磁共振腦功能成像

1、磁共振波譜成像講解影像醫(yī)學(xué)的發(fā)展前景l(fā)更敏感，更特異，更無(wú)創(chuàng)l放射學(xué)-醫(yī)學(xué)影像學(xué)l放射診斷-診斷治療學(xué)l形態(tài)解剖-功能、代謝醫(yī)學(xué)磁共振技術(shù)的應(yīng)用lMRI：研究人體組織器官大體形態(tài)病理生理改變lMRS：研究人體能量代謝及生化改變lfMRI：磁共振腦功能成像腦功能成像測(cè)量腦內(nèi)化合物測(cè)量腦局部代謝和血氧變化技術(shù)測(cè)量腦內(nèi)神經(jīng)元活動(dòng)的技術(shù)腦功能成像測(cè)量腦內(nèi)化合物測(cè)量腦局部代謝和血氧變化技術(shù)測(cè)量腦內(nèi)神經(jīng)元活動(dòng)的技術(shù)測(cè)量腦內(nèi)化合物是特殊神經(jīng)化學(xué)研究技術(shù)，可定位定量，測(cè)量腦內(nèi)各種生物分子的分布和代謝。單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像技術(shù)（SPECT）正電子發(fā)射斷層成像技術(shù)（PET）磁共振波譜分析（MRS）腦功能成像

2、測(cè)量腦內(nèi)化合物測(cè)量腦局部代謝和血氧變化技術(shù)測(cè)量腦內(nèi)神經(jīng)元活動(dòng)的技術(shù)測(cè)量腦代謝和血氧變化當(dāng)腦活動(dòng)增加時(shí)，局部血流，氧代謝和糖代謝增加，可以功能定位，對(duì)腦局部反應(yīng)特征研究PET光學(xué)成像技術(shù)功能磁共振成像（fMRI）灌注成像：外源性灌注成像（PWI） 內(nèi)源性，血氧水平依賴法（BOLD）腦功能成像 測(cè)量腦內(nèi)化合物測(cè)量腦局部代謝和血氧變化測(cè)量腦內(nèi)神經(jīng)元活動(dòng)測(cè)量腦內(nèi)神經(jīng)元活動(dòng)腦電圖（EEG）腦磁圖（MEG）事件相關(guān)電位（ERP）磁共振功能成像磁共振波譜（MRS）擴(kuò)散加權(quán)成像（擴(kuò)散張量成像，DTI）灌注成像：外源性灌注成像（PWI）內(nèi)源性，血氧水平依賴法（BOLD）磁共振波譜磁共振波譜( (MRS) )技術(shù)

3、及技術(shù)及臨床應(yīng)用臨床應(yīng)用 MRS技術(shù)概述技術(shù)概述Magnetic Resonance Spectroscopy，MRS研究人體能量代謝的病理生理改變研究范圍：中樞神經(jīng)系統(tǒng)，體部如前列腺肝臟，乳腺等不同波譜：1H、31P、13C、19F、23Na 31P-MRS最早應(yīng)用1H-MRS應(yīng)用最廣泛MRS對(duì)硬件的要求 與MRI相同磁體RF線圈RF放大器RF發(fā)射器接收器和計(jì)算器MRS對(duì)硬件的要求 與MRI不同高場(chǎng)強(qiáng)，1.0T以上高均勻度，B0的不均勻性必須小于1.0ppm不需要梯度線圈，但需要一些空間定位的輔助裝置不需要成像裝置，但需要必要的硬件和軟件，顯示波譜，計(jì)算化學(xué)位移頻率，測(cè)定波峰等MRS技術(shù)及技

4、術(shù)及基本原理射頻脈沖 原子核激勵(lì) 馳豫 信號(hào)呈指數(shù)衰減（自由感應(yīng)衰減） 傅立葉變換 MRS顯示 振幅與頻率的函數(shù)即MRSMRS技術(shù)及技術(shù)及基本原理利用原子核化學(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，相同的化合物不同原子核之間，由于所處的化學(xué)環(huán)境不同，其周圍磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)有輕微的變化，共振頻率會(huì)有差別，這種現(xiàn)象稱為化學(xué)位移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)MRS技術(shù)及技術(shù)及基本原理MRS表示方法在橫軸代表化學(xué)位移（頻率差別），單位百萬(wàn)分子一（ppm） 縱軸代表信號(hào)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

