磁共振波谱分析MRS
磁共振波谱分析MRS
MRS 为目前唯一能无创性观察活体组织代谢及生化变
化的技术。在相同的磁场环境下，处于不同化学环境中的同一种原子核，由于受到原子核周围不同电子云的磁屏蔽作用，而具有不同的共振频率。波谱分析就是利用化学位移研究分子结构，化学位移的程度具有磁场依赖性、环境依赖性。NAA：N-乙酰天门冬氨酸，神经元活动的标志位于：
2.02ppmCreatine：Cr肌酸，脑组织能量代谢的提示物，峰度相对稳定，常作为波谱分析时的参照物，位于：
3.05ppm Choline：Cho胆碱，细胞膜合成的标志位于：3.20ppm Lipid：脂质，细胞坏死提示物位于：0.9-1.3ppm Lactate：乳酸，无氧代谢的标志位于：1.33-1.35ppm Glutamate：Glx谷氨酰氨，脑组织缺血缺氧及肝性脑病时增加位于：
2.1-2.4ppmmI：肌醇代表细胞膜稳定性，判断肿瘤级别位于：
3.8ppmN-乙酰基天门冬氨酸（NAA）
·正常脑组织1H MRS中的第一大峰，位于
2.02-2.05ppm ·与蛋白质和脂肪合成，维持细胞内阳离子浓度以及钾、钠、钙等阳离子通过细胞和维持神经膜的兴奋性有关·仅存在于神经元内，而不会出现于胶质细胞，是神经元密度和生存的标志·含量多少反映神经元的功能状况，降低的程度反映了其受损的大小
肌酸（Creatine）
·正常脑组织1H MRS中的第二大峰，位于3.03ppm附近，有时在3.94ppm 处可见其附加峰（PCr）·此代谢物是脑细胞能量依赖系统的标志·能量代谢的提示物，在低代谢状态下增加，在高代谢状态下减低·峰值一般较稳定，常作为其它代谢物信号强度的参照物。
胆碱（Choline）·位于3.2 ppm附近，包括磷酸胆碱、磷酯酰胆碱和磷酸甘油胆碱·细胞膜磷脂代谢的成分之一，参与细胞膜的合成和蜕变，从而反映细胞膜的更新·Choline峰是评价脑肿瘤的重要共振峰之一，快速的细胞分裂导致细胞膜转换和细胞增殖加快，使Cho峰增高·Cho峰在几乎所有的原发和继发性脑肿瘤中都升高·恶性程度高的肿瘤中，
Cho/Cr比值显示增高· 同时Cho是髓鞘磷脂崩溃的标志，在急性脱髓鞘疾病，Cho水平显著升
乳酸（Lac）·位于1.32ppm，由两个共振峰组成·TE=144，乳酸双峰向下；TE=288，乳酸双峰向上；·正常情况下，细胞代谢以有氧代谢为主，检测不到Lac峰，或只检测到微量·此峰出现说明细胞内有氧呼吸被抑制，糖酵解过程加强·脑肿瘤中，Lac出现提示恶性程度较高，常见于多形胶质母细胞瘤中·Lac也可以积聚于无代谢的囊肿和坏死区内，脑肿瘤、脓肿及梗塞时会出现乳酸峰。
脂质（Lip）·位于1.3、0.9、1.5和6.0 ppm处，分布代表甲
基、亚甲基、等位基和不饱和脂肪酸的乙烯基；·共振频率与Lac相似，可以遮蔽Lac峰；·此峰多见于坏死脑肿瘤中，其出现提示坏死的存在
肌醇（mI）·位于3.56 ppm，·此代谢物被认为是激素敏感性神经受体的代谢物，可能是葡萄糖醛酸的前体；主要为调节渗透压，营养细胞，抗氧化作用及生成表面活性物质。·mI 含量的升高与病灶内（尤其是慢性病灶内）的胶质增生有关；·有研究认为，在低高级星形细胞瘤中，此峰随着肿瘤恶性程度的增加而增高；
谷氨酸（Glu）和谷氨酰胺（Gln）·位于2.1-2.5 ppm；·Glu 是一种兴奋性神经递质，在线粒体代谢中有重要功能·Gln 参与神经递质的灭活和调节活动；在脑组织缺血缺氧状态和肝性脑病时增高。
波峰的位置决定了化学物质波峰下面积代表了相对含量
横坐标：化学位移，代表频率。纵坐标：信号强度（正常人脑发育过程中谱线变化，正常新生儿MRS，Cho为最高峰，NAA低于Cho，1岁以后随着髓鞘化的逐渐完成而发生逆转）
磁共振波谱分析MRS
