1H磁共振MRS技术在颅脑疾病的诊断研究

1H磁共振MRS技术在颅脑疾病的诊断研究

刘道柱谢敏许玉军张华

刘道柱1谢敏2许玉军3张华4

（1,2江西省景德镇市第一人民医院CT\MRI室333000）

（3山东省医学影像研究所250021；4上海交通大学附属瑞金医院放射科200025）

【中图分类号】R445.2【文献标识码】A【文章编号】1672-5085（2012）47-0058-03

【摘要】目的回顾分析本研究28例行氢质子磁共振波谱（1H-MRS）检查的病例，探讨该技术在脑内疾患中的临床应用价值。方法对所有病例均采用点分辨波谱（PRESS）序列定位技术，获得单体素波谱，并对28例患有各种脑内疾患的病例，将NAA/Cr、Cho/Cr、及NAA/Cho等指标按病理类型，分组进行技术分析。所有病例均以对侧相应部位的正常脑组织作为自身对照。结果脑部病变的1H-MRS表现与正常脑组织有明显不同（P＜0.05）[1]，表现为Cho/Cr比值升高，NAA/Cr和NAA/Cho比值下降，不同病变之间也存在着MRS差异。结论1H-MRS可提供组织生化和代谢方面的信息，为诊断提供可靠的依据。

【关键词】磁共振波谱单体素脑部疾病

MRS能早期无创伤的提供疾病的生化代谢信息，为疾病的早期诊断提供了有力依据，并能进行疗效检测，开辟了从能量代谢和生化代谢的新纪元。

1材料与方法

一般资料：行1H-MRS检查病例28例，男18例，女10例，年龄26～82岁，平均年龄54岁。其中，胶质瘤瘤10例，脑膜瘤6例，转移瘤4例，脑梗塞6例，癫痫海马硬化2例。所有病例波谱检查前均未接受过手术、放疗、化疗、溶栓及抗癫痫药物等治疗。波谱检查都以对侧相应部位的正常脑组织作对比。

仪器设备：MagnetomESSENZA1.5超导型磁共振仪，为MRI和MRS一体化设备，所有病例均使用标准头部线圈。

MRI检查：所有病例均行平扫及增强扫描。常规SE序列和FSE序列，获取颅脑横断面、冠状面及矢状面的T1、T2加权像及增强T1扫描，确定病变部位及病变最大径所在的层面。成像参数如下：SE序列T1WI：TR500ms、TE12ms；FSE序列T2WI：TR4029ms、TE112ms；层厚5mm，层间隔1mm，FOV24cm，距阵192×256或256×384，翻转角90°，对比剂为Gd-DTPA，剂量0.1mmol/Kg。静脉注射对比剂后立即重复横断面和冠状面T1WI扫描，必要时加作矢状面扫描。

1H-MRS检查：采用点分辨波谱分析法（Point-resolvedspectroscopy，PRESS）及化学位移选择饱和脉冲（Chemicalshiftselectivesaturationpulse，CHESS）水抑制法采集信号。PRESS序列的成像参数：TR1500ms，TE135ms，采集次数192次，成像时间为5′23″，取得数据后通过工作站进行常规后处理。立方单体素取样：体素（Voxel）大小为20mm×20mm×20mm，选择病变最大径所在的层面，将体素置于病灶的实质部位，尽量避开坏死或囊变区以及颅骨或脑室附近，获得单体素MRS（single-voxelspectroscopy，SVS）。所有的病例均在平扫后增强前进行1H-MRS检查。

波谱分析：应用机器自身条件进行相位和基线的校正，并计算各峰的峰下面积，根据化学位移确定各化合物对应的峰面积，以此估算该化合物的浓度；分析各化合物的峰值和比值，包括N-乙酰冬氨酸峰（N-acetylaspartate，NAA），含胆碱化合物峰值（Choline-containingcompounds，Cho），肌酸峰（Creatine，Cr），乳酸峰（Lactate，Lac）,Cho/Cr比值，NAA/Cr比值和NAA/Cho比值。

2MRS分析的原理及检测产物

MRS分析的原理MRS是利用原子核与不同的化学键结合构成的不同分子在磁场中有不同的自旋频率，用化学位移成像方法把不同的频率化合物在频率轴上区别开来，并对这些特定的化合物做系列分析。频谱有不同的波峰组成，波峰的面积与化合物原子核数量呈正比。磁共振波普实际上就是某种自旋核的化学位移及其信号轻度变化曲线，其横坐标表示化学位移ppm，其纵坐标表示MR信号强度[2]，也即代表了各种具有不同化学位移自旋核的相对含量。

MRS可以检测的原子MRS可以检测的原子包括氢(1H)、磷(31P)、钠(23Na)、碳(12C)、氟(19F)等。由于氢(1H)在人体内含量最丰富且敏感性高，MRS信号较强，容易在MRS系统上实现，因此在临床和科研中(1H)MRS波谱的研究发展最快[3]，它可以用来检测体内多种微量代谢物，并根据这些代谢物的含量来分析脑组织代谢的改变。本文主要对(1H)MRS波谱的应用进行综合分析。

