磁共振波譜在診斷顱內腫瘤中的應用ppt課件

1、.,1,Department of Neurosurgery Peking University Peoples Hospital,磁共振波譜（MRS） 在診斷顱內腫瘤中的應用,北京大學人民醫(yī)院神經外科 欒文忠 教授,2,.,Department of Neurosurgery Peking University Peoples Hospital,一 基礎理論,.,3,Department of Neurosurgery Peking University Peoples Hospital,磁共振波譜(Magnetic resonance spectroscopy，MRS)概念,可檢測出活體組

2、織代謝物的濃度，為MRI影像提供定量診斷依據 可反映組織的代謝信息和狀態(tài)，來確定組織的性質 是目前唯一無創(chuàng)研究人體器官、組織代謝、生化改變及化合物定量分析的方法,.,4,Department of Neurosurgery Peking University Peoples Hospital,磁共振波譜(Magnetic resonance spectroscopy，MRS)歷史,20世紀40年代，國外最早開始研究波譜學 1946年，美國的Purcell和Bloch發(fā)現了核磁共振現象 5年后，Proctor和Yu提出核子的“化學位移(chemical shift)” 20世紀50年代，國內波譜

3、學研究工作開始 20世紀70年代，提出二維傅立葉變換概念，人體和動物的磁共振研究由此開始 20世紀90年代，開始應用于臨床,.,5,Department of Neurosurgery Peking University Peoples Hospital,化學位移(chemical shift),在同一均勻磁場中，不同化合物的同一原子核由于其所處的化學環(huán)境不同，共振頻率就會有所差別，這種現象就是化學位移 單位:采用磁場強度（檢測物與參照物共振頻率相比得到的相對值） 的百萬分之一(ppm) 來表示，在MRS譜線上，橫座標最右邊一點即中心頻率位置定義為零，其ppm值向左依次增加 化學位移可將含有同

4、種原子核的不同化合物根據其化學位移的程度在頻率軸上區(qū)別開來,.,6,Department of Neurosurgery Peking University Peoples Hospital,磁共振波譜(Magnetic resonance spectroscopy，MRS)原理,每一帶電的原子核自旋即可在其周圍產生一微弱磁場，置于外加磁場，其自旋軸就會趨于平行或反方向于這個磁場方向 施加射頻脈沖，處于低能狀態(tài)的原子核因吸收了能量而躍遷到高能狀態(tài)；射頻脈沖停止，高能態(tài)的原子核即弛豫(relaxation)或恢復到低能狀態(tài)，并以射頻脈沖信號的形式釋放出吸收的能量 弛豫過程中自由感應衰減(free

5、 induction decay,FID) 的射頻脈沖信號被檢測后，經傅立葉轉換，所形成的頻率-信號強度曲線即磁共振波譜,.,7,Department of Neurosurgery Peking University Peoples Hospital,氫質子磁共振波譜(1H-MRS),目前，可用在醫(yī)學領域波譜研究的原子核有1H、31P、23Na、13C、19F、7Li等 由于氫質子1H較其他原子核在有機物結構中具有高自然豐度和核磁感性，故做波譜分析時多采用1H 1H-MRS在腦部疾病診斷中的應用最為廣泛 如:腦腫瘤、腦梗塞、腦膿腫、腦炎、癲癇、家族性精神分裂癥、缺血缺氧性腦病、多發(fā)性硬化、肝

6、性腦病、腦部的放射性損傷等,.,8,Department of Neurosurgery Peking University Peoples Hospital,MRS的興趣區(qū)(region of intrest,ROI),先行磁共振檢查，在適當的時間里在磁共振上設定波譜磁共振檢查的靶區(qū)，擯棄周圍組織的影響，稱為MRS的興趣區(qū)(region of intrest,ROI) 對于腫瘤來說，ROI多選擇瘤內實體區(qū)、壞死區(qū)、瘤周區(qū)等及與相應解剖學部位對應的對側正常區(qū) 瘤周區(qū)定義為T2WI上顯示為高信號而在增強T1WI上無強化的腫瘤周圍區(qū)域，約腫瘤周圍的2cm左右的區(qū)域 目前人體研究1H-MRS的ROI

