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1、脑肿瘤的磁共振MRS和PWI成像,病理生理和神经化学 成像技术和脉冲序列 临床应用,脑肿瘤的磁共振波谱和灌注成像,能给出病理和代谢信息 对常规MRI进行补充 有助疑难疾病的诊断,脑肿瘤MR波谱和灌注成像病理生理和神经化学,血管壁厚度增加 管腔截面减少 相对脑血容量（rCBV）减少 血管腔 血管壁 周围组织 电子自旋 T2*信号减低 梯度回波能探测其顺磁敏感性,血管直径增加 管壁增厚 数量增多 血容量增加,rCBV与肿瘤级别和血管增生的组织学相关 血管增生程度-是组织病理学特征和预后最关键因素 肿瘤恶性程度和胶质瘤分级的重要组织学标准 血管网 不仅为肿瘤输送氧和营养物质 而且是肿瘤侵犯周围血管的
2、路径 恶性肿瘤常破坏脑毛细血管内皮细胞 血脑屏障通透性升高-对比剂增强 外溢 -血管通透性可测量,脑肿瘤MR波谱和灌注成像病理生理和神经化学,血管内皮生长因子(VEGF)血管渗透性因子(VPF) 与肿瘤新生血管有关 肿瘤生长的重要介质 灌注MRI 能直接探测与组织学相关的CBV和血管渗透性,脑肿瘤MR波谱和灌注成像病理生理和神经化学,6,DSC MRI测量脑血流量困难（需测动脉输入功能） DSC MRI 和动脉自旋标记技术结合 可测量与肿瘤级别相关的CBF 肿瘤灌注平均通过时间(MTT)与脑血流成反比 CBF =CBV/MTT 脑肿瘤中 浓密微血管和迂曲侧枝循环 CBV升高 MTT应延长 一些
3、肿瘤微血管不均匀 尤其肿瘤边缘 CBF增加 MTT也可降低,脑肿瘤MR波谱和灌注成像病理生理和神经化学,1H-MRS检测的神经代谢物的意义 NAA 神经元标志 减少与神经元丧失或死亡有关 Cho 反映脑内总胆碱量 包括磷酸胆碱 甘油磷酸胆碱 磷脂酰胆碱和鞘磷脂 升高提示细胞膜更新紊乱 Cr 包括肌酸 磷酸肌酸 是能量代谢产物 反映细胞内肌酸总储备情况 相对稳定 常用内标准,理论上测各物质绝对浓度最科学但复杂 NAA，Cho与Cr比值相对容易 不随T1/T2变化 不受脑脊液影响,Calella A M, et al. Neural Dev,2007,2:4.,Ehrengruber M U, e
4、t al. Gene,2000,258(1-2):63-69.,脑肿瘤MR波谱和灌注成像病理生理和神经化学,ppm 3.9 3.2 3.0 2.4 2.0 1.3,Normal MR Spectrum,Hunters angle,脑肿瘤中Cho 改变 Cho水平 与肿瘤细胞密度 肿瘤级别 有无坏死有关 Cho升高 见于肿瘤 由于细胞膜翻转和增生 细胞膜破坏释放磷酸胆碱和甘油磷酸胆碱及其代谢物合成是Cho升高的生物学基础,脑肿瘤MR波谱和灌注成像病理生理和神经化学,脑肿瘤基本代谢改变,Cho lactate lipids 升高 NAA Cr 降低,脑肿瘤中Cho 改变 Cho降低 高度恶性肿瘤和
5、GBMs的大量坏死 Cho半定量 能显示胶质瘤的增生 与胶质瘤增生活跃组织学标志Ki-67明显相关 Cho值不同 可显示肿瘤内不同组织学分级 出血 钙化 辐射射坏死区等,脑肿瘤MR波谱和灌注成像病理生理和神经化学,脑肿瘤中NAA 确切功能不清 神经元密度和发育标志-神经元特性 也见于不成熟少突胶质细胞 原始星形细胞 轴突 NAA 降低-正常神经元和轴突被肿瘤组织取代 正常脑内乳酸很少检出 乳酸明显升高 有氧反应失去 无氧糖酵解取代 缺氧 代谢紊乱 巨噬细胞聚集（炎症区） 乳酸也可聚集囊肿和坏死灶 乳酸和脂质常见于坏死和囊性肿瘤内-预示高度恶性,脑肿瘤MR波谱和灌注成像病理生理和神经化学,脑肿瘤
