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1、多体素磁共振质子波谱分析在正常成人脑组织发育的研究黄华 冯占辉 吕发金 方芳 彭娟 晏勇*重庆医科大学附属第一医院神经内科重庆市神经病学重点实验室，重庆 400016摘要:目的：应用多体素2D1H-MRS观察正常成人脑组织主要代谢化合物随年 龄变化规律。方法：应用场强为1.5T的磁共振成像系统对50例正常人（1949 岁）脑组织进行1H-MRS采集。计算氮-乙酰门冬氨酸（NAA）与肌酸（Cr）的 峰下面积比值以及胆碱复合物（Cho）与肌酸（Cr）峰下面积的比值，并分别与 年龄进行相关分析。结果：NAA/Cr值与年龄增加无明显相关性，有逐渐增高趋 势。Cho/Cr值随年龄增长呈递减。结论：多体素
2、磁共振质子波谱可无创观察不 同年龄组正常人脑组织代谢情况，获得主要代谢产物与年龄的关系，为临床提供 参考。关键词正常成人，脑，多体素磁共振波谱Proton Magnetic Resonance Spectroscopyin Dvelopment of the Normal Adult Brain Abstract Objective ：To discover the metabolic change of brain with age in normal person by using volume-selective , two dimensional 1H-MRS. Method : 1H
3、-MRS was obtained use PRESS sequence in 50 normal persons from 19 to 49 years. The areas under the peaks were measured, the ratio of N-acetylaspartate（NAA）, choline（Cho） to creatine（Cr） were caculated .The relationship between the ratio of NAA/Cr, Cho/Cr decreased and age was examined by statistics
4、method. Result: We found there is no relationship between NAA/Cr and age. The ratio of Cho/Cr decreased with age. Conclusion: MRS can detect the metablolic change of the brain with age in normal people, and show the development of the normal brain noninvasively.keywords: Nomal adult; Brain , Two dim
5、ensional 1H-MRS 基金项目：国家自然科学基金（30570636）作者简介：黄华四川达县人 在读博士 主研方向：难治性癫痫皮质发育障碍1. T *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1*E-mail:*通讯作者晏勇，重庆医科大学教授，主任医师，博士生导师，E-mail： *.cn人脑有成熟至衰老经历一系列复杂的生理生化改变。其中神经元、胶质细胞 及髓鞘的组成构成其演变的主要因素。因而，这些组成成分的改变与脑代谢密切 相关。正常成人随着年龄的增长，脑灰质的数量逐渐减少，这是脑老年化的一个 指标。因此应
6、用一种无创技术观察脑内正常的生理生化演变进程成为研究热点。质子磁共振波谱是随着磁共振技术的发展而逐渐发展起来的一门新技术，一 种无创性获得活体生理及病理物质代谢的检查方法1。目前已经由单体素发展为 二维多体素扫描，正逐渐应用于临床研究，如急性脑梗死的代谢改变，代谢性脑 病、脑肿瘤等2。本研究应用多体素磁共振波谱研究成人不同年龄组脑组织代谢 的变化，反映成人脑组织的发育，同时为疾病的研究提供临床参考。1 材料和方法1.1 一般资料 选择50例均为成人健康受试者，经GE signa highspeed MR/i 1.5T 超导 MRI 仪平扫显示正常头颅 MRI 及顶叶质子磁共振波谱，其中男 28
7、 例、女 22例，平均年龄为34岁（1949岁）。我们把此年龄段分为三组，1929岁 （18 例）、3039岁（14例）、 4049岁（18例）。所有健康受试者均同意参加此次研 究。1.2 MRI检查方法 采用GE signa highspeed MR/I 1.5T超导型磁共振成像系统， 全部受试者均行常规 MR 及多体素 2D1H-MRS 扫描。常规 MR 扫描包括轴位 SE-TIWI、FSE-T2WI、T2-FLAIR，矢状位或冠状位SE-T1WI扫描，扫描参数 TR350ms/TE10ms（SE-T1WI）； TR 3000 ms/TE90ms （FSE-T2WI）；TR 8000ms/
8、TE120ms （T2-FLAIR, T1 = 2000ms）； FOV24x24，层厚 8mm，矩阵 256x256,间隔2ms，NEX=2。常规MR扫描结束后行多体素2D1H-MRS扫描， 采集序列选用点分辨表面线圈法（PRESS），用PRESS序列在感兴趣区内进行匀 场，使水峰的半高全宽小于8Hz，同时测定水的共振频率，将水的共振频率输入 化学位移选择（CHESS）序列，然后通过改变序列中的脉冲激励角度以获得最 佳的抑制效果。水抑制大于 96水平。在此基础上 用使用 PRESS 序列进行波 谱数据的采集，TR1000ms，TE144ms，激励次数为200次，层厚8mm，间隔2mm， Fo