7、為1-8ml,.,9,Department of Neurosurgery Peking University Peoples Hospital,相對定量,不同化合物可根據其MRS共振峰位置不同加以區(qū)別 MRS共振峰面積與共振核數目成正比，反映了化合物的濃度 測定絕對濃度會受到許多問題的困擾，如檢查條件的不同、共振峰的重疊、渦流導致峰寬增寬等 普遍采用的是兩種代謝物波峰下面積的比值，即相對定量的方法來代表代謝物的相對濃度 相對定量的方法有利于自我調整成像儀、定位方法的差異和增益的不穩(wěn)定性，減少部分容積效應,10,.,Department of Neurosurgery Peking Unive

8、rsity Peoples Hospital,二 各種代謝物,.,11,目前在大多數顱內腫瘤1H-MRS表現為以下多種代謝物的局部腦組織中的濃度變化,N-乙酰天門冬氨酸(N-aminosuccinic acid，NAA) 膽堿(choline，Cho) 肌酸(creatine，Cr) 乳酸(lactic acid，Lac) 脂質(lipid，Lip) 丙氨酸(alanine，Ala) 肌醇(myo-inosito，MI) 谷氨酸復合物(glutamine，Glk),Department of Neurosurgery Peking University Peoples Hospital,1H-

9、MRS檢測顱腦腫瘤的各種代謝物,.,12,Department of Neurosurgery Peking University Peoples Hospital,N-乙酰天門冬氨酸(N-aminosuccinic acid，NAA),NAA存在于哺乳動物神經元內，被公認是神經元的內標志物(endogenous marker) NAA含量多少可反映神經元的功能狀況及腦神經元細胞的完整性，它的降低與神經元缺失及其軸突損傷有關 波譜位于2.0ppm處，在正常1H-MRS中是最高的峰,.,13,Department of Neurosurgery Peking University Peoples

10、 Hospital,N-乙酰天門冬氨酸(NAA)變化意義,NAA的減少提示正常神經元被破壞和/或被腫瘤細胞替代所致，其減少可能是一個漸進的過程 NAA在腫瘤中心比腫瘤周圍下降更明顯，高級別膠質瘤下降更多 Canavan病是唯一NAA濃度增高的疾病 Canavan病亦稱中樞神經海綿樣變性，是一種罕見的常染色體隱性遺傳病，致病基因定位于17p13-pter。病理特點為中樞神經海綿樣變性。生化特點為天冬氨酸?；D移酶缺陷導致腦內NAA堆積和尿NAA增多。MRS顯示腦內NAA波升高可作為確診本病的依據,.,14,Department of Neurosurgery Peking University

11、Peoples Hospital,膽堿(choline，Cho),Cho主要存在于細胞膜上，是細胞膜磷脂代謝的中間產物，包括膽堿、磷酸甘油膽堿、磷酸膽堿和磷脂酰膽堿，反映腦內總的膽堿量 Cho與腫瘤轉移和細胞的生長活性相關，濃度升高反映腫瘤細胞膜結構增加，細胞增殖，膠質增生 Cho的波譜位于3.2ppm處,.,15,Department of Neurosurgery Peking University Peoples Hospital,膽堿(Cho)變化意義,Cho在腫瘤邊緣增加比中心高，實體部分比囊性部分高 Cho與膠質瘤級別有很好相關性。腫瘤的惡性程度越高，生長越快，細胞分裂增殖越活躍，

12、具有越高的Cho值 Tedeschi等在隨訪的腦膠質瘤患者中，病情進展病例的Cho升高率45%，而病情穩(wěn)定病例Cho升高率35%，無一例Cho無改變或下降,.,16,Department of Neurosurgery Peking University Peoples Hospital,肌酸(creatine，Cr),Cr是包括肌酸與磷酸肌酸，是高能磷酸化的儲備及ATP和ADP的緩沖劑 Cr的濃度變化反映了能量代謝的信息，是細胞內能量的標志 Cr的波譜位于3.02ppm處,另一峰(Cr2峰)位于3.94ppm處,.,17,Department of Neurosurgery Peking U

