磁共振波譜分析在體部腫瘤中的應(yīng)用進(jìn)展

1、磁共振波譜分析在體部腫瘤中的應(yīng)用進(jìn)展         07-10-16 15:38:00     編輯：studa20                              &

2、#160;       作者：楊春山 羅軍 肖湘生 劉士遠(yuǎn)【關(guān)鍵詞】  磁共振磁共振波譜分析（Magnetic resonance spectroscopy，MRS）是活體檢測(cè)體內(nèi)物質(zhì)代謝及生化物質(zhì)含量唯一的無(wú)創(chuàng)性檢查技術(shù)，近年來(lái)發(fā)展迅速，已廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)人體組織腫瘤的發(fā)生及發(fā)展 1，2  。MRS的發(fā)展使影像診斷學(xué)逐步深入到細(xì)胞生化代謝水平。研究表明，MRS具有很高的鑒別腫瘤能力，有望成為診斷腫瘤的重要工具 1，2  。腦是MRS研究最多的器官，其臨床應(yīng)用日臻成熟，而MRS在體部腫瘤的應(yīng)用才剛剛起步，本

3、文僅就MRS的基本原理及其在體部腫瘤中的應(yīng)用作一綜述。    1 磁共振波譜分析（MRS）的基本原理及成像技術(shù)    具有核磁共振現(xiàn)象的原子核，當(dāng)接受一個(gè)90°射頻脈沖時(shí)，使它們從Z軸自旋到X軸上，停止射頻脈沖后，自旋核便以運(yùn)動(dòng)方式回到它們?cè)瓉?lái)的Z軸位置，稱為馳豫（relaxation），接受線圈在馳豫時(shí)間內(nèi)能接受到一種隨時(shí)間變化而呈指數(shù)衰減的信號(hào)自由感應(yīng)衰減信號(hào)（free indication decay，F(xiàn)ID）經(jīng)過(guò)傅里葉轉(zhuǎn)換產(chǎn)生了按頻率分布的函數(shù)圖，即磁共振波譜 24  。   

4、 MRS與MRI的基本原理相似，但在信號(hào)采集及后處理方面存在較大的差異。MRI提供給臨床醫(yī)生直觀的解剖圖像，而MRS提供的是復(fù)雜的波譜曲線，是定量的化學(xué)信息。MRI檢查時(shí)盡量抑制其化學(xué)位移，而MRS卻是充分利用化學(xué)位移中的微小變化來(lái)采集信息。    由于不同化合物中原子核的化學(xué)位移不同，可根據(jù)MR波譜中其共振峰（化學(xué)位移）的位置不同而加以鑒別?；瘜W(xué)位移的大小以磁共振頻率的百萬(wàn)分之一（ppm）表示，MR波譜中以橫坐標(biāo)來(lái)表示，縱坐標(biāo)代表代謝產(chǎn)物的信號(hào)強(qiáng)度單位。共振波峰的描述指標(biāo)有:共振頻率、峰高、半峰高處線寬以及波峰積分面積等。共振頻率即共振峰的位置（以ppm表示）。

5、峰高及波峰積分面積與共振原子核的數(shù)目成正比，代表化合物的濃度，可進(jìn)一步進(jìn)行定量分析;半峰高處線寬反映馳豫時(shí)間。    目前用于生物體檢測(cè)的原子核有 1 H、 31  P、 13  C、 19  F、 23  Na、 39  K等，其中人體內(nèi) 1 H、 31  P兩種原子核的自然含量最高，并存在于一些頗具臨床意義的化合物中，故最常用于MR波譜分析。盡管 1 H和 31  P波譜都在使用（其中 31  P波譜能評(píng)價(jià)組織代謝能的來(lái)源， 1  H波譜能提供髓磷質(zhì)、細(xì)胞膜及代謝活性成分

6、等的信息），但 1  H波譜磁敏感性較 31  P波譜高，因此信號(hào)更強(qiáng)，有更高的空間分辨率，其空間分辨率可提高至0.240.7cm 3 ，而 31  P波譜其空間分辨率才8cm 3 ，而且 1  H波譜可用臨床1.5TMR系統(tǒng)及常規(guī)表面線圈即可獲得，而其它代謝產(chǎn)物的MRS則需要復(fù)雜的專用表面線圈 35  ，所以 1  H最常用于MR波譜分析，并作為基準(zhǔn)物來(lái)分析各種化學(xué)環(huán)境中的 1 H波譜以確定化學(xué)物質(zhì)成分或研究物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)。原子核的自然豐度和固有敏感性及其在生物體內(nèi)的濃度是影響MRS檢測(cè)敏感性的主要生物學(xué)因素，硬件上要求高場(chǎng)強(qiáng)、高均勻

