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1、MRS在神经系统疾病研究中的应用 主要内容 MRS简介及分类 MRS几种代谢物的意义 在神经系统疾病中的研究现状 癫痫 脑肿瘤 胶质瘤 脑膜瘤 转移瘤 脑缺血和脑梗死 炎症 鉴别诊断 阿尔茨海默病 帕金森氏病 多发性硬化 MRS存在问题 磁共振波谱 magnetic resonance spectroscopy MRS 是一种利用核磁共振现象和化学 位移作用进行一系列特定原子核及其化 合物分析的方法 能检测活体组织器官 能量代谢 生化改变的一种无创性技术 随着高场强 高性能设备的问世 其 灵敏度不断提高 近10余年来已逐渐地 应用于神经系统疾病的基础研究和临床 应用中 MRS分类 根据检测体素
2、分类 1 单体素质子谱 single voxel MRS 选择性采集一个感兴趣区体素的谱线 2 多体素质子谱 multi voxel MRS 在一次数据采集中获得感兴趣区中多个体素的谱线 可以同时反 映多个部位代谢物的空间分布 采集的多体素频谱可组成图像 通过计算机处理 也可显示单一代谢物的分布图像 故多体素 MRS常常又称为磁共振频谱成像 magnetic resonance spectroscopy imaging MRSI 或磁共振化学位移成像 MR chemical shift imaging 3 MRS三维波谱 三维MRS可直接进行三维数据采集 也可先行多层面MRS采集 然后 再重建
3、三维MRS 后者可以进行任意角度重建 便于临床医生观察 有良好的临床应用前景 MRS 测定的原子核有1H 31P 13C和19F等 由于1H 在人体内含量最为丰富 所以磁共振氢频谱 1H MRS 的应用最为广泛 也是活体MRS中检测灵敏度最高的 它能够同时检测到多种代谢物 如N 乙酰天冬氨酸 胆碱化合物 乳酸 肌酸 肌醇 谷氨酸和谷氨 酰胺复合物 此外还可以测定氨基丁酸 葡萄糖 乙 醇和酮体等 氮 乙酰天门冬氨酸 N acetylaspartate NAA 共 振峰位于2 02ppm处 主要存在于神经元及其轴索 是神 经元的标志物 NAA含量降低 反映神经元丢失或能量 代谢障碍 乙酰胆碱 ch
4、oline Cho 共振峰位于3 2ppm处 其与 细胞膜磷脂分解和合成有关 参与细胞膜的构成 Cho 峰增高提示细胞分裂增值活跃 以及细胞膜代谢异常增 高 肌酸和磷酸肌酸 cre atine and phosphocreatine Cr PCr Cr共振峰见于3 0和3194ppm 作为高能磷酸盐 的储备形式和ADP及ATP的缓冲剂 氨基丁酸 aminobutyric acid GABA 是中 枢神经系统中的一种主要抑制性神经递质 具有抗伤 害作用 谷氨酰胺和谷氨酸复合物 是兴奋毒性作用的 神经递质 肌醇 myo inositol MI MI共振峰主要位于 3 56和3165ppm处 具有调
5、节渗透压 营养细 胞 抗氧化作用及生成表面活性物质 乳酸 lactate Lac 共振峰位于1 3和4 1ppm 是无氧酵解的产物 见于脑缺血缺氧等病理 状态 因此 其检出对缺血缺氧疾病的诊断和 治疗有非常重要的意义 癫痫诊断 MRS检查发现颞叶癫痫病灶侧颞叶NAA峰减低 Cr和Cho 峰升高 MRS的定位诊断与EEG和PET结果有很高的一致 性 由于实际操作中Cr和Cho峰难以完全分开 国内外均 以NAA Cr Cho 比值作为颞叶癫痫定量诊断指标 该值 降低被认为是定量诊断最敏感的指标之一 此外 有资 料显示NAA降低与癫痫发作频率密切相关 切除癫痫病 灶后 NAA水平还可恢复至正常甚至更