13、niversity Peoples Hospital,肌酸(Cr)變化意義,Cr在腦內總量較恒定，不同代謝條件下均保持相對穩(wěn)定，可作為其他峰的比值參考 Cr在低級別膠質瘤中多正常，在高級別膠質瘤中，Cr的濃度稍有降低；同一腫瘤的高代謝區(qū)域較低代謝的區(qū)域的Cr濃度稍有降低 多數學者的研究表明，低級別與高級別膠質瘤Cho/Cr、Cho/NAA值的升高有統計學意義，特別是Cho/Cr值與腫瘤的惡性程度具有正相關性，可以用來對膠質瘤進行分級,.,18,Department of Neurosurgery Peking University Peoples Hospital,乳酸(lactic acid

14、，Lac),Lac峰出現是無氧酵解和Lac清除率降低的結果，提示腦組織缺血、缺氧，壞死 腫瘤的能量代謝特點為糖酵解作用增強，故高級別膠質瘤中心及周圍的波譜中多出現Lac峰，但不是惡性腫瘤的可靠征象 囊腫、膿腫、梗塞、壞死、術后缺損區(qū)或體積較大的良性腫瘤（因限制Lac的清除導致清除率下降）也出現Lac峰 Lac的波譜位于1.33ppm處，在正常腦組織內探測不到,.,19,Department of Neurosurgery Peking University Peoples Hospital,脂質(lipid，Lip),Lip來源于腫瘤邊緣巨嗜細胞或壞死組織細胞將組織結構中脂肪分解為小分子脂質

15、Lip與腫瘤的侵襲性有關，它的出現提示高級別膠質瘤或轉移瘤，常在腫瘤壞死區(qū)、未經治療的腫瘤中出現 在約40%的高級別膠質瘤中可見Lip峰，而低級別膠質瘤中出現的比率約為16%，且峰值有顯著差異 單用Lip對星形細胞瘤分級不準確，而高Cho峰及Lip峰同時出現，更提示為高級星形細胞瘤 Lip峰的波譜位于0.9-1.5ppm處，與Lac化學位移位置相近，所以經常與Lac被同時檢測,.,20,Department of Neurosurgery Peking University Peoples Hospital,丙氨酸(alanine，Ala),Ala來自于糖分解中的丙酮酸，是谷氨酰胺轉氨基和部分

16、氧化作用大于糖酵解的結果 Ala增高被認為是腦膜瘤的特征，但并非所有腦膜瘤均會出現 膠質瘤內也可出現Ala峰，腦膜瘤的Ala/Cr比值比星形細胞瘤高3-4倍 神經鞘瘤和轉移瘤無Ala峰 Ala峰的波譜位于波譜曲線1.4ppm處,.,21,Department of Neurosurgery Peking University Peoples Hospital,肌醇(myo-inosito，MI),MI是磷酸酰肌醇和磷酸磷脂酰肌酸的前體物，主要作用為調節(jié)滲透壓，營養(yǎng)細胞，抗氧化及生成表面活性物質 低級別星形細胞瘤、間變性星形細胞瘤、膠質母細胞瘤的MI/Cr值依次降低，且存在顯著差別 腦膜瘤、轉移

17、瘤中見不到及MI峰 神經鞘瘤的MI升高 MI峰的波譜位于3.5ppm處,.,22,Department of Neurosurgery Peking University Peoples Hospital,谷氨酸復合物(glutamine，Glk),谷氨酸(Glu)和谷氨酸鹽(Gln)這兩種代謝產物相鄰很近, 通常由谷氨酸復合物(Glx)表示 Glk是興奮性神經遞質，參與腦內氨的解毒，最終代謝產物是丙氨酸(Ala) Glx在腦膜瘤和少突膠質細胞瘤中相對于正常腦組織和星形細胞瘤是抬高的,因此其被認為是腦膜瘤和少突膠質細胞瘤的特征之一 谷氨酸(Glu)和谷氨酸鹽(Gln)共振峰分別位于2.2-2.