7、度。MRS檢測(cè)的敏感性與場(chǎng)強(qiáng)的2/3次方成正比，場(chǎng)強(qiáng)越高，敏感性及分辨率越高;均勻的磁場(chǎng)是獲得高分辨率波譜的必要條件，由于磁場(chǎng)不均勻造成的偽影，可使波譜峰值變形并使波譜質(zhì)量明顯降低，因此，MRS檢測(cè)前必須進(jìn)行勻場(chǎng)，磁場(chǎng)均勻度越高越好。    在體MRS檢測(cè)時(shí)一個(gè)重要技術(shù)就是將檢測(cè)范圍局限在一定容積的興趣區(qū)（ROI）內(nèi)，即空間定位技術(shù)。這樣才能對(duì)病變區(qū)域的改變進(jìn)行分析，并且與MRI檢查結(jié)果相結(jié)合進(jìn)行綜合分析，以提高ROI區(qū)域內(nèi)化合物檢測(cè)的敏感性，減少部分容積效應(yīng)。目前研究人體 1 H波譜最小ROI可達(dá)到0.240.7cm 3 ?，F(xiàn)常用的空間定位方法有:深部分辨表面線

8、圈波譜分析法（DRESS）、點(diǎn)分辨表面線圈波譜分析法（PRESS）、空間分辨波譜分析法（SPARS）以及激勵(lì)回波探測(cè)法（STEAM）。STEAM和PRESS是最常用的脈沖序列，用三維層面選擇射頻脈沖來(lái)激發(fā)三維立體空間。STEAM序列的優(yōu)點(diǎn)是既可使用長(zhǎng)T  E ，也可使用短T  E ，使用短T  E 不僅可大大縮短掃描時(shí)間。STEAM序列對(duì)運(yùn)動(dòng)更為敏感，而PRESS序列對(duì)運(yùn)動(dòng)不太敏感。    目前MRS成像多采用單容積波譜分析（Single volume spectroscopy，SV），SV技術(shù)即采集技術(shù)數(shù)據(jù)來(lái)自單一體素。其優(yōu)點(diǎn)在于采

9、集時(shí)間短、波譜分辨率高，現(xiàn)在隨著MR軟硬件的進(jìn)步，新的高場(chǎng)MR機(jī)型均可行多體素MRS檢查，這對(duì)縮小體素容積及提高空間分辨率大有益處 810  。2 腫瘤中主要代謝物濃度的測(cè)定及臨床意義    2.1 N-乙酰天門(mén)冬氨酸（NAA） 人腦內(nèi)含有大量的N-乙酰氨基酸，其中含量最多的為NAA。NAA的存在主要基于N-乙酰甲基團(tuán)，其波譜位置在2.02ppm。Nadler和Cooper等的研究顯示:NAA主要存在于神經(jīng)元內(nèi)，是公認(rèn)的神經(jīng)元內(nèi)標(biāo)物 6  ，其含量多少可反映神經(jīng)元的發(fā)育情況及功能狀態(tài)，許多對(duì)腦有損害的疾病均引起其濃度的下降。NAA峰值的降低，提

10、示正常神經(jīng)元受損，進(jìn)展期惡性腫瘤NAA明顯降低甚至消失。放射性壞死和瘢痕組織中，NAA幾乎為零。    2.2 膽堿（Cho） Cho的峰值位置在3.22ppm，它包括磷酸甘油膽堿、磷酸膽堿和磷脂酰膽堿。膽堿是細(xì)胞膜磷脂代謝的成分之一，參與細(xì)胞膜的合成與降解。在評(píng)價(jià)腫瘤細(xì)胞代謝的化合物中，膽堿起首要的作用。惡性腫瘤中膽堿明顯升高，膽堿在除顱咽管瘤以外的所有腫瘤中升高，是由于膜轉(zhuǎn)換和細(xì)胞增殖的增加 27  。經(jīng)治療的腫瘤體積變小后，膽堿峰會(huì)降低;腫瘤壞死、囊變區(qū)膽堿濃度降低;在腫瘤的進(jìn)展期及術(shù)后殘留腫瘤組織中，膽堿常明顯升高;放射性壞死及瘢痕組織，常無(wú)膽堿

