磁共振腦功能成像文檔資料

1、影像醫(yī)學(xué)的發(fā)展前景l(fā) 更敏感，更特異，更無創(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l MRI：研究人體組織器官大體形態(tài)病理生理改變l MRS：研究人體能量代謝及生化改變l fMRI：磁共振腦功能成像腦功能成像 測量腦內(nèi)化合物 測量腦局部代謝和血氧變化技術(shù) 測量腦內(nèi)神經(jīng)元活動的技術(shù)腦功能成像 測量腦內(nèi)化合物 測量腦局部代謝和血氧變化技術(shù) 測量腦內(nèi)神經(jīng)元活動的技術(shù)測量腦內(nèi)化合物 是特殊神經(jīng)化學(xué)研究技術(shù)，可定位定量，測量腦內(nèi)各種生物分子的分布和代謝。 單光子發(fā)射計算機斷層顯像技術(shù)（SPECT） 正電子發(fā)射斷層成像技術(shù)（PET） 磁共振波譜分析（MR

2、S）腦功能成像 測量腦內(nèi)化合物 測量腦局部代謝和血氧變化技術(shù) 測量腦內(nèi)神經(jīng)元活動的技術(shù)測量腦代謝和血氧變化 當腦活動增加時，局部血流，氧代謝和糖代謝增加，可以功能定位，對腦局部反應(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 測量腦內(nèi)化合物 測量腦局部代謝和血氧變化 測量腦內(nèi)神經(jīng)元活動測量腦內(nèi)神經(jīng)元活動 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） 擴散加權(quán)成像（擴散張量成像，DTI） 灌注成像： 外源性灌注成像（PWI） 內(nèi)源性，血氧水平依賴法（B

3、OLD）磁共振波譜( (MRS) )技術(shù)及臨床應(yīng)用 MRS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)射器接收器和計算器MRS對硬件的要求 與MRI不同 高場強，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，計算化學(xué)

4、位移頻率，測定波峰等MRS技術(shù)及基本原理 射頻脈沖 原子核激勵 馳豫 信號呈指數(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，其周圍磁場強度會有輕微的變化，共振頻率會有差別，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），單位百萬分子一（ppm） 縱軸代表信號強度，峰高和峰值下面積反映某種化合物的存

5、在和化合物的量，與共振原子核的數(shù)目成正比。腦 MRS如何獲得MRS 選擇成像序列：激勵回波法 STEAM、點分辨波譜法 PRESS等 選擇檢查方法：單體素和多體素 具體的步驟：掃描參數(shù)、定位、飽和帶、預(yù)掃描勻場、數(shù)據(jù)采集、后處理分析MRS空間定位及序列選擇l激勵回波法 (the Stimulated Echo Acquisition Method, STEAM) n點分辨波譜法 (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 激勵回波法 ：連續(xù)使用三個90射頻脈沖產(chǎn)生激勵回波： 9009

6、00900l 優(yōu)點：常使用短TE（35ms）檢測代謝物種類多，如脂質(zhì)、谷氨酰胺和肌醇只有在短TE才能檢出 l 缺點：對運動敏感，信噪比低，對勻場和水抑制要求嚴格，對T2弛豫不敏感MRS序列選擇n點分辨波譜法 ：用1個90和2個180脈沖產(chǎn)生自旋回波： 90018001800n優(yōu)點：信噪比高，是激勵回波法的2倍 ，可以選擇長、短TE（ 144ms or 35ms ），對T2弛豫敏感，對運動不太敏感n缺點：選擇長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 覆蓋范圍有限，一次采集只能分析一個區(qū)域，適

7、用于局限性病變，后顱窩病變 采集時間短，一般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 可以同時獲取病變側(cè)和未被病變累及的區(qū)域，評價病灶的范圍大 。 勻場比較困難，由于多個區(qū)域同時獲得相同的磁場均勻性。對臨近顱骨、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 采集時間比較長 。單體素與多體素的比較 單體素容易實現(xiàn)成像時間相對較短磁場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間長容易受磁場不均勻性的影響

