磁共振波譜成像在神經(jīng)系統(tǒng)疾病早期診斷中的應(yīng)用研究進展

1、磁共振波譜成像在神經(jīng)系統(tǒng)疾病早期診斷中的應(yīng)用研究進展【摘要】磁共振波譜成像能客觀地反映腦內(nèi)代謝物的變化，進而反映早期病變的病理改變。作者從影像學(xué)角度歸納了腦血管疾并神經(jīng)系統(tǒng)變性疾并多發(fā)性硬化等神經(jīng)系統(tǒng)疾病在磁共振波譜成像上的不同表現(xiàn)，提示磁共振波譜成像能從影像學(xué)角度對神經(jīng)系統(tǒng)各疾病進展早期輔助診斷和預(yù)后判斷。【關(guān)鍵詞】磁共振波譜成像;神經(jīng)系統(tǒng)疾病;早期診斷磁共振波譜成像(agnetiresnanespetrspy,RS)是一種可以提供腦的代謝和生化信息的無創(chuàng)檢查方法，能客觀地檢測活體腦組織內(nèi)化合物含量，提供腦的代謝信息。由于代謝異常通常早于構(gòu)造的變化，RS可以檢測到常規(guī)磁共振不能顯示的異常1。

2、因此，RS在反映神經(jīng)細胞內(nèi)物質(zhì)、能量代謝狀態(tài)的同時，還能為磁共振成像(RI)提供補充信息，進而進步對病變診斷的特異性和準(zhǔn)確性。RS的出現(xiàn)，實現(xiàn)了醫(yī)學(xué)影像從傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)檢查到在體的生化代謝研究的飛躍，在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的早期診斷中具有宏大的開展前景。1RS分析的原理及檢測產(chǎn)物1.1RS分析的原理RS是一種利用核磁共振現(xiàn)象和化學(xué)位移作用，進展系列特定原子核及其他化合物定量分析的方法，其根本原理與RI一致，但與RI根據(jù)信號的位置得到的解剖圖像不同，RS獲得的是各個頻率的峰圖2?；瘜W(xué)位移和自旋耦合現(xiàn)象使含有同一種原子核的不同化合物中的不同分子集團在頻率軸的不同位置被分別表示出來，轉(zhuǎn)換成振幅(A)與頻率(f

3、)的函數(shù)，從而可區(qū)分不同代謝產(chǎn)物及其含量和濃度。1.2RS可以檢測的原子RS可以檢測的原子包括氫(1H)、磷(31P)、鈉(23Na)、碳(12)、氟(19F)等。由于氫(1H)在人體內(nèi)含量最豐富且敏感性高，RS信號較強，容易在RS系統(tǒng)上實現(xiàn)，因此在臨床和科研中(1H)RS波譜的研究開展最快3，它可以用來檢測體內(nèi)多種微量代謝物，并根據(jù)這些代謝物的含量來分析腦組織代謝的改變。本文主要對(1H)RS波譜的應(yīng)用進展綜述。1.3RS常檢測的化合物正常人大腦中的(1H)RS有3條最明顯的譜線，分別是NAA-H3、Pr/r-N(H3)和h-N(H3)甲基質(zhì)子共振峰。1.3.1N-乙酰天門冬氨酸(N-aet

4、ylaspartate，NAA)共振峰位于2.02pp處。NAA主要在神經(jīng)元線粒體內(nèi)合成，存在于神經(jīng)元細胞及其軸索內(nèi)，(1H)RS波譜顯示NAA為一大而尖的質(zhì)子峰。NAA的降低提示神經(jīng)元或軸索的功能不全，這已在神經(jīng)變性疾病中逐漸得到證實。當(dāng)神經(jīng)細胞損傷時，NAA加速分解為乙酰輔酶A以滿足胞膜、髓鞘部位修復(fù)時的脂質(zhì)合成及損傷部位的能量供給，因此在神經(jīng)細胞受損后首先表現(xiàn)為NAA含量的降低。NAA能敏感地反映神經(jīng)細胞的損傷情況，在RS研究顱內(nèi)病變時NAA是神經(jīng)細胞首選的標(biāo)志物4-5。1.3.2肌酸(r)共振峰位于3.0pp和3.94pp處。r是腦內(nèi)能量代謝的標(biāo)志物，在肝和腎中合成，由于在腦代謝物中最