5、的數(shù)目成正比。腦 MRS如何獲得MRS選擇成像序列：激勵(lì)回波法 STEAM、點(diǎn)分辨波譜法 PRESS等選擇檢查方法：?jiǎn)误w素和多體素具體的步驟：掃描參數(shù)、定位、飽和帶、預(yù)掃描勻場(chǎng)、數(shù)據(jù)采集、后處理分析MRS空間定位及序列選擇l激勵(lì)回波法 (the Stimulated Echo Acquisition Method, STEAM) n點(diǎn)分辨波譜法 (the Point Resolved Spectroscopy PRESS)n深部分辨波譜法（DRESS）n空間分辨波譜法（SPARS）MRS序列選擇l激勵(lì)回波法 ：連續(xù)使用三個(gè)90射頻脈沖產(chǎn)生激勵(lì)回波： 900900900l優(yōu)點(diǎn)：常使用短TE（35

6、ms）檢測(cè)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 l缺點(diǎn)：對(duì)運(yùn)動(dòng)敏感，信噪比低，對(duì)勻場(chǎng)和水抑制要求嚴(yán)格，對(duì)T2弛豫不敏感MRS序列選擇n點(diǎn)分辨波譜法 ：用1個(gè)90和2個(gè)180脈沖產(chǎn)生自旋回波： 90018001800n優(yōu)點(diǎn)：信噪比高，是激勵(lì)回波法的2倍 ，可以選擇長(zhǎng)、短TE（ 144ms or 35ms ），對(duì)T2弛豫敏感，對(duì)運(yùn)動(dòng)不太敏感n缺點(diǎn)：選擇長(zhǎng)TE，不易檢出短T2物質(zhì)，如脂質(zhì)MRS檢查方法單體素氫質(zhì)子（Single voxel，SV）MRS多體素氫質(zhì)子（MV）MRSSV氫質(zhì)子MRS特點(diǎn)覆蓋范圍有限，一次采集只能分析一個(gè)區(qū)域，適用于局限性病變，后顱窩病變采集時(shí)間短，一般

7、35分鐘MV氫質(zhì)子MRSIn2D PROBE-SIn3D Focal PROBE-SInFull coverage MRSI和UltroPROBE-SIMV氫質(zhì)子腦MRSI的特點(diǎn)可以同時(shí)獲取病變側(cè)和未被病變累及的區(qū)域，評(píng)價(jià)病灶的范圍大 。勻場(chǎng)比較困難，由于多個(gè)區(qū)域同時(shí)獲得相同的磁場(chǎng)均勻性。對(duì)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常不能成功采集時(shí)間比較長(zhǎng) 。單體素與多體素的比較 單體素容易實(shí)現(xiàn)成像時(shí)間相對(duì)較短磁場(chǎng)不均勻性易克服譜線定性分析容易譜線的基線不穩(wěn)定多體素覆蓋范圍大，一次采集可獲得較多信息成像時(shí)間長(zhǎng)容易受磁場(chǎng)不均勻性的影響譜線基線穩(wěn)定MRS具體操作步驟 成像參數(shù)的選擇 興

8、趣區(qū)的選擇 預(yù)掃描：體素勻場(chǎng)、水抑制 傳導(dǎo)和接收增益，調(diào)整中央頻率 資料采集 資料后處理，顯示和儲(chǔ)存 如何獲得好的MRS必要的硬件和軟件是基礎(chǔ)：靜磁場(chǎng)的均勻性，射頻脈沖的穩(wěn)定性，后處理軟件序列、方法、參數(shù)和位置的合理選擇，是高信噪比保證單體素點(diǎn)分辨波譜法（PRESS ）成像參數(shù) TR 1500ms TE 35ms或144ms Voxel size 1520mm NEX 8 Scan time 340“ 參數(shù)選擇對(duì)MRS的影響SNRCho/crNaa/crScan timesensitivity采集次數(shù)增加_體素大小_TR延長(zhǎng)TE延長(zhǎng)_不同不同TE對(duì)波譜的影響（對(duì)波譜的影響（ PRESS ）TE