6、中Cr和PCr改变 Cr 能量代谢标志 Cr 相对恒定 常用作计算代谢物比值(Cho/Cr和 NAA/Cr）但恶性病变降低 Cr减少 肿瘤消耗能量增加代谢活动 局部和个性化Cr浓度不清 绝对定量增加MRS敏感度和特异度 肌醇（Myo-inositol） 低级别胶质瘤升高,脑肿瘤MR波谱和灌注成像病理生理和神经化学,脑肿瘤磁共振波谱,NAA 降低-肿瘤代替或破坏神经元 Cr 相对恒定, 但恶性病变降低 Cho 肿瘤升高 Lipids 见于肿瘤坏死-预示高度恶性 Lactate 见于血供丰富的恶性程度很高的肿瘤 Myo-inositol 低级别胶质瘤升高,History: 68 y/o man 严
7、重头疼,TE 30 ms,Dx: Grade 2 astrocytoma,Dx: Grade 2 fibrillary astrocytoma,3 years later,TE 144 ms,History: 39 y/o woman 间断性视力缺失数周,475,Dx: Highly anaplastic astrocytoma,4,TE 30 ms,随肿瘤级别磁共振波谱的变化,随恶性程度增加: NAA 降低 Cr 降低 Cho 升高 Lactate 升高 Lipids 可能升高,History: 34 y/o man with headache and mental status chang
8、es,502,2,Dx: GBM,3,1,3,2,3,2,1,成像技术和脉冲序列,脑肿瘤DSC MRI参数测量 示踪剂稀释法和首过药代动力学模型法 DSC MRI 信号被测量 由于对比剂引起T2 or T2* 效应的磁敏感性,动态磁敏感对比增强灌注MRI(DSC MRI),血脑屏障破坏区 漏出和T1效应 CBV被高估 测量相对rCBV 参考对侧正常脑白质 无单位 rCBV用于局部CBV或相对动脉输入功能CBV cCBV（corrected CBV）用于脑血容量漏出效应校正,序列 自旋回波-梯度回波 对比剂通过微血管使T2和T2* 变化 自旋和梯度回波能测量CBV 对比剂标准剂量(0.1 mmo
9、l/kg） 正常脑白质传递信号失去约25% SE T2WI 不敏感 需要2-4倍对比剂量才产生信号变化 梯度回波探测局部磁敏感性顺磁性变化更敏感 血管和周围组织局部磁敏感性改变 血管内外质子自旋降低T2*,成像技术和脉冲序列,动态磁敏感对比增强灌注MRI(DSC MRI),序列 自旋回波-梯度回波 自旋回波 伪影磁敏感性较小 毛细血管对比磁敏感性增加 梯度回波 毛细血管和较大血管灌注均敏感 减少层厚可降低伪影的磁敏感性 梯度回波用0.1 mmol gadolinium/kg的磁敏感度和自旋回波用0.2 mmol/kg相似,成像技术和脉冲序列,动态磁敏感对比增强灌注MRI(DSC MRI),序列
10、 单体素-多体素 单体素 采样小 一般病变 2D定位 对低波谱分辨率组织 化学位移伪影 体素内出血 化学位移成像污染更好 多体素 MRSI 或化学位移成像(CSI) 2D 或3D 采样大 分辨率高 代谢物覆盖兴趣区大 可评价局部和全脑 MRSI+MRI 比较正常和病理组织体素 获得具体代谢物分布,成像技术和脉冲序列,质子MRS和MRSI,成像技术和脉冲序列,质子MRS和MRSI,序列 单体素-多体素 3D MRSI -提供脑肿瘤全面波谱评价 K空间采样和化学位移编码结合 -减少3D 成像时间 加容积饱和带 -减少头皮和脂肪污染,序列 短回波-长回波时间 短回波（20-40ms ） MI Glx
11、 lipids -重要肿瘤特征和监测疗效 高信/噪比 基线不平 假“NAA” 2.05-2.5 ppm Glx复合物 中等回波（135-144ms） 颅内肿瘤多用 -1.3/1.4ppm 脂肪中分出乳酸和丙氨酸 双波J-耦合/倒置 -基线平 少扭曲 -无“假NAA” 2.0-2.05仅NAA 2.05-2.5ppm无Glx复合物 -脂质出现比短波更有意义 -易重复 准确 尤其肿瘤特性主峰 Cho和NAA 长回波（270-288ms） 因代谢物T2衰减 NAA Cho和Cr信号低 信/噪比低,成像技术和脉冲序列,质子MRS和MRSI,31,左顶叶复发性高级别胶质瘤 体素位置 rCBV增加 第1-