5、為穩(wěn)定，所以常選擇它作為內(nèi)部基準(zhǔn)，評價代謝比率5-6。細胞能量代謝障礙時r降低。在(1H)RS波譜中，肌酸峰由r和磷酸肌酸(Pr)共同組成，兩者互相轉(zhuǎn)化，但總程度不變。1.3.3膽堿(hline，h)共振峰位于3.2pp處。神經(jīng)元不能合成膽堿，大部分膽堿來源于突觸前膜的重攝取作用。在腦中，膽堿類物質(zhì)包括游離膽堿、乙酰膽堿、磷脂酰膽堿等，這些物質(zhì)的含量決定了波譜成像中的膽堿峰。膽堿是細胞膜磷脂代謝的中間產(chǎn)物，是髓鞘形成、細胞代謝和膠質(zhì)增生的指標(biāo)5，其作用是構(gòu)成細胞膜和形成神經(jīng)遞質(zhì)，因此作為指示膜的功能的膽堿，在腦損傷和腦腫瘤等病理狀態(tài)下，細胞增殖加快導(dǎo)致h峰增高。1.3.4乳酸(latate，L

6、a)共振峰位于1.3pp和4.1pp處。通常在正常腦內(nèi)觀測不到La信號。La是無氧代謝的產(chǎn)物，肌肉運動、部分缺血或缺氧、嚴重的急性感染都會使La濃度迅速升高5。1.3.5肌醇(y-insitl，I)共振峰位于3.6pp和4.0pp處。I是一種在哺乳動物腦中具有較高濃度的糖，主要存在于神經(jīng)膠質(zhì)細胞中，是神經(jīng)膠質(zhì)細胞的標(biāo)志物5。由于在測量技術(shù)上存在一定的技術(shù)難題，目前臨床上較少應(yīng)用。2RS在神經(jīng)系統(tǒng)常見病早期診斷中的作用2.1腦血管疾病2.1.1腦梗死(I)RS可反映腦梗死后腦細胞內(nèi)酸中毒、能量代謝障礙以及腦內(nèi)一些重要物質(zhì)的變化，較為完好地反映出缺血性梗死和修復(fù)等整個腦梗死的病理生理過程，可對治療

7、和預(yù)后做出較準(zhǔn)確的評估與判斷。由于在腦梗死的超急性期，T和RI常不能檢測到梗死灶，而理想的溶栓治療時間窗6h，且T和RI對缺血半暗帶的識別才能有限，所以早期診斷對溶栓治療非常關(guān)鍵。目前RS在診斷和研究缺血性腦血管病中的價值已被肯定：RS可以早期診斷腦梗死，評價急性腦梗死的嚴重程度及其預(yù)后，評價療效，縮小鑒別診斷的范圍，確定缺血半暗帶，評價血管狹窄和閉塞的程度。2.1.1.1缺血半暗帶缺血半暗帶的恢復(fù)是溶栓治療的目的7。RS可檢測到缺血時無氧酵解和神經(jīng)元的死亡，是一種確定未梗死組織的理想方法，在缺血半暗帶可觀察到：La程度升高，腦中的La是氧供給缺乏(無氧糖酵解)時的能量代謝產(chǎn)物，為急性腦缺血的

8、標(biāo)志;NAA程度正常。反映神經(jīng)元的功能此時尚未受到損害。2.1.1.2梗死急性期進入梗死期后，與缺血半暗帶一樣，RS可以檢測到La程度升高，作為腦梗死開場階段最敏感的標(biāo)記物，在RI發(fā)現(xiàn)異常之前La程度已有升高8;有急性神經(jīng)功能障礙的患者腦中，假設(shè)有La存在，那么是缺血的有力證據(jù)，但未必為不可逆梗死，假設(shè)La不存在，那么提示非急性梗死9。缺血后首先觀察到的是在急性腦梗死后12h內(nèi)La程度升高10，動物實驗11發(fā)現(xiàn)腦缺血后數(shù)分鐘即可見La的升高。NAA也是一個與腦梗死相關(guān)的標(biāo)記物。既往研究認為，在La異常的早期，不能發(fā)現(xiàn)NAA異常，NAA在梗死超早期可正常;近年來發(fā)現(xiàn)，缺血2h后，NAA即開場下降

9、，缺血36h時NAA持續(xù)下降，612h時下降幅度最為明顯，2472h時持續(xù)下降到幾乎完全消失12。且NAA的下降是不可逆的。另有研究說明急性期腦梗死區(qū)NAA分布不均勻，梗死灶中心區(qū)NAA下降較周邊區(qū)明顯13。有實驗說明，存在La程度明顯升高和NAA程度明顯下降的區(qū)域，于隨后的檢查中開展為梗死灶14。提示在缺血的急性期，RS有足夠的敏感性預(yù)示有可能形成梗死的部位。由于NAA和La程度直接與缺血嚴重程度和細胞死亡的程度相關(guān)，所以RS具有評定預(yù)后的價值15。2.1.2短暫性腦缺血發(fā)作(TIA)TIA臨床表現(xiàn)為急性一過性的局灶性神經(jīng)功能缺失，常規(guī)T和RI檢查通常無陽性發(fā)現(xiàn)。有研究證明，在TIA發(fā)作后的