9、v24x24，矩阵128x128，扫描时间3min40s。采集结束后马上进行无水抑制的 扫描（激励次数改为 8 次，其他参数不变），将两次扫描结果经计算机结合以消 除涡流的影响，而得到各代谢产物的波峰。VOI （感兴趣区）层面位于顶叶，尽 可能避免来自头皮、颅底骨骼、脂肪、脑脊液的干扰（见图 1-1）。1.3 图象分析与测量 采用 GE Signa LX Release9.1 版 Functool （ 2 ） spectroscopy-2DBrain 分析软件进行图像分析，同时获得化学位移图、波谱、代 谢图、以及代谢和解剖叠加图。ROI采用1个像素大小为测量单位。观察的主要 代谢物为氮-乙酰门
10、冬氨酸（NAA）、肌酸（Cr）、胆碱复合物（Cho）（见图1-2）。 并计算各代谢物水平的测定以波谱覆盖的面积为准。对所有 MRS 部位测量值均 重复测定3次并取其平均值，并计算NAA/Cr、Cho/Cr比值。1.4 统计学处理 采用 SAS8.2 专用统计分析软件包，统计结果以均数标准差（x 土SD）表示。对不同年龄组间的NAA/Cr、CHO/Cr值进行单因素方差分析（Oneway-ANOVA ）法，P0.05为均数间有统计学意义，并采用SNK法 （Student-Newman-Keuls， q 检验），对各组之间进行两两比较，统计结果以P0.50 P0.05认为其相关有统计学 意义。对不同
11、性别的NAA/Cr、CHO/Cr值比较，进行t检验，P0.05为均数间有 统计学意义。2结果：2. 1正常对照组50例受试者顶叶的NAA/Cr值与年龄变化相关性的研究中显示： NAA/Cr值与年龄改变无明显相关性（r=0.37 P0.05）（见图1-4）。2.2顶叶CHO/Cr值与年龄相关性研究中显示：CHO/Cr与年龄变化呈明显负相关 （r=-0.70P0.01）（见图1-5），随着年龄增大，CHO/Cr值在降低。与上述年龄 分组相同，不同年龄组间CHO/Cr值分别为2.150.34,1.540.18,1.330.36, 各组别之间存在明显显著性差别（P0.05）, CHO/Cr 值男性与女
12、性分别为 1.660.51、1.72 0.43 （t = 0.438 P0.05）。3讨论：在过去的30年中磁共振波谱分析广泛应用于分子物理学的研究，近 6年才用 于人脑研究。MRS是现有技术中能测定活体生化物质改变的唯一的非创伤性技 术。其基本原理是利用化学位移和 J 耦合现象进行一系列特定原子核及其化合物 分析，目前唯一的一种能非介入性测定活体体内化学代谢改变的技术，可以对体 内有关能量代谢和病灶代谢状况的变化做连续性动态观察。正常成人1H-MRS可以有以下几个高峰：氮-乙酰门冬氨酸（NAA）通常认 为是神经元存在的标志，与神经元的完整性有关，高峰的位置在 2.0ppm， Cho 波包括磷
13、酸甘油胆碱、磷酸胆碱和磷脂酰胆碱，反映脑内总的胆碱量，高峰的位 置在3.2ppm。Cr是总肌酸中的甲基组，包括肌酸与磷酸肌酸（Cr+PCr）,是能 量代谢的产物，在同一个体脑内不同代谢条件下，总量是恒定的。因此可以将 Cr作为参照的波峰，得出其他代谢物质与Cr的相对值，从而进行比较。高峰的 位置在 3ppm 和 3.9ppm3。本研究收集了 50例正常成人受试者的资料，分别探讨了年龄与NAA/Cr值、 CHO/Cr值之间相关性，并且分别探讨了不同年龄组间的NAA/Cr、CHO/Cr之间的 差异。首先我们要强调我们并没有做代谢物浓度的绝对定量，而是相对的把 Cr 作为在受试者内部标准的标化值，因
14、为通常认为Cr包括肌酸与磷酸肌酸，是能 量代谢物质，在同一个体脑内不同代谢条件下，单一代谢物浓度的在个体间的变 异太大，但肌酸与磷酸肌酸总量是恒定的。因此可以将Cr作为参照的波峰，得 出其他代谢物与Cr的相对比，从而进行比较。研究结果显示在 1949岁之间 NAA/Cr 与年龄无明显相关性，不同年龄组 间NAA/Cr值无显著性差异。众所周知，NAA/Cr是公认的神经元代谢功能的一种 标志，在许多脑损害时其浓度下降5-7。本研究结论顶叶皮质的 NAA/Cr 值在此年 龄阶段较稳定，说明可能与神经元发育成熟有关，神经元代谢功能在此年龄阶段 比较稳定。本结论与范国光等学者研究是一致的，其研究发现18
15、 50之间NAA/Cr 与年龄的r （相关系数）值为0.134-0.167之间，P0.05，发现NAA/Cr与年龄 无明显相关性。本研究重点选择了此年龄段进行研究NAA/Cr与年龄之间的相关 性，随着年龄的增长NAA/Cr还是有增高的趋势，这提示此阶段的人群脑代谢功 能还是相当活跃的叽本研究另一发现在19 49岁之间CHO/Cr与年龄呈现负相 关，不同年龄组间CHO/Cr值存在显著性差异。通常认为CHO/Cr值是反映细胞膜 磷脂代谢和髓鞘改变的一个组成成份，并反映膜的更新，而且是乙酰胆碱和磷脂 酰胆碱的前体I。本研究结论说明顶叶皮质的CHO/Cr值改变反映了成人脑内髓 鞘化逐渐完成的过程，其含量降低随年龄降低可能是参与髓鞘形成过程中转变为 MRS所不能发现的髓鞘大分子结构肌因此在把CHO/Cr值作为对照组时必须考虑 到年龄的因素，但是在既往的国外学者的研究中，例如Kuzniecky以及Simone 等研究者均未考虑年龄的因素而直接进行把Cho/Cr作为研究的对照组，因而