MRS常检测的化合物正常人大脑中的(1H)MRS有3条最明显的谱线，分别是NAA-CH3、PCr/Cr-N(CH3)和Cho-N(CH3)甲基质子共振峰[4]。

乳酸(lactate，Lac)为葡萄糖的无氧代谢产物，包含两个共振峰，共振峰位于1.3ppm和4.1ppm处。通常在正常脑内观测不到Lac信号。Lac是无氧代谢的产物，肌肉运动、局部缺血或缺氧、严重的急性感染都会使Lac浓度迅速升高[5]。

N-乙酰天门冬氨酸(N-acetyaspartate，NAA)共振峰位于2.02ppm处。其作用尚不清楚，主要位于神经元上，故视为神经元的标志，NAA的减少提示神经元的缺损或功能的活动异常。

Pcr+cr肌酸---磷酸肌酸，共振峰位于3.0ppm和3.94ppm处。Cr是脑内能量代谢的标志物，由于在脑代谢物中最为稳定，为高能磷酸盐的储备形式及ATP和ADP的缓冲剂，所以常选择它作为内部基准。

CHO（含胆碱复合物）共振峰位于3.2ppm处。该复合物包括磷酸胆碱、甘油磷酸胆碱、磷脂酰胆碱等，神经元不能合成胆碱，胆碱是细胞膜磷脂代谢的中间产物，是髓鞘形成、细胞代谢和胶质增生的指标[5]，其作用是构成细胞膜和形成神经递质，因此作为指示膜的功能的胆碱，在脑损伤和脑肿瘤等病理状态下，细胞增殖加快导致Cho峰增高。

肌醇(myo-inositol，mI)共振峰位于3.6ppm和4.0ppm处。mI是一种在哺乳动物脑中具有较高浓度的糖，主要存在于神经胶质细胞中，是神经胶质细胞的标志物[5]。由于在测量技术上存在一定的技术难题，目前临床上较少应用。

3MRS在神经系统疾病病诊断中的作用

3.1颅内肿瘤

由于肿瘤病理种类多，各种肿瘤的1HMRS表现也不同，MRS主要目的是判断肿瘤的性质、分化程度、代谢状态和肿瘤对治疗的反应。NAA的降低或消失，提示正常神经元为肿瘤所替代：CHO显著升高，反映了肿瘤细胞增殖、转换加强：Cr轻度下降：而肿瘤坏死、囊变区内的NAA、Cho和Cr均明显降低，可伴有Lac峰的出现。

胶质瘤是最常见的脑内肿瘤,其ＭＲＳ表现为ＮＡＡ峰降低,Ｃｈｏ峰升高,ＮＡＡ/Ｃｒ和ＮＡＡ/Ｃｈｏ比值降低,Ｃｈｏ/Ｃｒ比值升高,部分病例在可见向上的脂质(Ｌｉｐ)峰或倒置的Ｌａｃ峰。Ｃｈｏ/Ｃｒ比值升高与肿瘤组织学分级程度呈正相关,提示该指标有鉴别诊断价值。ＮＡＡ减低是神经元丢失的结果,ＮＡＡ/Ｃｈｏ越低、神经元破坏得就越严重。研究发现Ｃｈｏ/Ｃｒ和ＮＡＡ/Ｃｈｏ在低级和高级胶质瘤中的敏感度分别为73%和86%,特异度分别为94%和96%[6]。

脑膜瘤的典型特征：脑膜瘤起源于脑外的肿瘤，因瘤内不含正常的神经元，理论上也不含ＮＡＡ；因此ＮＡＡ峰消失或极低，Ｃｈｏ增高明显，Ｃｒ降低，Glu峰高而宽，可见Ala，有时可见Lip，良恶性脑膜瘤Ｃｈｏ/Ｃｒ比值无明显差异。

转移瘤的1H-MRS特征改变不明显，多表现为ＮＡＡ下降或缺失，Ｃｈｏ升高和Lac峰的出现，可见Lip峰，在比值上ＮＡＡ/Ｃｒ、Ｃｈｏ/Ｃｒ、Lac/Ｃｒ均有异常，此改变与胶质瘤相似，鉴别点：高级别胶质瘤周边水肿有肿瘤细胞侵润，肿瘤区域及肿瘤周边区域Ｃｈｏ水平升高，而转移瘤周边水肿无肿瘤侵润，肿瘤区域及肿瘤周边区域Ｃｈｏ未见明显升高，瘤体内存在Ｃｒ峰提示高级别胶质瘤[7]，而无Ｃｒ峰则为转移瘤，当有脂质峰Lip的存在表明胶质瘤和/或转移瘤内有细胞坏死但无脂质峰可以除外转移瘤。