6、高水平 所以MRS 还可用于监测抗癫痫药物疗效 图BI倾斜冠状重度T2加权像 未见明显器质性病变 分别 在其双侧海马区设置VOI 右侧为VOI1 左侧为VOI2 图B2分别显示VOII V012谱线 可见右侧海马区 NAA峰值含量降低 图B3为以NAA信号强度为灰阶的伪彩图与倾斜冠状重度 T2加权像融合像 双侧海马区直接观察未见明显差异 图B4为以Cho NAA信号强度比值为灰阶的伪彩图与倾斜 冠状重度T2加权像融合像 右侧海马区可见明显增高 增高范围较明确 与EEG检查结果吻合 胶质瘤 胶质瘤是最常见的脑内肿瘤 其MRS表现为NAA峰降低 Cho 峰升高 NAA Cr和NAA Cho比值降低
7、 Cho Cr比值升高 部 分病例在1 3ppm处可见向上的脂质 Lipids Lip 峰或倒 置的Lac峰 Ttmiya等发现 级星型细胞瘤的Cho Cr比值 低于 级和 级星型细胞瘤 认为Cho Cr比值升高与肿瘤 组织学分级程度呈正相关 提示该指标有鉴别诊断价值 Kumar等提出NAA减低是神经元丢失的结果 NAA Cho越低 神经元破坏得就越严重 研究发现Cho Cr和NAA Cho在 低级和高级胶质瘤中的敏感度分别为73 和86 特异度分 别为94 和96 脑膜瘤 脑膜瘤MRS成像在脑膜瘤良恶性分级中具有重要 价值 Ala峰的出现对于脑膜瘤诊断具有重要意 义 而1 3ppm处Lip的
8、出现提示恶性脑膜瘤诊断 瘤周水肿区Cho峰升高提示恶性脑膜瘤存在瘤周 浸润 Although the diagnosis of meningioma is easily done by means of magnetic Resonance imaging proton magnetic resonance spectroscopy may be useful in atypical cases In such tumors there is a pronounced rise in choline levels associated with absence or considerable
9、reduction of N acetylaspartate Presence of an alanine peak can confirm the diagnosis 脑转移瘤 脑转移瘤的原发肿瘤来原于脑外其它组织 肿瘤内部无 神经元存在 其MRS表现为Cho显著升高 Cr减少或消失 Cho Cr比值升高 无NAA峰 可出现Lac峰和Lip峰 这与 肿瘤细胞增殖旺盛和有丝分裂增加导致细胞膜代谢异 常增高 能量耗竭 糖无氧酵解增加有关 Sijens等通过与MRI对比研究发现 尽管1H MRS不能识 别转移瘤的来源 却能区分常规影像不能鉴别的孤立转 移灶 并可对转移瘤进行分期 早期转移瘤只含有C
10、ho峰 中期转移瘤含有Lip峰和略高的Cho峰 晚期转移瘤含有 Lac峰和低的Cho峰 Cho Cr可用于肿瘤的鉴别诊断 Cho Cr大于2 48时 诊断转移瘤和胶质母细胞瘤的正确率分别为88 9 和60 0 当Cho Cr小于2 48时诊断放射性坏死和 脑梗死的正确率分别为71 4 和100 对于转移瘤 和胶质母细胞瘤的进一步鉴别 73 7 转移瘤存在 Lip峰 NAA峰缺失 而在胶质母细胞瘤中仅有 10 0 Ala峰增高被认为是脑膜瘤的特征性波峰 神经鞘瘤 转移瘤MRS中无Ala或Glx峰 神经鞘瘤出 现Mi峰升高 以此可以区分脑膜瘤 神经鞘瘤 转移 瘤 环形强化的各种脑内病变的鉴别 其他
11、类型脑肿瘤 目前 对其他脑肿瘤MRS的文献报道较少 已知 转移瘤 淋巴瘤和结核瘤的Lip峰增高 但是 淋巴瘤Lac峰相对更明显 结核瘤的Cho峰不高 脑梗死和脑缺血的诊断 脑梗死病灶发生以下代谢改变 在常规MRI未见异常改变时 MRS即能早期发现Lac峰 对发病24h梗死区在T2WI上呈高信号者 MRS出现Lac峰的范围常大于T2WI的病灶范围 并且梗死区中央 Lac水平高于周边 大脑中动脉阻塞所致梗死区的Lac水平高于其 他部位的脑梗死灶 脑梗死病灶一旦出现通常在Lac峰出现后 脑 梗死病灶才有NAA峰下降 大脑中动脉区脑梗死的NAA降低显著重 于其他部位的脑梗死灶 Lac峰水平最高的部位一