10、1天內(nèi)，對腦功能異常區(qū)和對側(cè)一樣腦區(qū)進展RS檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：功能異常區(qū)的NAA/r無明顯異常改變，提示TIA患者一過性部分腦血流低灌注尚缺乏以影響部分神經(jīng)元的數(shù)量與功能，而La峰升高，提示腦部分低灌注可能導(dǎo)致部分無氧代謝La濃度升高，因此該區(qū)是可能開展成腦梗死的高危區(qū)域。故而RS可以較早地發(fā)現(xiàn)腦缺血，對TIA早期診斷有重要價值16。2.2神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病2.2.1阿爾茨海默病(AD)AD早期形態(tài)學(xué)改變不明顯，在臨床表現(xiàn)上常難與血管性癡呆、額顳葉癡呆、路易體癡呆等鑒別。在病因?qū)W診斷上，RS為AD與其他癡呆的鑒別診斷提供了大量信息。可在海馬尚未萎縮之前，檢測出早期異常表現(xiàn)。第1個有價值的代謝異常是

11、I/r增高，目前機制尚不清楚。隨病情進展,h/r升高、NAA/r降低，NAA及NAA/r的減少提示神經(jīng)元缺失和功能障礙，是癡呆的共同變現(xiàn)。AD患者的神經(jīng)元缺失是同齡無AD老年人的23倍。雖然NAA缺失亦見于其他類型癡呆，但AD患者的神經(jīng)元缺失遵循特定的區(qū)域形式，海馬顳葉后部額頂葉，而不包括枕葉。AD患者NAA/r的降低與認知障礙的嚴重程度具有相關(guān)性。當(dāng)僅出現(xiàn)海馬區(qū)的NAA下降時，病變較輕，而當(dāng)海馬和顳頂結(jié)合區(qū)均出現(xiàn)NAA下降時，那么病變已向AD期進展17。因此NAA下降在AD診斷及早期診斷中有重要價值?，F(xiàn)已有報道證明18，枕葉的I/r可用于AD與其他類型癡呆的鑒別診斷，在AD患者中I/r的升高

12、早于NAA/r的降低。盡管目前RS尚不能確定AD的診斷，但有助于排除或確定臨床疑似病例。如上所述，RS可以從細胞功能代謝的角度對AD進展深化的研究，明確病理變化過程，監(jiān)控疾病的開展演變，但是目前的研究結(jié)論尚未獲得病理學(xué)及病理生理學(xué)的證實，檢查方法本身較為復(fù)雜，尚未應(yīng)用到臨床理論中。隨著研究的深化，RS必將成為AD重要的影像學(xué)檢查手段，可進步癡呆類型診斷的準(zhǔn)確度，監(jiān)測疾病的開展過程。2.2.2帕金森病(PD)帕金森病的主要病理改變是中腦黑質(zhì)致密帶中多巴胺神經(jīng)元減少，基底節(jié)區(qū)也有類似改變。黑質(zhì)被認為是PD最初受累且最有影響的區(qū)域，黑質(zhì)神經(jīng)元損害達50%以上才會出現(xiàn)PD的臨床病癥19-20，故大多數(shù)

13、患者明確診斷時已是中晚期,此時任何形式的神經(jīng)保護治療對于阻止神經(jīng)變性的進展已失去意義。因此早期診斷亞臨床期PD和臨床前期PD并進展干預(yù)治療對預(yù)后具有極大價值。通過RS的檢測可以為黑質(zhì)紋狀體系統(tǒng)神經(jīng)元變性提供根據(jù)。有研究顯示，PD患者中腦黑質(zhì)區(qū)h峰升高、NAA峰下降，而r波幅無明顯變化，即h/r升高、NAA/r降低，反映了神經(jīng)元或軸突的破壞和缺失以及功能異常，同時提示有神經(jīng)膠質(zhì)細胞增生，與臨床診斷以及以往的病理研究呈正相關(guān)21，且h/r、NAA/r值的變化與PD的嚴重程度有關(guān)。PD早期黑質(zhì)和中腦其他灰質(zhì)核團以及腦的基底節(jié)受累，開場出現(xiàn)臨床病癥，后期病變進展到大腦皮質(zhì)，出現(xiàn)典型的PD病癥22。通過