9、=35msTE=144ms不同不同TE對(duì)波譜的影響（對(duì)波譜的影響（PRESS）短TE：檢測(cè)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 ，便于測(cè)量短T2的物質(zhì)。缺點(diǎn)是基線不夠穩(wěn)定。長(zhǎng)TE：檢測(cè)代謝物種類少，基線穩(wěn)定，常用于腫瘤性病變。因?yàn)門E=144ms 時(shí)易于顯示膽堿和乳酸峰，此時(shí)乳酸峰反轉(zhuǎn)于基線下。興趣區(qū)定位對(duì)MRS的影響興趣區(qū)大小直接影響波譜曲線的準(zhǔn)確性，過(guò)小信號(hào)相對(duì)較低；過(guò)大容易受周圍組織的干擾，產(chǎn)生部分容積效應(yīng)。依據(jù)病灶大小決定，一般單體素為1520mm興趣區(qū)定位注意：避開(kāi)血管、腦脊液、空氣、脂肪、壞死區(qū)、金屬、鈣化區(qū)和骨骼。上述區(qū)域易產(chǎn)生磁敏感偽影，降低分辨率和敏感性，

10、掩蓋代謝物的檢出勻場(chǎng)和水、脂抑制勻場(chǎng)：波譜反映的是局部磁場(chǎng)的瞬間變化，任何導(dǎo)致磁場(chǎng)均勻性發(fā)生改變的因素，都可以引起波譜峰增寬或重疊，使MRS信噪比和分辨率降低水、脂抑制：水、脂濃度是代謝物的幾十倍，幾百倍，甚至幾千倍，如不抑制，代謝物將被掩蓋勻場(chǎng)和水抑制后: 線寬，頭顱小于10Hz，肝臟小于20Hz；水抑制大于95%MRS的信噪比MRS 的信噪比決定譜線的質(zhì)量MRS 的信噪比：最大代謝物的峰高除以無(wú)信號(hào)區(qū)噪聲的平均振幅。通常大于3，譜線的質(zhì)量可以接受。MRS信噪比的影響因素n磁場(chǎng)均勻性n興趣區(qū)定位n采集平均次數(shù)n體素大小nTR、TE時(shí)間n組織內(nèi)原子核的自然濃度和敏感性n磁場(chǎng)強(qiáng)度：MRS敏感性與

11、磁場(chǎng)強(qiáng)度的2/3次方成正比，場(chǎng)強(qiáng)越高，敏感性和分辨率越高總之興趣區(qū)定位準(zhǔn)確，避開(kāi)可能影響MRS的周圍組織因素恰當(dāng)?shù)膭驁?chǎng)，保證采樣區(qū)磁場(chǎng)均勻性，提高分辨力和敏感度充分抑制水、脂信號(hào)，避免波譜的脂肪污染和水信號(hào)對(duì)代謝物的掩蓋增加采集次數(shù)、增加體素大小提高信噪比根據(jù)不同的病變選擇不同參數(shù)：TR、TE波譜檢查不成功或出現(xiàn)非診斷性波譜的原因患者不能配合勻場(chǎng)不成功病灶存在大量的壞死、血液成分、鈣化和黑色素手術(shù)金屬夾產(chǎn)生磁化率偽影甘露醇治療后會(huì)在3.8ppm出現(xiàn)波峰類固醇類藥物治療后影響代謝物的水平MRS面臨的挑戰(zhàn) l特定技術(shù)抑制水波譜：與水相比，腦內(nèi)代謝物的含量非常低l提高分辨力和敏感度： MRS反映局部