3.2脑血管疾病（脑缺血、脑梗死(CI)MRS目前比较肯定的改变是：脑缺血区由于无氧酵解出现特有的乳酸峰，脑梗死超急性期NAA\Cho均不明显，自急性期开始NAA呈进行性下降，而Cho在急性期仍无变化，亚急性期略有减少，NAA\Cho降低越明显，预后恢复越差。慢性期Cho、Cr也降低，Lac峰升高更明显，梗死边缘区Lac峰升高超过T2WI异常高信号区。随着时间的延长，组织坏死，NAACho、Cr均明显降低，而Lac持续存在。持续下降可反映脑梗死后脑细胞内酸中毒、能量代谢障碍以及脑内一些重要物质的变化，较为完整地反映出缺血性梗死和修复等整个脑梗死的病理生理过程，可对治疗和预后做出较准确的评估与判断。由于在脑梗死的超急性期，CT和MRI常不能检测到梗死灶，而理想的溶栓治疗时间窗≤6h，且CT和MRI对缺血半暗带的识别能力有限，所以早期诊断对溶栓治疗非常关键。目前MRS在诊断和研究缺血性脑血管病中的价值已被肯定：MRS可以早期诊断脑梗死，评价急性脑梗死的严重程度及其预后，评价疗效，缩小鉴别诊断的范围，确定缺血半暗带，评价血管狭窄和闭塞的程度。短暂性脑缺血发作(TIA)TIA临床表现为急性一过性的局灶性神经功能缺失，常规CT和MRI检查通常无阳性发现。有研究证明，在TIA发作后的1天内，对脑功能异常区和对侧相同脑区进行MRS检查，结果发现：功能异常区的NAA/Cr无明显异常改变，提示TIA患者一过性局部脑血流低灌注尚不足以影响局部神经元的数量与功能，而Lac峰升高，提示脑局部低灌注可能导致局部无氧代谢Lac浓度升高，因此该区是可能发展成脑梗死的高危区域。故而MRS可以较早地发现脑缺血，对TIA早期诊断有重要价值[8]。

3.3癫痫：1HMRS对癫痫的研究有大量的文章报道，对癫痫灶的确定和定位、定性有重要的意义，一般认为发作时检出的机会大于间歇期，尤其是发作时及发作后7h内至癫痫灶内出现Lac峰，反应局部糖酵解增加。海马硬化时，因神经元的减少和胶质细胞增生可使NAA降低，Cho、Cr升高，NAA/(Cho+Cr)比值可作为病灶定性或判定异常的标志。于MRI不能定位的癫痫病灶，MRS可以很好地发现。包括致癫痫病灶的区域往往具有NAA下降，Cho、Cr、Lac升高，NAA/(Cho+Cr)下降的特点，对癫痫灶的判断提供了重要的依据。NAA的下降提示神经元功能受损或丧失，Cho作为神经胶质细胞膜的代谢复合物参与膜磷脂的转移，Cr是肌酸和磷酸肌酸的总和，反映大脑代谢平衡的维持情况，两者与神经胶质细胞功能相关，NAA、Cho和Cr代谢水平的绝对值重复性低，但相对代谢水平，即NAA/Cho、NAA/Cr、NAA/(Cho+Cr)比值的重复性良好。因此NAA/Cho、NAA/Cr、NAA/(Cho+Cr)的下降可以作为定性和定量反映病灶内神经元丧失或功能障碍、胶质细胞活化的指标[8]。且MRS检出病灶敏感性明显高于目前临床常用的癫疒间辅助诊断方法。因此在临床实践中，MRS可以协助临床资料、常规EEG与MRI为部分性癫疒间患者准确、早期定位癫疒间灶提供更为敏感的依据，对MRI阴性的患者手术预后的预测有一定作用。

4结论和展望

MRS能早期无创伤提供疾病的生化代谢信息，为疾病的早期诊断提供了有力的依据，并能进行疗效的检测，开辟了从能量代谢和生化代谢研究疾病的新纪元。目前，MRS作为无创性研究活体器官的组织能量代谢及生化改变、进行化合物定量分析的惟一方法，能够及时、动态、客观地反映脑内组织病变生化代谢情况。与其他检测脑组织代谢和生物能量状态的方法相比，具有较大的客观优越性，现已广泛应用于临床和基础研究中。它为临床医师对脑组织病变进行活体病理生理研究提供了一种新的手段，从而为从分子水平早期诊断神经系统疾病的性质提供了新的方法。

当然，就目前的技术而言，MRS尚存在一定的局限性，如因其无明确的定位作用而需要与MRI结合、来自其它原子团的干扰影响其准确性、实验和临床检查费较昂贵、成像相对费时等。但是可以相信，随着科学的不断进展，临床研究的不断深入，对MRS认识的不断提高，MRS必将在疾病诊断中发挥越来越重要的作用。

参考文献

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