18、4ppm(+峰)及3.6-3.8ppm(峰),.,23,正常的1H-MRS表現,NAA,Cho,Cr,Cr2,正常Cho/Cr、Cho/NAA比值范圍約為0.789-0.545 NAA/Cho比值的范圍約為1.267-1.835,24,.,Department of Neurosurgery Peking University Peoples Hospital,三 膠質瘤的1H-MRS的表現,.,25,膠質瘤的1H-MRS表現,N-乙酰天門冬氨酸(NAA)顯著下降 膽堿(Cho)顯著升高 肌酸(Cr)不變或輕度下降 可出現乳酸鹽（Lac/Lip）,NAA/Cr下降 NAA/Cho減少 Cho/

19、Cr升高,-腫瘤對神經元的破壞,-腫瘤細胞增殖活躍和有絲分裂增加,-膠質瘤發(fā)生壞死,Cho,Cr2,Cr,NNA,Lac,星形細胞瘤,.,26,隨膠質瘤級別增加，NAA逐漸下降，Cho逐漸升高 Cho/NAA和Cho/Cr比值反映腫瘤級別比較穩(wěn)定， 在所有的膠質母細胞瘤中均升高 Lac峰可出現于各級別組腦膠質瘤中，其峰值無 顯著差異,關于膠質瘤的分級,.,27,低級別膠質瘤的1H-MRS表現,NAA,Cho,Cr,Cr2,NAA下降 Cho升高 Cr輕度下降,左顳頂低級別膠質瘤,.,28,高級別膠質瘤的1H-MRS表現,Cho,Cr,NAA顯著下降至消失 Cho顯著升高 Cr下降,右枕部高級別

20、膠質瘤,.,29,第一組：級星形細胞瘤,NAA下降 Cho顯著升高 Cr輕度下降 出現倒置的Lac雙峰,對側相應部位的MRS表現正常,Cho,NAA,Cho,NAA,Cr,Cr,Lac,.,30,第一組：-級星形細胞瘤,NAA顯著下降 Cho顯著升高 Cr中度下降 出現倒置的Lac雙峰,對側相應部位的MRS表現正常,Cho,NAA,Cho,NAA,Cr,Cr,Lac,.,31,第一組：膠質母細胞瘤,NAA顯著下降 Cho顯著升高 Cr中度下降 1.32ppm處出現倒置的Lac峰,出現MI（肌醇）峰,Cho,NAA,Cho,NAA,Cr,Cr,Lac,Lac,MI,.,32,第二組：II級星形細

21、胞瘤,NAA下降 Cho峰升高 Cr變化不明顯 未見Lip/Lac峰,對側相應部位的MRS表現正常,Cho,NAA,Cho,NAA,Cr,Cr,Cr2,Cr2,.,33,第二組：III級間變少突膠質細胞瘤,NAA、Cho、Cr峰均下降 可見Lip峰,對側相應部位的MRS表現正常,NNA,NNA,Cho,Cr,Cr,Cr2,Lip,Cho,.,34,第二組：膠質母細胞瘤,NAA、Cho、Cr峰均下降 可見Lip峰,對側相應部位的MRS表現正常,NAA,Cho,Cr,Cr,Lac,NNA,NNA,Cho,Cho,Cr,Cr,Cr2,Lip,.,35,膠質瘤不同部位的MRS比較,圖,腫瘤邊界外正常組

22、織,瘤心壞死處見巨大Lac峰,腫瘤邊界處,腫瘤內部高活性代謝區(qū),.,36,膠質瘤不同部位的MRS比較,圖,瘤體譜線Cho/NAA = 3.90 Cho/Cr = 7.89,近瘤周水腫譜線 Cho/NAA = 1.95 Cho/Cr = 2.11,遠瘤周水腫譜線 Cho/NAA = 1.40 Cho/Cr = 1.92,對側正常譜線 Cho/NAA = 0.94 Cho/Cr = 1.25,NNA,NNA,Cho,Cho,Cr,Lac,NNA,NNA,Cho,Cho,Cr,Cr,Lac,Lac,.,37,腫瘤波譜顯示NAA依次下降，Cho逐漸升高,參照區(qū),-級星形細胞瘤MRS波譜,周邊區(qū),瘤體區(qū)

23、,NNA,Cr,Cr2,NNA,Cr,Cr2,NNA,Cr,Cr2,Cho,Cho,Cho,.,38,腫瘤波譜顯示NAA、Cr依次明顯下降，Cho依次明顯升高。 瘤體區(qū)出現Lip/Lac峰,參照區(qū),級星形細胞瘤MRS波譜,周邊區(qū),瘤體區(qū),NNA,Cr,Cr2,NNA,Cr,Cr2,NNA,Cr,Cr2,Cho,Cho,Cho,Lip/Lac,.,39,右顳葉膠質母細胞瘤 (1)對側正常腦組織區(qū) (2)腫瘤實質中心區(qū) (3)周邊區(qū),腫瘤實質區(qū) NAA峰顯著降低 Cho峰明顯增高,對側正常組織區(qū) NAA峰最高 Cho和Cr峰較低且較接近,腫瘤周邊區(qū) 中等NAA峰 Cho峰明顯增高,.,40,波譜圖