12、磁場(chǎng)的瞬間變化，對(duì)任何原因引起磁場(chǎng)均一性的微小波動(dòng)均較敏感，導(dǎo)致波峰增寬和重迭，從而降低MRS技術(shù)的分辨力和敏感度l定量分析困難：尤其是絕對(duì)定量MRS臨床應(yīng)用腦部體部：前列腺、肝臟、乳腺等MRS在腦部臨床應(yīng)用技術(shù)點(diǎn)分辨波譜法 PRESS選用SV或 MV選擇成像參數(shù)興趣區(qū)的選擇定位自動(dòng)預(yù)掃描：勻場(chǎng)、水抑制數(shù)據(jù)采集后處理和分析序列及掃描參數(shù)SV, pressTR 1500 msTE 144/35 msFOV 24 cmVoxel size 20 mmNEX 8Scan time 3 min自動(dòng)預(yù)掃描后獲得的參數(shù)：線寬（Ln）小于10Hz水抑制大于95%1H MRS在顱腦疾病的應(yīng)用在顱腦疾病的應(yīng)用腫

13、瘤與非腫瘤腫瘤的類型觀察腫瘤的治療效果和復(fù)發(fā)腫瘤與水腫非腫瘤：感染，梗塞、出血、癲癇等各種變性病變、神經(jīng)退行性變、脫髓鞘病變、代謝性病變等腦MRS常見(jiàn)成分中文名稱英文縮寫ppm位置脂質(zhì)Lipid0.8-1.3乳酸Lac1.3乙酰天門冬NAA2.0谷氨酸Glu/Gln2.1, 2.3, 3.7膽堿Cr/Pcr3.2肌醇Mi/Ins3.6ChoNAACrmI人腦代謝物測(cè)定的意義 uN-乙酰天門冬氨酸(NAA)：位于波譜2.0ppm處，主要位于成熟神經(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。uNAA下降見(jiàn)于神經(jīng)元損害，包括缺血、創(chuàng)傷、感染、腫瘤等，腦外腫瘤無(wú)NAA峰uNAA升高少見(jiàn)，Cava

14、na病，發(fā)育中的兒童，軸索恢復(fù)時(shí)可升高。ChoCrNAA正常正常異常異常l膽堿(Cho)：腦內(nèi)總膽堿，波峰位于3.2ppm處，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。 lCho升高：腦腫瘤，急性脫髓鞘疾病lCho降低：中風(fēng)，肝性腦病ChoNAACrl肌酸(Cr/Pcr):包括肌酸和磷酸肌酸，是腦代謝的標(biāo)記物,位于波譜3.0ppm和4.1ppm處，參與體內(nèi)能量代謝，Cr波峰比較穩(wěn)定，常用作內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。在正常腦波譜中，Cr是第三高波峰。lCr/Pcr升高：創(chuàng)傷，高滲狀態(tài)lCr/Pcr降低：缺氧，中風(fēng)CrChoNAAl乳酸(Lac)

15、：乳酸是糖酵解的終產(chǎn)物，它的出現(xiàn)提示無(wú)氧呼吸，正常腦組織中不可見(jiàn)，位于波譜1.32ppm，當(dāng)TE從短TE變?yōu)殚L(zhǎng)TE時(shí)， Lac峰會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。l出現(xiàn)乳酸峰：見(jiàn)于腦腫瘤、膿腫、囊腫、梗塞及炎癥TE=35TE=144l肌醇（mI）：波峰的位置3.56ppm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lmI 升高，提示膠質(zhì)增生及髓鞘化不良：新生兒，低級(jí)別的膠質(zhì)瘤lmI降低：惡性腫瘤，慢性肝病Lip-脂質(zhì)：波峰位于0.81.33ppm之間，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(jiàn)于惡性腫瘤，炎癥，急性中風(fēng)TE=35ms（1）分析MRS時(shí)注意點(diǎn)注意病灶區(qū)與

