脑梗死时缺血区域同样可以探测到乳酸双峰。其实波谱成像这种“异病同谱”非常类似于常规磁共振成像中的“异病同影”。另一方面，对于同一病变在其不同的进展时间其代谢物含量也会有所不同，这些也给谱线判读带来一定的困难。临床工作者在进行谱线解读时必须坚持具体问题具体分析的原则。

03

在进行谱线解读时也要认真分析谱线的质量和能否用于诊断和鉴别诊断：前文中反复强调波谱扫描对于磁场均匀度、信噪比以及水抑制、脂肪抑制等都有非常苛刻的要求，这是因为波谱成像所探测的各种代谢物和水或脂肪相比几乎微乎其微，在残留水或者脂峰污染下都可能导致基线不稳和无法清晰识别代谢物的谱线。遗憾的是临床工作中仍有一部分操作人员因为对此缺乏足够的认识，在定位、扫描过程中过于随意，也不去认真观察各种预扫描数据，最后导致所扫描的波谱成像达不到诊断要求，在这种情况下诊断医生只能选择重新扫描或者放弃当前数据。

04

分析谱线时必须综合考虑成像方法和成像参数：磁共振波谱成像中的不同成像方式和不同成像参数的选择对于相应的谱线结果都会产生一定的影响。譬如相对于多体素波谱而言，2D多体素波谱成像范围大且可一次成像进行不同区域对比，但因为2D多体素波谱成像时体素相对于单体素波谱小，这会导致2D多体素波谱成像对于显示微量代谢物不如单体素波谱容易，而且对于2D多体素波谱成像的定位等方面提出了更高的要求。对于同一位置的单体素波谱成像而言，不同的成像参数如不同的TE时间在代谢物显示上也会明显不同。短TE波谱成像容易带来基线不稳，但对于显示一些短T2属性的代谢物却更有利。作为医生在判读波谱谱线时要充分考虑这些因素可能带来的影响才能更理性的解读相应谱线，同时，了解这些影响因素也可以为临床工作带来更多的切入点，用相应的方式和参数来验证和显示诊断工作中所关心的代谢物。

图片说明：波谱成像中不同TE时间对谱线及代谢物显示影响。右顶叶占位病变采用不同TE时间的单体素波谱成像，TE为35ms时乳酸双峰正立（白圈），同时在3.5ppm附近可以显示肌醇峰（红圈）；在TE为144ms的单体素波谱成像显示乳酸双峰倒置（白圈），在3.5ppm附近未见肌醇峰。肌醇峰的显示代表胶质增生，也代表肿瘤恶性度较高。

图片说明：波谱成像中多体素与单体素对比。同一区域多体素与单体素波谱对比，虽然多体素和单体素谱线相似，但在乳酸双峰显示上单体素波谱可见明显的乳酸双峰谱线，而在多体素波谱上可见倒置乳酸峰但双峰结构显示不清。

图片说明：波谱成像在脑肿瘤中应用。左额叶占位病变，增强扫描强化不明显，3D ASL灌注成像显示肿瘤病变区呈明显高灌注改变，病变区单体素波谱扫描提示病变NAA降低，胆碱明显增高；在1.35ppm和0.9到1.2ppm范围可见正立乳酸双峰和脂肪峰，在3.56ppm附近可见肌醇峰。乳酸峰、脂肪峰及肌醇峰提示肿瘤有无氧酵解存在，提示肿瘤增长活跃病变区相对乏氧改变，脂肪峰提示有坏死或代谢改变；肌醇峰提示胶质增生，在胶质瘤提示恶性度偏高。病理证实WHOⅢ级间变胶质瘤。

在波谱应用过程中要注意的一点是不同的病变可能有相似谱线表现，根据获得的谱线可以作为支持诊断的依据，但有时不是排除或鉴别的依据。譬如，线粒体脑肌病因为三羧酸循环的障碍可以导致病变区乳酸堆积，因此怀疑线粒体脑肌病时进行波谱成像明确乳酸峰的存在对于该病的诊断是一个有力的支持依据。但缺血性脑卒中时在缺血梗死区也可以有乳酸的堆积，所以单纯根据波谱谱线不能鉴别线粒体脑肌病和缺血性脑卒中。

图片说明：波谱成像在线粒体脑肌病中应用。突发左侧肢体活动不灵就诊，右颞叶可见大片状长T2、长T1信号信号改变，DWI成像显示皮质高信号，髓质区呈稍低信号，提示血管源性水肿，3D ASL灌注成像呈明显高灌注改变。患者经肌肉穿刺证实为线粒体脑肌病。治疗一个月后复查3D ASL灌注仍见片状高灌注但较治疗前有所减小，TE35ms的单体素波谱成像可见明显的乳酸双峰及脂质峰。乳酸峰的支持提示局部有乳酸堆积。

图片说明：波谱成像在不同病变中的异病同谱表现。上下两排是两个不同的病例，上排是缺血性脑卒中，下排是线粒体脑肌病。两个病例的波谱成像（TE144ms,单体素）均可见倒置乳酸峰和脂质峰。单纯从谱线很难区分二者，两个病例的3D ASL灌注成像显示截然不同，缺血性脑卒中表现为低灌注，而线粒体脑肌病表现为高灌注。

磁共振波谱成像在神经系统病变的一个比较有代表性的应用是肿瘤病变。在肿瘤病变中波谱成像一个很有价值的应用是明确肿瘤周围水肿区是否有肿瘤细胞浸润，同时对于肿瘤的恶性程度有一定帮助（如下图所示）。不过在判断肿瘤良恶性方面MRS不如灌注成像等更敏感，也缺乏足够的特异性。另外，磁共振波谱成像对于判断肿瘤复发等也有一定意义。

图片说明：波谱成像在脑内肿瘤鉴别中的意义。左颞顶叶占位病变多体素波谱成像，病变区胆碱峰高于NAA峰，这种相对关系变化对于明确肿瘤病变有支持意义。同时在波谱成像也提示病变内仍有NAA成分存在，这说明病变起于脑内，是否存在NAA是鉴别脑内、脑外肿瘤病变的重要依据之一，不过在波谱分析中要避免部分容积效应的干扰。

图片说明：波谱成像中的部分容积效应问题。这里通过一个实例分析说明一下脑膜瘤病例波谱分析中存在的部分容积效应。当分析的体素比较靠近病变的边缘部时体素中就可能包括了临近一部分脑内组织，在对应的谱线上显示有NAA的存在，而在病变的中心部分析时体素内不含NAA成分。