磁共振波谱分析MRS MRS 为目前唯一能无创性观察活体组织代谢及生化变化的技术。在相同的磁场环境下，处于不同化学环境中的同一种原子核，由于受到原子核周围不同电子云的磁屏蔽作用，而具有不同的共振频率。波谱分析就是利用化学位移研究分子结构，化学位移的程度具有磁场依赖性、环境依赖性。NAA：N-乙酰天门冬氨酸，神经元活动的标志位于： 2.02ppmCreatine：Cr肌酸，脑组织能量代谢的提示物，峰度相对稳定，常作为波谱分析时的参照物，位于： 3.05ppm Choline：Cho胆碱，细胞膜合成的标志位于：3.20ppm Lipid：脂质，细胞坏死提示物位于：0.9-1.3ppm Lactate：乳酸，无氧代谢的标志位于：1.33-1.35ppm Glutamate：Glx谷氨酰氨，脑组织缺血缺氧及肝性脑病时增加位于：2.1-2.4ppmmI：肌醇代表细胞膜稳定性，判断肿瘤级别位于：3.8ppmN-乙酰基天门冬氨酸（NAA） ·正常脑组织1H MRS中的第一大峰，位于 2.02-2.05ppm ·与蛋白质和脂肪合成，维持细胞内阳离子浓度以及钾、钠、钙等阳离子通过细胞和维持神经膜的兴奋性有关·仅存在于神经元内，而不会出现于胶质细胞，是神经元密度和生存的标志·含量多少反映神经元的功能状况，降低的程度反映了其受损的大小
肌酸（Creatine） ·正常脑组织1H MRS中的第二大峰，位于3.03ppm附近，有时在3.94ppm 处可见其附加峰（PCr）·此代谢物是脑细胞能量依赖系统的标志·能量代谢的提示物，在低代谢状态下增加，在高代谢状态下减低·峰值一般较稳定，常作为其它代谢物信号强度的参照物。 胆碱（Choline）·位于3.2 ppm附近，包括磷酸胆碱、磷酯酰胆碱和磷酸甘油胆碱·细胞膜磷脂代谢的成分之一，参与细胞膜的合成和蜕变，从而反映细胞膜的更新·Choline 峰是评价脑肿瘤的重要共振峰之一，快速的细胞分裂导致细胞膜转换和细胞增殖加快，使Cho峰增高·Cho峰在几乎所有的原发和继发性脑肿瘤中都升高·恶性程度高的肿瘤中，Cho/Cr比值显示增高· 同时Cho是髓鞘磷脂崩溃的标志，在急性脱髓鞘疾病，Cho水平显著升 乳酸（Lac）·位于1.32ppm，由两个共振峰组成·TE=144，乳酸双峰向下；TE=288，乳酸双峰向上；·正常情况下，细胞代谢以有氧代谢为主，检测不到Lac峰，或只检测到微量·此峰出现说明细胞内有氧呼吸被抑制，糖酵解过程加强·脑肿瘤中，Lac出现提示恶性程度较高，常见于多形胶质母细胞瘤中·Lac也可以积聚于无代谢的囊肿和坏死区内，脑肿瘤、脓肿及梗塞时会出现乳酸峰。 脂质（Lip）·位于1.3、0.9、1.5和6.0 ppm处，分布代表甲
磁共振波谱
磁共振波谱(MR Spectroscopy，MRS) 是医学影像学近年来发展的新的检查手段，作为一种无创伤性研究活体器官组织代谢、生化变化及化合物定量分析的方法，随着MRI、MRS装置不断改进，软件开发及临床研究的不断深入，人们通过MRS对各种疾病的生化代谢的认识将不断提高，为临床的诊断、鉴别、分期、治疗和预后提供更多有重要价值的信息。1H MRS可对神经元的丢失、神经胶质增生进行定量分析，31P磁共振波谱可对心肌梗塞能量代谢变化进行评价。MRS以分子水平了解人体生理上的变化，从而对疾病的早期诊断、预后及鉴别诊断、疗效追踪等方面，做出更明确的结论。本文从MRS波谱成像的基本原理和序列设计方面简要作一介绍。 在理想均匀的磁场中，同一种质子(如1H)理论上应具有相同的共振频率。事实上，当频率测量精度非常高时会发现，即使同一种核处在相同磁场中，它们的共振频率也不完全相同，而是在一个有限的频率范围内。这是由于原子核外的电子对原子核有磁屏蔽作用，它使作用于原子核的磁场强度小于外加磁场的强度，其屏蔽作用大小用屏蔽系数s来表示，被这种屏蔽作用削弱掉的磁场为sB，与外加磁场方向相反。外加磁场越强sB越大，原子核实际感受到的磁场强度与外加磁场强度之差越大。此外，s还与核的特性和化学环境有关。核的化学环境指核所在的分子结构，同一种核处在不同的分子中，甚至在同一分子的不同位置或不同的原子基团中，它周围的电子数和电子的分布将有所不同。因而，受到电子的磁屏蔽作用的程度不同，如图1所示。考虑到电子的磁屏蔽作用，决定共振频率的拉莫方程