16、對(duì)側(cè)非病變區(qū)對(duì)稱采集，便于對(duì)比兩次采集必須采用同樣的技術(shù)和方案，保持可比性假陰性：由于部分容積效應(yīng)，體積較小的病灶 可能表現(xiàn)為正常減少假陰性的措施：縮小體素，提高分辨率；增加采集次數(shù)，提高信噪比（2）分析MRS時(shí)注意點(diǎn)比例因素（病理掩蓋）：當(dāng)一種代謝物占優(yōu)勢(shì)時(shí)，其他代謝物由于比例的原因，顯示為很小的波峰，這并不意味著其他代謝物濃度低，而是由于某種代謝物的病理性增加對(duì)比劑的影響：對(duì)比劑的注射不影響整個(gè)波譜的解釋，但可能會(huì)影響個(gè)別峰的面積（3）正常情況下不同區(qū)域代謝物的變化 NAA: 海馬皮質(zhì)及皮質(zhì)下，小腦其他 Cr: 灰質(zhì)白質(zhì)（左右） 3 Cho：白質(zhì)灰質(zhì)，在橋腦濃度其他部位 基底節(jié)區(qū)：NAA/

17、Cr和mI/Cr比率較低， Cho/Cr比率較高（4）不同年齡代謝物的變化 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?；?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MRS鑒別腫瘤與非腫瘤 波譜技術(shù)TE=144ms，容易反映Cho水平的增長(zhǎng)，即腫瘤病灶中主要代謝物TE=35ms，能檢出mI，有助于腫瘤分級(jí)靜脈注射對(duì)比劑前后，均可進(jìn)行質(zhì)子波譜成像，但進(jìn)行隨訪時(shí)應(yīng)與前一次一致MRS

18、鑒別腫瘤與非腫瘤 腫瘤的波譜形式：NAA 及NAA/Cr比率降低，提示神經(jīng)元數(shù)目和生存能力降低Cr降低，是由于腫瘤能量代謝的需要Cho 、Cho/ NAA 和Cho /Cr比率增加，與細(xì)胞膜轉(zhuǎn)換率和細(xì)胞的稠密度有關(guān)，是源于腫瘤細(xì)胞的增殖Lac出現(xiàn)：與成人腦腫瘤的分級(jí)直接相關(guān)，腫瘤級(jí)別越高峰值越高；見(jiàn)于所有兒童腦腫瘤中MRS鑒別腫瘤與非腫瘤Lip的出現(xiàn)強(qiáng)烈提示組織壞死，見(jiàn)于腫瘤、炎癥、急性脫髓鞘病變mI/Cr便于腫瘤分級(jí)，低度惡性腫瘤高度惡性腫瘤；mI/Cr比率明顯增高，提示為非腫瘤性病變Glx高于NAA峰1/3時(shí)即認(rèn)為Glx增高，見(jiàn)于腦膜瘤，明顯增高提示非腫瘤性病變：感染，梗死，肝性腦病等MR

19、S鑒別腫瘤與非腫瘤 注意點(diǎn)不能完全依賴于波譜，要結(jié)合MRI圖像和灌注結(jié)果假陰性結(jié)果：見(jiàn)于腫瘤明顯壞死、低度惡性、非常小的病變假陽(yáng)性結(jié)果：見(jiàn)于炎性假瘤、機(jī)化的血腫、病毒性腦炎等膠質(zhì)瘤Cho增加，NAA降低Cho增加Cho增加腦膿腫Lac增高磁共振波譜磁共振波譜( (MRS) )技術(shù)在技術(shù)在體部的體部的應(yīng)用應(yīng)用MRS在前列腺腫瘤中的應(yīng)用超聲、CT、MRI診斷前列腺癌，敏感性特異性都不高M(jìn)RS使前列腺癌的診斷重現(xiàn)生機(jī)，MRI與3D-MRS相結(jié)合評(píng)價(jià)前列腺癌敏感性95%，特異性91%的，是最為理想的檢出前列腺癌的方法。 摘自（Radiology,1999,213:473-480）MRS在前列腺腫瘤中的應(yīng)用前列腺癌在MRS上表現(xiàn)為較高的Cho峰，同時(shí)特異性的枸櫞酸鹽（Citrate）峰明顯減低，對(duì)前列腺癌的診斷特異性較高。MRS技術(shù)：選擇序列參數(shù)、定位、飽和帶、勻場(chǎng)常規(guī)自動(dòng)預(yù)掃描自動(dòng)勻場(chǎng)和水脂抑制，要求線寬小于15Hz，方可進(jìn)行M