8、譜線基線穩(wěn)定MRS具體操作步驟 成像參數(shù)的選擇 興趣區(qū)的選擇 預(yù)掃描：體素勻場、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，顯示和儲存 如何獲得好的MRS 必要的硬件和軟件是基礎(chǔ)：靜磁場的均勻性，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MRS的影響SNRCho/crNaa/crScan timesensitivity采集次數(shù)增加_體素大小_TR延長TE延長_不同T

9、E對波譜的影響（ PRESS ）TE=35msTE=144ms不同TE對波譜的影響（PRESS） 短TE：檢測代謝物種類多，如脂質(zhì)、谷氨酰胺和肌醇只有在短TE才能檢出 ，便于測量短T2的物質(zhì)。缺點是基線不夠穩(wěn)定。 長TE：檢測代謝物種類少，基線穩(wěn)定，常用于腫瘤性病變。因為TE=144ms 時易于顯示膽堿和乳酸峰，此時乳酸峰反轉(zhuǎn)于基線下。興趣區(qū)定位對MRS的影響 興趣區(qū)大小直接影響波譜曲線的準確性，過小信號相對較低；過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

10、偽影，降低分辨率和敏感性，掩蓋代謝物的檢出勻場和水、脂抑制 勻場：波譜反映的是局部磁場的瞬間變化，任何導(dǎo)致磁場均勻性發(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信號區(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時間n組織內(nèi)原子核的自然濃

11、度和敏感性n磁場強度：MRS敏感性與磁場強度的2/3次方成正比，場強越高，敏感性和分辨率越高總之興趣區(qū)定位準確，避開可能影響MRS的周圍組織因素恰當?shù)膭驁?，保證采樣區(qū)磁場均勻性，提高分辨力和敏感度充分抑制水、脂信號，避免波譜的脂肪污染和水信號對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

12、含量非常低l提高分辨力和敏感度： MRS反映局部磁場的瞬間變化，對任何原因引起磁場均一性的微小波動均較敏感，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 自動預(yù)掃描：勻場、水抑制 數(shù)據(jù)采集后處理和分析序列及掃描參數(shù) SV, press TR 1500 ms TE 144/35 ms FOV 24 cm Voxel size 20 mm NEX 8 Scan time 3 min 自動預(yù)掃描后獲得的參數(shù)： 線寬

13、（Ln）小于10Hz 水抑制大于95%1H MRS在顱腦疾病的應(yīng)用 腫瘤與非腫瘤 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)標記物，是正常波譜中最大的峰。uNAA下降見于神經(jīng)

14、元損害，包括缺血、創(chuàng)傷、感染、腫瘤等，腦外腫瘤無NAA峰uNAA升高少見，Cavana病，發(fā)育中的兒童，軸索恢復(fù)時可升高。ChoCrNAA正常異常l膽堿(Cho)：腦內(nèi)總膽堿，波峰位于3.2ppm處，是細胞膜磷脂代謝的成份之一，是細胞膜轉(zhuǎn)換的標記物，反映了細胞膜的運轉(zhuǎn)，和細胞的增殖，Cho是髓鞘磷脂崩潰的標志。 l Cho升高：腦腫瘤，急性脫髓鞘疾病l Cho降低：中風，肝性腦病ChoNAACrl 肌酸(Cr/Pcr):包括肌酸和磷酸肌酸，是腦代謝的標記物,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)標準。在正常腦波譜中，Cr是第三高波峰。l Cr/Pcr

15、升高：創(chuàng)傷，高滲狀態(tài)l Cr/Pcr降低：缺氧，中風CrChoNAAl乳酸(Lac)：乳酸是糖酵解的終產(chǎn)物，它的出現(xiàn)提示無氧呼吸，正常腦組織中不可見，位于波譜1.32ppm，當TE從短TE變?yōu)殚LTE時， Lac峰會發(fā)生翻轉(zhuǎn)。l 出現(xiàn)乳酸峰：見于腦腫瘤、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)細胞的標記物，是最重要的滲透壓或細胞容積的調(diào)節(jié)劑l mI 升高，提示膠質(zhì)增生及髓鞘化不良：新生兒，低級別的膠質(zhì)瘤l mI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