12、般就是NAA降低 最严重的部位 Cr和Cho峰的改变不如Lac和NAA那样恒定 而且文 献报道尚无统一意见 Giroud等对短暂性脑缺血发作 transient ischemic attack TIA 进行MRS研究 在TIA发作后的3天内 对 脑功能异常区和对侧相同脑区进行MRS检查 结果发 现功能异常区的NAA Cr无明显异常改变 而Lac峰升 高 提示脑局部低灌注可能导致乳酸浓度升高 预示 该区是可能发展成脑梗死的高危区域 脑肿瘤与急性脑梗死鉴别诊断 部分早期脑梗死伴重度占位效应 MRI表现与脑肿 瘤类似 应用MRS可区分肿瘤与急性脑梗死 梗死 病灶的Cho Cr正常 发病24h内Lac
13、峰明显升高 提 示脑缺血 炎症 The main application of proton magnetic resonance spectroscopy in inflammatory and infectious processes is the establishment of differential diagnoses between these processes and brain tumors In focal inflammatory processes in patients with acquired immunodeficiency syndrome aids suc
14、h as toxoplasmosis tuberculosis or cryptococcosis proton spectroscopy shows a broad lipid peak and occasionally a lactate peak with a decrease or absence of N acetyl aspartate and slight increase of choline In pyogenic abscesses N acetyl aspartate creatine and choline peaks are not detected and the
15、spectroscopic curve presents amino acid peaks especially succinate acetate and cytosolic peaks due to the great quantity of hydrolytic enzymes produced by bacteria which results in elevated concentrations of proteins and amino acids 阿尔茨海默病的诊断 诊断通常根据典型的临床特点 但确诊只能在 死后尸解 显微镜下被证实有细胞损失 广泛 分布的异常淀粉状蛋白的沉积物所
16、形成疏散的 小的退化淀粉样斑和由组成脑细胞的正常杆状 蛋白质混乱地缠结起来的原纤维缠结 阿尔茨海默病 Alzheimer sdisease AD 患者的NAA水平 在海马 颞叶 额叶 枕叶及脑白质均明显降低 Kantarci等对AD枕叶皮质进行MRS检查 结果发MI NAA 可作为AD与正常脑老化和其他类型痴呆的鉴别诊断指 标 NAA减少和MI升高可能与患者认知功能减退程度相关 Block等研究发现许多AD患者的NAA水平下降 mI升高 Dixon等研究发现AD患者左侧海马NAA水平显著降低 Insausti等认为如果MRI同时显示海马体积萎缩 则对AD诊断具有显 著性意义 且作者同时指出海马NAA水平显著降低与个体认知能力损 伤密切相关 Kantarci等应用1H MRS对比研究AD老年轻度认知损害 MCI 和正常人 认为AD发病早期即出现mI Cr的升高 并推测这与神经炎造成的星形 胶质细胞和小胶质细胞增生有关 病变继续发展会导致DNA水平下降 由于上述改变在三者间有较大重叠 其诊断价值有待于进一步研究 Marjanska等用1H2MRS监测B前体蛋白 早老素 联合转基因 APP