24、顯示能夠判定常規(guī)MR 表現正常的腫瘤周圍無水腫區(qū)有腫瘤細胞浸潤,NAA,Cho,Cr,左額葉星形細胞瘤II級 病灶周圍腦實質無水腫,Cr2,Lac,NAA顯著下降 Cho顯著升高 出現Lac峰,.,41,評價腦膠質瘤的預后,Magalhaes發(fā)現Cho濃度高出正常組織標準差的2倍、NAA濃度低于正常腦組織標準差的1/2時，100%有腫瘤侵犯 Tarnawski發(fā)現Lac/NAA值2時，患者1年生存率為20%，而Lac/NAA值1.3即可診斷膠質瘤復發(fā)，1.71或/(和)Cho/NAA1.71作為區(qū)分復發(fā)和壞死的標準,Cho明顯增高及合并Lac、NAA、Cr的異常，提示膠質 細胞瘤治療后復發(fā)；治

25、療后Cho下降或保持穩(wěn)定者， 則腫瘤生長受到抑制,.,42,膠質瘤放療3個月后,MRS見依舊明顯增高Cho峰、下降的Cr峰 表明腫瘤細胞仍存在,對應右側額葉MRS,Cr,Cr,Cho,Cho,NNA,.,43,級星形細胞瘤術后及放療后1年,MRS見NNA、Cho、Cr峰均消失 無復發(fā)跡象,對應右側額葉MRS,Cr,Cho,NNA,.,44,級星形細胞瘤術后2年復發(fā),MRI提示原手術病灶未見明顯異常 MRS見Cho峰增高 提示復發(fā),對應右側額葉MRS,Cr,Cho,NNA,Cho,NNA,45,.,Department of Neurosurgery Peking University Peop

26、les Hospital,四 腦膜瘤的1H-MRS的表現,.,46,腦膜瘤的1H-MRS表現,腦膜瘤無神經元，故理論上無NAA峰 膽堿(Cho)升高 出現特征性丙氨酸(Ala)峰 可出現谷氨酸(Glx)峰 強化區(qū)域外沒有病理性波譜 Lip峰出現提示惡性腦膜瘤可能,-有時可見較低的峰，原因是腫瘤侵犯正常腦組織或部分容積效應所致,-各型腦膜瘤中沒有顯著性差異,Cho,Cr2,Cr,Ala,NNA,-對腫瘤細胞具有化學抵抗作用,-并非所有腦膜瘤均會出現,-非侵襲性腫瘤的特征,.,47,左額頂腦膜瘤,NAA消失 Cho升高 出現丙氨酸Ala峰,瘤周的MRS表現,Cho,Cho,NAA,Cr,Cr,Al

27、a,.,48,左枕葉腦膜瘤,NAA下降至消失 Cho明顯升高 Cr明顯下降 出現丙氨酸Ala峰,瘤周的MRS表現,Cho,Cho,NAA,Cr,Cr,Ala,NAA,.,49,右顳葉腦膜瘤,Cho,Cr,Cr2,NNA,周邊區(qū)接近正常,實質區(qū) NAA峰消失 Cho峰明顯增高 可見特征性的丙氨酸Ala峰,Cho,Ala,Cr2,NNA,.,50,右額頂部鐮旁纖維細胞型腦膜瘤,實質區(qū) NAA峰消失 Cho峰增高 可見丙氨酸Ala、 乳酸Lac、脂質Lip、 谷氨酸GLX、峰,Cho,GLx,GLx,Ala,Lip,Lac,GLx,Lac,水腫區(qū) 亦可見GLx、Lac峰,.,51,惡性腦膜瘤MRS表