14、RS檢測，可協(xié)助PD的早期診斷，并有助于PD病情的評估。但由于RS技術(shù)程度差異，各種測量硬件及參數(shù)不同，不同研究者測量NAA、h、r含量絕對值可比性差，因此，雖然目前國內(nèi)外PD波譜研究報道很多，但尚未形成定論。目前該技術(shù)用于PD臨床診斷及鑒別診斷尚不夠成熟，還需要更多更細致的研究。相信隨著技術(shù)的進一步開展RS必將成為PD早期診斷，療效評價的重要手段。2.3多發(fā)性硬化(S)S是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的脫髓鞘疾病中最常見的一種類型，以腦白質(zhì)炎癥、脫髓鞘和軸索損傷為特征。以往RI檢查憑借對白質(zhì)異常的敏感性，成為了S的首選的影像學(xué)檢查方法。但是，在大多數(shù)情況下，其表現(xiàn)無特異性，在判斷疾病活動性以及病灶總量與臨床

15、表現(xiàn)之間的相關(guān)性方面尚不理想。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.RS從生物化學(xué)角度對研究S的鑒別診斷提供了有價值的信息，對S早期診斷有重要意義。S的RS特征表現(xiàn)為：NAA/r普遍降低，h/r普遍增高，I/r增加，NAA降低，h、I、La均增高23。S早期臨床尚未出現(xiàn)功能缺損時，其病灶NAA程度即開場降低，并隨病情進展繼續(xù)降低，反映了軸索損傷24。h的升高說明髓鞘崩解，見于斑塊形成早期，說明S患者腦白質(zhì)病理生理學(xué)中存在急性脫髓鞘和炎癥25。I為神經(jīng)膠質(zhì)的標(biāo)志物，其濃度程度的增高被認為是膠質(zhì)增生的指征，有研究認為I在判斷S嚴重程度方面更有臨床意義，對S早期病變具有診斷價值。La的增加是脫髓鞘退變的結(jié)果，與炎癥

16、相關(guān)，提示急性脫髓鞘。當(dāng)RI圖像尚無法顯示斑塊且無強化時，RS即可見La增多、NAA減少，看似正常腦白質(zhì)(nral-appearinghiteatter，NA)區(qū)內(nèi)也有異常改變，表現(xiàn)NAA降低、h升高，可為早期診斷做出提示。這些代謝物在隨后的46個月可能不同程度恢復(fù)，反映急性病灶中的神經(jīng)功能具有可恢復(fù)性。研究發(fā)現(xiàn)NAA/r比值可作為S活動性的指標(biāo)26。因此RS檢測不僅可以輔助RI進展早期診斷，進步診斷的準(zhǔn)確率，而且在顯示與疾病結(jié)局相關(guān)的異常表現(xiàn)及監(jiān)控治療中作用確切。2.4癲疒間癲疒間和癲疒間綜合征的發(fā)病機制目前尚不清楚，RS的應(yīng)用從神經(jīng)代謝和神經(jīng)遞質(zhì)的角度提供了更多新的證據(jù)。在疾病的早期，腦組

17、織尚未發(fā)生解剖形態(tài)改變，采用RS方法對癲疒間進展早期診斷并及時治療可以防止大腦的進一步損害。有研究發(fā)現(xiàn)，對于RI不能定位的癲疒間灶，RS可以很好地發(fā)現(xiàn)。包括致癲疒間灶的區(qū)域往往具有NAA下降，h、r、La升高，NAA/(h+r)下降的特點，對癲疒間灶的判斷提供了重要的根據(jù)。NAA的下降提示神經(jīng)元功能受損或喪失，h作為神經(jīng)膠質(zhì)細胞膜的代謝復(fù)合物參與膜磷脂的轉(zhuǎn)移，r是肌酸和磷酸肌酸的總和，反映大腦代謝平衡的維持情況，兩者與神經(jīng)膠質(zhì)細胞功能相關(guān)，NAA、h和r代謝程度的絕對值重復(fù)性低，但相對代謝程度，即NAA/h、NAA/r、NAA/(h+r)比值的重復(fù)性良好。因此NAA/h、NAA/r、NAA/(h+r)的下降可以作為定性和定量反映病灶內(nèi)神經(jīng)元喪失或功能障礙、膠質(zhì)細胞活化的指標(biāo)27。且RS檢出病灶敏感性明顯高于目前臨床常用的癲疒間輔助診斷方法。因此在臨床理論中，RS可以協(xié)助臨床資料、常規(guī)EEG與RI為部分性癲疒間患者準(zhǔn)確、早期定位癲疒間灶提供更為敏感的根據(jù)，對RI陰性的患者手術(shù)預(yù)后的預(yù)測有一定作用。3結(jié)論和展望目前，RS作為無創(chuàng)性研究人體器官的組織代謝及生化改變、進展化合物定量分析