16、的壞死和或中斷。見于惡性腫瘤，炎癥，急性中風TE=35ms（1）分析MRS時注意點注意病灶區(qū)與對側(cè)非病變區(qū)對稱采集，便于對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時注意點比例因素（病理掩蓋）：當一種代謝物占優(yōu)勢時，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比劑的影響：對比劑的注射不影響整個波譜的解釋，但可能會影響個別峰的面積（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

17、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/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， 提示細胞膜退變加劇和膠質(zhì)細胞數(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，即腫瘤病灶中主要代謝物 TE=35ms，

18、能檢出mI，有助于腫瘤分級 靜脈注射對比劑前后，均可進行質(zhì)子波譜成像，但進行隨訪時應(yīng)與前一次一致MRS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，與細胞膜轉(zhuǎn)換率和細胞的稠密度有關(guān)，是源于腫瘤細胞的增殖Lac出現(xiàn)：與成人腦腫瘤的分級直接相關(guān)，腫瘤級別越高峰值越高；見于所有兒童腦腫瘤中MRS鑒別腫瘤與非腫瘤Lip的出現(xiàn)強烈提示組織壞死，見于腫瘤、炎癥、急性脫髓鞘病變mI/Cr便于腫瘤分級，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

19、高于NAA峰1/3時即認為Glx增高，見于腦膜瘤，明顯增高提示非腫瘤性病變：感染，梗死，肝性腦病等MRS鑒別腫瘤與非腫瘤 注意點 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：見于腫瘤明顯壞死、低度惡性、非常小的病變 假陽性結(jié)果：見于炎性假瘤、機化的血腫、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( (MRS) )技術(shù)在體部的應(yīng)用MRS在前列腺腫瘤中的應(yīng)用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 MRS使前列腺癌的診斷重現(xiàn)生機，MRI與3D-MRS相結(jié)合評價前列腺癌 敏感性95%，特異性91%的，是最為理

20、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，同時特異性的枸櫞酸鹽（Citrate）峰明顯減低，對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 常規(guī)自動預(yù)掃描自動勻場和水脂抑制，要求線寬小于15Hz，方可進行MRS數(shù)據(jù)采集。 數(shù)據(jù)后處理分析正常前列腺的MRS圖像來自北京大學(xué)第一醫(yī)院Cho3.2Cre3.0Cit2.6-2.7正常前列腺MRS譜線表現(xiàn)cit高于cho+cr膽堿+肌酸枸櫞酸鹽圖像來自北京大學(xué)第一醫(yī)院前列腺癌1H MRSI表現(xiàn)Ch

21、o+cr增高，cit降低PCaCC/C0.53CC/C2.22枸櫞酸鹽枸櫞酸鹽膽堿+肌酸圖像來自北京大學(xué)第一醫(yī)院MRS在肝臟病變中的應(yīng)用在肝臟病變中的應(yīng)用 MRS在肝部的應(yīng)用較少 動物實驗、初級臨床應(yīng)用階段 肝臟MRS受呼吸運動的影響較大 采集技術(shù)上的困難，限制其應(yīng)用 肝臟富含液體，強大水信號以及肝臟周圍脂肪信號的影響，波譜采集受到干擾MRS在肝臟病變中的應(yīng)用在肝臟病變中的應(yīng)用 病人肝臟標本MRS顯示 識別正常肝組織與肝癌的準確率達100% 區(qū)分正常肝組織與肝硬化組織的準確率為92% 區(qū)分肝硬化與肝癌的準確率為98%。1H MRS研究強烈提示肝細胞癌Cho明顯高于自體正常肝組織 摘自（Pathology,2002,34:417-422）肝臟MRS掃描技術(shù) 應(yīng)用單體素，準確定位，避開血管、膽管、脂肪組織，減少污染，體素大小25X25mm 興趣區(qū)周圍加飽和帶，減少周圍組織干擾 采用多次分段屏氣法，呼吸訓(xùn)練，保持每次屏氣一致，消除呼吸運動偽影 常規(guī)自動預(yù)掃描嚴