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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(duì)神經(jīng)系統(tǒng)各疾病進(jìn)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(xì)胞內(nèi)物質(zhì)、能量代謝狀態(tài)的同時(shí)，還能為磁共振成像(RI)提供補(bǔ)充信息，進(jìn)而進(jìn)步對(duì)病變?cè)\斷的特異性和準(zhǔn)確性。RS的出現(xiàn)，實(shí)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(jìn)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(hào)的位置得到的解剖圖像不同，RS獲得的是各個(gè)頻率的峰圖2。化學(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(tuán)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(hào)較強(qiáng)，容易在RS系統(tǒng)上實(shí)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(duì)(1H)RS波譜的應(yīng)用進(jìn)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(xì)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(shí)。當(dāng)神經(jīng)細(xì)胞損傷時(shí)，NAA加速分解為乙酰輔酶A以滿足胞膜、髓鞘部位修復(fù)時(shí)的脂質(zhì)合成及損傷部位的能量供給，因此在神經(jīng)細(xì)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(xì)胞的損傷情況，在RS研究顱內(nèi)病變時(shí)NAA是神經(jīng)細(xì)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(píng)價(jià)代謝比率5-6。細(xì)胞能量代謝障礙時(shí)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?cái)z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(xì)胞膜磷脂代謝的中間產(chǎn)物，是髓鞘形成、細(xì)胞代謝和膠質(zhì)增生的指標(biāo)5，其作用是構(gòu)成細(xì)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(xì)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(hào)。La是無氧代謝的產(chǎn)物，肌肉運(yùn)動(dòng)、部分缺血或缺氧、嚴(yán)重的急性感染都會(huì)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(dòng)物腦中具有較高濃度的糖，主要存在于神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中，是神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)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(xì)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(gè)腦梗死的病理生理過程，可對(duì)治療

7、和預(yù)后做出較準(zhǔn)確的評(píng)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(shí)間窗6h，且T和RI對(duì)缺血半暗帶的識(shí)別才能有限，所以早期診斷對(duì)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(jià)值已被肯定：RS可以早期診斷腦梗死，評(píng)價(jià)急性腦梗死的嚴(yán)重程度及其預(yù)后，評(píng)價(jià)療效，縮小鑒別診斷的范圍，確定缺血半暗帶，評(píng)價(jià)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(shí)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(shí)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(shí)尚未受到損害。2.1.1.2梗死急性期進(jìn)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(dòng)物實(shí)驗(yàn)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(gè)與腦梗死相關(guān)的標(biāo)記物。既往研究認(rèn)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(shí)NAA持續(xù)下降，612h時(shí)下降幅度最為明顯，2472h時(shí)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(shí)驗(yàn)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(yán)重程度和細(xì)胞死亡的程度相關(guān)，所以RS具有評(píng)定預(yù)后的價(jià)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(duì)腦功能異常區(qū)和對(duì)側(cè)一樣腦區(qū)進(jìn)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(duì)TIA早期診斷有重要價(jià)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(gè)有價(jià)值的代謝異常是

11、I/r增高，目前機(jī)制尚不清楚。隨病情進(jìn)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(rèn)知障礙的嚴(yán)重程度具有相關(guān)性。當(dāng)僅出現(xiàn)海馬區(qū)的NAA下降時(shí)，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(shí)，那么病變已向AD期進(jìn)展17。因此NAA下降在AD診斷及早期診斷中有重要價(jià)值?，F(xiàn)已有報(bào)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(xì)胞功能代謝的角度對(duì)AD進(jìn)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(shí)，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(jìn)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(rèn)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(dá)50%以上才會(huì)出現(xiàn)PD的臨床病癥19-20，故大多數(shù)

13、患者明確診斷時(shí)已是中晚期,此時(shí)任何形式的神經(jīng)保護(hù)治療對(duì)于阻止神經(jīng)變性的進(jìn)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(jìn)展干預(yù)治療對(duì)預(yù)后具有極大價(jià)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(shí)提示有神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)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(yán)重程度有關(guān)。PD早期黑質(zhì)和中腦其他灰質(zhì)核團(tuán)以及腦的基底節(jié)受累，開場出現(xiàn)臨床病癥，后期病變進(jìn)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(píng)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(duì)值可比性差，因此，雖然目前國內(nèi)外PD波譜研究報(bào)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(xì)致的研究。相信隨著技術(shù)的進(jìn)一步開展RS必將成為PD早期診斷，療效評(píng)價(jià)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(duì)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(dòng)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(duì)研究S的鑒別診斷提供了有價(jià)值的信息，對(duì)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(shí)，其病灶NAA程度即開場降低，并隨病情進(jìn)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(rèn)為是膠質(zhì)增生的指征，有研究認(rèn)為I在判斷S嚴(yán)重程度方面更有臨床意義，對(duì)S早期病變具有診斷價(jià)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(qiáng)化時(shí)，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(gè)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(dòng)性的指標(biāo)26。因此RS檢測不僅可以輔助RI進(jìn)展早期診斷，進(jìn)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(jī)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(duì)癲疒間進(jìn)展早期診斷并及時(shí)治療可以防止大腦的進(jìn)一步損害。有研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)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(diǎn)，對(duì)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(xì)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(xì)胞功能相關(guān)，NAA、h和r代謝程度的絕對(duì)值重復(fù)性低，但相對(duì)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(xì)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(duì)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(jìn)展化合物定量分析