12、2行肿瘤波谱 明显胆碱升高 长回波信/噪比低 乳酸峰倒置 肌醇 Glx 脂质峰短TE 易鉴别 高Glx（ 2.05-2.5 ppm ）假NAA峰 长回波不明显 第3行正常对侧大脑 长回波基线信号降低 第4行脑脊液缺乏波谱,rCBV,rCBV,32,常用中等回波 135 or 144 ms 时间允许 再短回波30 ms 3D MRSI序列更好 回波时间靠个人经验 与正常对照比较 时间有限时 推荐仅短回波 -短TE代谢物信息对肿瘤特性重要,成像技术和脉冲序列,质子MRS和MRSI,33,序列 增强前-后波谱 争议 对比剂对波谱数据影响 尤其波峰面积定量 注对比剂后波谱理由 -对代谢物比和峰面积影响
13、小 -在波宽和波峰比上可减少患者间的差异 -不仅获得肿瘤T2信号异常区波谱 -而且确定强化 坏死及肿瘤侵犯或水肿区代谢变化,成像技术和脉冲序列,质子MRS和MRSI,TR/TE1000/54 FOV210210 mm 层厚3-8 mm 矩阵128128 体素1.81.8 mm 层间隔0-30% 翻转角30 带宽1470 Hz/pixel 10层 60层/秒 TR 1000ms+FLA30 T1效应最小 对比剂注射前采集10层-基线 对比剂(0.1mmol/kg) 流率3-5 mL/s 盐水(总量20 mL),脑肿瘤MRI参数,DSC MRI,3D或2D TR/TE 1500/144ms 混合多
14、体素CSI PRESS 双回波 包异常和正常脑组织 VOI在脑内相位编码FOV中心 外放饱和带 第二个3D或2D TR/TE 1500/30ms（时间允许）,脑肿瘤MRI参数,Proton MRSI,脑肿瘤MRI参数,37,波谱表现无特异 环状强化波谱重叠 如胶质瘤 转移瘤 炎症 脱髓鞘病变 AIDS相关病变 MRI MRSI 灌注MRI联合 提高准确度 可信度 敏感度 病变部位和对侧正常脑组织代谢物比较 Cho/Cho(n) 和Cho/Cr(n)比值 不是传统Cho/Cr or Cho/NAA MRSI 和 DSC MRI数据不仅肿瘤而且肿瘤周围 鉴别 原发胶质瘤水肿 转移瘤单纯血管源水肿
15、非肿瘤侵犯 一些共振峰 帮助细菌性脓肿诊断 亮氨酸 异亮氨酸 缬氨酸 丙氨酸 醋酸盐 琥珀酸盐 甘氨酸 除CBV外其它灌注参数 帮助提高特异性 MTT升高-缺血 血管通透性升高-非典型脑膜瘤,MRI MRS 灌注成像结合,Summary of DSC MRI and MRSI Findings for Common Ring Enhancing Brain Lesions,磁共振波谱和灌注,39,磁共振波谱 肿瘤组织学 恶性程度 界定肿瘤 vs. 强化边缘 指导活检 疗效随访,脑肿瘤,磁共振灌注 DSI (动态磁敏感成像) 主要参数 CBV (脑血容量) 恶性程度 指导活检 监测疗效,Hist
16、ory: 27 y/o male with a single seizure,708,Dx: Low-grade fibrillary astrocytoma, 2,TE 30 ms,TE 144 ms,History: 55 y/o male with nausea, vomiting & increasing somnolence,684,Dx: GBM,2,胶质瘤级别评价,灌注MR和MRS在脑肿瘤的临床应用,高级别胶质瘤术后需放化疗 低级别无需 组织学肿瘤分级金标准有限度 活检样本限度 细胞学限切下肿瘤 残余肿瘤不能 胶质瘤组织病理学分类 有争议 在讨论修订,rCBV在胶质瘤分级有用 LGGs and HGGs rCBV 比较 LGGs 1.11-2.14 HGGs 3.64-7.323 30例胶质瘤分级rCBV 胶质母细胞瘤 7.32 间变性星形细胞瘤 5.84 低级别胶质瘤 1.