11、信號(hào);良性腫瘤可正?；蛏?惡性腫瘤治療過(guò)程中膽堿信號(hào)強(qiáng)度的變化總是先于腫瘤大小的變化，若經(jīng)有效治療，則其峰值及濃度可逐漸降低。2.3 枸櫞酸鹽（Citrate） 枸櫞酸鹽是正常前列腺腺體或良性增生前列腺（BPH）腺體內(nèi)含量較為豐富的一種物質(zhì)，其較高大的共振峰約在2.62ppm處，而前列腺癌內(nèi)其含量明顯減低或缺如，結(jié)合前列腺癌時(shí)其Cho峰亦升高，二者結(jié)合對(duì)前列腺癌的診斷較具有特征性 810  。    2.4 脂質(zhì) 脂質(zhì)的峰值在0.8、1.2、1.5、6.0ppm。這些峰是由甲基、亞甲基、等位基和不飽和脂肪酸的乙烯基組成。脂質(zhì)峰信號(hào)的增加，可作為腦腫瘤惡

12、性度分級(jí)的輔助指標(biāo)。在高級(jí)別星形細(xì)胞瘤和腦膜瘤中這些代謝物的增加可反映組織壞死的進(jìn)展。在多數(shù)惡性腫瘤中常明顯高于正常，與腫瘤細(xì)胞壞死、脂質(zhì)釋出有關(guān)。在肝細(xì)胞來(lái)源腫瘤中其脂質(zhì)含量增加，而非肝細(xì)胞來(lái)源腫瘤中其含量一般不增加 14  。    2.5 肌酸（Cr） 肌酸的峰值位于3.03ppm。包括肌酸和磷酸肌酸（PCr）。磷酸肌酸（PCr）的作用可能是在腦細(xì)胞中通過(guò)貯存高能磷酸鍵、三磷酸腺苷和二磷酸腺苷貯庫(kù)中充當(dāng)緩沖劑來(lái)維持能量依賴系統(tǒng)，在正常代謝情況下，總肌酸濃度（Cr+PCr）基本保持穩(wěn)定，因此經(jīng)常被作為計(jì)算比值的標(biāo)準(zhǔn)，如NAA/Cr、Cho/Cr等。惡

13、性腫瘤由于能量代謝通路不能正常進(jìn)行，總肌酸隨惡性程度的增加而逐漸降低，放射性壞死中能量代謝終止，其肌酸峰亦消失。3 MRS在體部腫瘤中的應(yīng)用    3.1 MRS在前列腺癌中的應(yīng)用 前列腺癌的診斷是影像診斷中的難點(diǎn)。經(jīng)直腸B超可遺漏8%30%的癌灶，而且其假陽(yáng)性率較高，因僅有20%的低回聲灶是惡性腫瘤 8  。CT對(duì)前列腺癌的診斷亦是難點(diǎn)之一，較多前列腺癌灶并不能顯示出密度差異，即使增強(qiáng)CT掃描亦不能奏效。MRI應(yīng)用直腸或相控陣線圈T 2 WI上顯示前列腺外帶高信號(hào)背景中低信號(hào)結(jié)節(jié)，對(duì)檢出前列腺癌有較高的敏感性（91%），但其特異性較低（27%） 8&#

14、160; 。MRS的出現(xiàn)，使前列腺癌的診斷重現(xiàn)生機(jī)，前列腺癌在MRS上表現(xiàn)為較高的Cho峰，同時(shí)其特異性的枸櫞酸鹽（Citrate）峰明顯減低 8  ，這對(duì)前列腺癌的診斷特異性較高，故目前前列腺癌是MRS波譜體部應(yīng)用最多最成熟的部位。    Scheidler等 8  報(bào)道53例前列腺癌病人，其中有一部分前列腺癌特異性抗原陽(yáng)性，但其MRI形態(tài)學(xué)及信號(hào)無(wú)明顯差異，此時(shí)行多體素MRS檢查時(shí)可發(fā)現(xiàn)某部位波譜異常，然后針對(duì)此部位活檢陽(yáng)性，由此可見(jiàn)MRS是MRI檢查非常有益的補(bǔ)充。Scheidler等 9  用MRI與3D-MRS相結(jié)合的方法評(píng)價(jià)前列腺癌取得了較高的敏感性和特異性。其單用 MRI形態(tài)及信號(hào)學(xué)變化評(píng)價(jià)前列腺癌其敏感性為77%，特異性為61%;單用3D-MRS評(píng)價(jià)前列腺癌其敏感性為63%，特異性為75%;而MRI與3D-MRS相結(jié)合評(píng)價(jià)前列腺癌可獲得95%的敏感性和91%的特異性。由此可見(jiàn)，MRI與3D-MRS相結(jié)合才是最為理想的檢出前列腺癌的方法。Scheidler等 8