磁共振波谱成像(MRS)解读及临床意义

MRS是目前能够进行活体组织内化学物质无创性检测的唯一方法,MRI提供的是正常和病理组织的形态信息,而MRS则可以提供组织的代谢信息。大家都清楚在很多疾病的发生过程中,代谢改变往往是早于形态改变的,因此磁共振波谱所能提供的代谢信息无疑有助于疾病的早期诊断,那么MRS是如何成像的。
技术原理

·利用原子核化学位移现象成像
不同化合物的相同原子核,相同化合物不同原子核之间由于所处的化学环境不同,其周围磁场有轻微变化,共振频率会有差别,这种情况称为化学位移现象,共振频率的差别就是MRS的原理基础
·MRS表示方法
横轴表示化学位移(频率差别)单位为百万分之一(ppm)
纵轴表示信号强度
峰高和峰值下面积反映某化合物的存在和量,与共振原子核的数目成正比
SV PRESS TE=35ms
  • NAA波(N-乙酰天门冬氨酸):波峰在2.02ppm。仅存在于神经系统,由神经元的线粒体产生,是神经元密度和活力的标志。所有能够导致神经元损伤和丢失的病变都可以表现有NAA波降低和NAA/Cr比值降低,包括脑肿瘤、脑梗死、脑炎等。
  • Cho波(胆碱):波峰在3.20ppm。胆碱参与细胞膜的合成和降解,与细胞膜磷脂代谢有关,并且是神经递质乙酰胆碱的前体。Cho波增高说明细胞膜更新加快、细胞密度大,通常为肿瘤细胞增殖所致。
  • Cr波(肌酸):波峰在3.05ppm。包括肌酸(Cr)、磷酸肌酸(PCr),存在于神经元和胶质细胞中,为能量代谢物质。在同一个体脑内不同代谢条件下,Cr+PCr的总量恒定,即信号较稳定,故常用来作参比值。脑肿瘤时,因为肿瘤对能量代谢需求高可导致Cr降低。
  • Lac波(乳酸):波峰在1.33~1.35ppm,为无氧代谢产物。正常情况下细胞能量代谢以有氧氧化为主,1H-MRS检测不到。而在缺血/缺氧或者高代谢状态如恶性肿瘤时,乳酸信号强度增加。包含两个明显的共振峰,称为“双尖波”,在较短TE(136ms、144ms)时表现为倒置双峰,在较长TE(272ms,288ms)时表现为正向双峰。Lac与肿瘤分级关系密切。
  • MI (肌醇)波峰在3.56ppm。肌醇为激素敏感性神经受体的产物,也是磷脂酰肌醇和二磷酸磷脂酰肌醇的前体物。MI/Cr比值可以提供肿瘤分级信息,良性肿瘤该比值高于恶性脑肿瘤。也可用于脑肿瘤鉴别诊断,该比值明显增高提示非肿瘤性病变。
  • Glx波(谷氨酸盐):波峰在2.2~2.4ppm及3.6~3.8ppm。可将Glx波与NAA波比较,如果Glx波高于NAA波三分之一以上,说明Glx增高。Glx明显增高提示非肿瘤性病变。
  • Lip(脂质)波峰在0.9~1.3ppm。在短TE(30ms)时波峰较明显。出现脂质波强烈提示组织凝固性坏死,肿瘤和炎症均可表现脂质波增高。
  • Ala波(丙氨酸):波峰在1.47ppm,正常人测不到。Ala波升高是脑膜瘤的特征,可以区别胶质瘤和脑膜瘤,也可见于垂体瘤。
  • AAs波(亮氨酸):波峰位于0.9ppm ,正常人测不到,仅见于脑脓肿,不见于肿瘤坏死或囊性肿瘤,具有特征性,可用于脑脓肿和肿瘤坏死的鉴别。
  • Ace波(乙酸盐)和SUCC (丁二酸盐)分别位于1.9ppm和2.4ppm,与AAs波一样,具有特征性,可用于脑脓肿和肿瘤坏死的鉴别。
波谱的生化背景
MRS临床应用
  • 脑肿瘤
  • 癫痫
  • 超急性期脑梗塞
  • 新生儿缺血缺氧性脑病
  • 脑白质病和脑变性性疾病
  • 脑发育
病例介绍

星型细胞瘤

星型细胞瘤

星型细胞瘤

脑膜瘤

脑梗死

慢性脑梗死
寄生虫性脑炎
病毒性脑炎
肾上腺白质营养不良             线粒体肌病
早老年痴呆(AD)
获得MRS的方法
①选择成像序列:激励回波法(STEAM)、点分辨波谱法(PRESS)等
②选择检查方法:单体素、多体素
③具体操作步骤:参数选择→病变定位→饱和带→预扫描匀场→采集数据→后处理分析
序列选择:
激励回波法(STEAM)
连续使用三个90°射频脉冲产生激励回波  90°-90°-90°
优点:使用短TE(30ms)检测代谢物,如脂质、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驰豫不敏感
点分辨波谱法(PRESS)
使用一个90°脉冲和两个180°脉冲产生回波   90° -180°-180°
优点:信噪比高,是激励回波法的2倍,可以选择长短TE(288ms、144ms、35ms),对运动不太敏感,对T2驰豫敏感
缺点:选择长TE的话,不容易检测出短T2物质,如脂质
检查方法选择:
单体素
优点: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
缺点:谱线的基线不稳定
多体素:二维多体素、三维多体素
优点:覆盖范围大,一次采集可以获得较多信息、谱线的基线稳定
缺点:成像时间长、容易受磁场不均匀性的影响
如何获得好的MRS
必要的硬件和软件是基础
序列、方法、参数和位置的合理选择
兴趣区定位注意:
①大小合理选择,过小信号较低,过大容易受周围组织干扰,依据病变大小选择
②避开血管、脑脊液、空气、脂肪、金属、钙化、骨骼和坏死区,因为上述区域容易产生磁敏感伪影,降低了分辨率和敏感性,掩盖代谢物的检出
匀场和水、脂肪抑制:
①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,都可以引起波普峰增宽或重叠,使磁共振波谱信噪比和分辨率降低。
②水、脂肪抑制:水、脂肪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。
③匀场和水抑制后:线宽 头小于10HZ,肝脏小于20HZ.水抑制大于95%。
(线宽:化合物最大峰高一半处的谱线宽度称为线宽)
MRS的信噪比决定谱线的质量
波谱检查不成功或出现不能诊断的波谱的原因
①患者不配合,运动等
②匀场不成功
③病变有大量坏死、血液成分、钙化
④病人由于手术夹产生的伪影
⑤类固醇类药物治疗后影响代谢物的水平
⑥甘露醇治疗后会在3.8ppm处出现波分
因此,好的MRS首先需要患者的配合,然后加上正确操作步骤、成像序列的选择、后处理才能得出好的质量的MRS。
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来源:邵医影像 任宏
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