28、現,Cho,GLx,GLx,Ala,水腫區(qū) 可見谷氨酸GLx峰 可見丙氨酸Ala峰,Cho,Lip,GLx,GLx,壞死區(qū) 脂質Lip為第一高峰,Cho,NNA,Cr,對側正常區(qū),未見NAA峰顯示 Cho峰升高 谷氨酸GLx峰呈梯狀 谷氨酸Glx峰較顯著 可見丙氨酸Ala峰 可見乳酸Lac/脂質Lip峰,Cho,GLx,GLx,Ala,Lip,瘤體區(qū),.,52,腦膜瘤術后復發(fā)的MRS表現,腫瘤復發(fā)時，由于進行性生長腫瘤的邊緣巨噬細胞吞噬不移動的腦脂質和壞死腫瘤細胞分解代謝，脂質Lip明顯增加 腫瘤復發(fā)常繼發(fā)正常血管網的破壞，乳酸Lac含量增加 Cho/Cr比值在殘留和復發(fā)的腫瘤中明顯高于術后反

29、應性損傷區(qū),53,.,Department of Neurosurgery Peking University Peoples Hospital,五 轉移瘤的1H-MRS的表現,.,54,轉移瘤的1H-MRS表現,轉移瘤特點：NAA消失，Cho明顯增高，Cr下降，Cho/Cr比值升高，可出現乳酸Lac峰和脂質Lip峰 轉移瘤和膠質瘤瘤體強化部分各代謝物比值相似 瘤周Cho/Cr比值是鑒別膠質瘤和轉移瘤的重要手段；轉移瘤強化之外區(qū)域沒有病理性波譜 兩種腫瘤瘤周區(qū)病理上是不一樣的：膠質瘤周圍有腫瘤細胞的散在浸潤，轉移瘤瘤周無腫瘤細胞存在,.,55,膠質瘤與腦轉移瘤瘤周特點的鑒別,Departmen

30、t of Neurosurgery Peking University Peoples Hospital,P0.05,P0.05,.,56,轉移瘤不同部位的MRS比較,圖,對側正常區(qū),腫瘤周圍區(qū) 與正常波譜相似,腫瘤強化區(qū) NAA降低 Cho升高,Cho,Cr,Cho,Cr,Cho,Cr,NNA,NNA,NNA,ROI選擇 腫瘤強化區(qū) 腫瘤周圍區(qū) 對側正常區(qū),.,57,右額葉腦轉移瘤,Cho明顯升高 NAA明顯降低 Cr明顯下降,對側正常MRS,Cho,NAA,Cr,Lip,Cho,ROI選擇 在增強部分及對 側正常腦實質部 分選取感興趣區(qū),Cr,NAA,.,58,左頂葉腦轉移瘤,Cho峰略降

31、低 NAA及Cr峰顯示不清 出現明顯的脂質Lip峰,對側正常MRS,Cho,NAA,Cr,Lip,Cho,ROI選擇 在增強部分及對 側正常腦實質部 分選取感興趣區(qū),.,59,左枕葉轉移瘤,NAA峰顯著降低 Cr峰顯著降低 Cho峰明顯增高 可見脂質Lip峰,周邊水腫區(qū)MRS與正常MRS無顯著區(qū)別,Cho,NAA,Cr,Lip,Cho,ROI選擇 在腫瘤實質區(qū) 和周邊水腫區(qū),Cr2,NAA,Cr,Cr2,.,60,轉移瘤MRS的乳酸Lac和脂質Lip峰,主要表現為向下的乳酸Lac雙峰 降低非常明顯的Cr峰和NAA峰,可見見高尖的脂質Lip峰 NAA,Cr,Cho峰均減低,Lac,Lip,61,

32、.,Department of Neurosurgery Peking University Peoples Hospital,六 淋巴瘤的1H-MRS的表現,.,62,淋巴瘤的1H-MRS表現,中樞神經系統淋巴瘤特點：NAA幾乎完全喪失，Cr降低，Cho和乳酸Lac升高明顯，脂質Lip峰出現，肌醇MI表現正常 明顯升高的脂質Lip峰是原發(fā)性中樞神經系統淋巴瘤特征表現 與膠質瘤類似，在 增強區(qū)域以外仍可 測得病理波譜,Cr2,Cho,Cr,NAA,Lip,.,63,右額葉淋巴瘤,Cho,NAA,Cr,Lip,NAA及Cr明顯消失 Cho明顯升高 出現特征的脂質Lip峰,.,64,雙側額葉B細胞型淋巴瘤,ROI選擇 1、2選擇在增強區(qū)；3