应表示为:w=gBeff=gB0(1-s) 由上式可知，在相同外加磁场作用下，样品中有不同化学环境的同一种核，由于它们受磁屏蔽的程度(s的大小)不同，它们将具有不同的共振频率。如在MRS中，水、NAA(N-乙酰天门冬氨酸)、Cr(肌酸)、Cho(胆碱)、脂肪的共振峰位置不同，这种现象就称为化学位移(Chemical Shift)。即因质子所处的化学环境不同，也就是核外电子云密度不同和所受屏蔽作用的不同，而引起相同质子在磁共振波谱中吸收信号位置的不同，如图2所示。实际上，研究某种样品物质的磁共振频谱时，常选用一种物质做参考基准，以它的共振频率作为频谱图横坐标的原点。并且，将不同种原子基团中的核的共振频率相对于坐标原点的频率之差作为该基团的化学位移。显然，这种用频率之差表示的化学位移的大小与磁场强度高低有关。在正常组织中，代谢物在物质中以特定的浓度存在，当组织发生病变时，代谢物浓度会发生改变。磁共振成像主要是对水和脂肪中的氢质子共振峰进行测量和脂肪中的氢质子共振峰进行测量，在1.5T场强下水和脂肪共振频率相差220Hz (化学位移)，但是在这两个峰之间还有多种浓度较低代谢物所形成的共振峰，如NAA、Cr、Cho等，这些代谢物的浓度与水和脂肪相比非常低。MRS需要通过匀场抑制水和脂肪的共振峰，才能使这些微弱的共振峰群得以显示。 下面是研究MRS谱线时常用到的参数: (1)共振峰的共振频率的中心—峰的位置V: 化学位移决定磁共振波谱中共振峰的位置。 (2)共振峰的分裂。
磁共振波谱技术介绍
磁共振波谱（MR spectroscopy，MRS）介绍 磁共振波谱（MR spectroscopy，MRS）是目前唯一能无创伤地探测活体组织化学特性的方法。在许多疾病中，代谢改变先于病理形态改变，而MRS对这种代谢改变的潜在敏感性很高，故能提供信息以早期检测病变。磁共振波谱mRS）研究人体细胞代谢的病理生理改变，而常规MRI则是研究人体器官组织大体形态的病理生理改变，但二者的物理学基础都是核共振现象。 一、MRS的原理 磁共振信号的共振频率由两个因素决定①旋磁比r，即原子的内在特性②核所处位置的磁场强度。 核所受的磁场主要由外在主磁场（B。）来诀定，但是核所受的磁场强度也与核外电子云及邻近原子的原子云有关。电子云的作用会屏蔽主磁场的作用，使着核所受的磁场强度小于外加主磁场。这种由于电子云的作用所产生的磁场差别被称为化学位移。因此，对于给定的外磁场，不同核所处的化学环境不一样，从而产生共振频率的微小差别，导致磁共振谱峰的差别，从而识别不同代谢产物及其浓度。 MRS可检测许多重要化合物的浓度，根据这些代谢物含量的多少可以分析组织代谢的改变，1H-MRS可测定 12种脑代谢产物和神经递质的共振峰，N-乙酸门冬氨酸(NAA)、肌酸（Cr）磷酸肌酸（PCr）胆碱（cho）肌醇（MI）谷氨酸胺Gln）谷氨酸盐（Glu)乳酸（Lac）等。生物中，许多生物分子都有31P，这些化合物参与细胞的能量代谢和与生物膜有关的磷脂代谢，31P－MRS被广泛用在对脑组织能量代谢及酸碱
平衡的分析上，可以检测磷酸肌酸(PCr人无机磷酸盐(PI）α- ATP、β-ATP、γ—ATP的含量和细胞内的 PH值。 二、MRS的临床应用 1．正常人的脑MRS MR波谱变化可反映神经元生长分化，脑能量代谢和髓鞘分化瓦解过程改变。NAA是哺乳动物神经系统中普遍存在的化合物，几乎所有的NAA均存在于神经对内，目前将NAA作为反映神经元功能的内标物。正常人有很高的NAA／Cr）值，NAA下降提示神经元的缺失和破坏。Cho 和 Cr在神经元和神经胶质细胞内均被发现，但细胞研究证明，星形胶质和少突胶质细胞内Cho和Cr含量明显高于神经元，故Cho和 Cr增加提示有神经胶质增生。由于NAA减少或Cho、Cr增加，导致了 NAA／（Cho＋Cr）上值降低，上值常作为反映神经元功能的指标。此外，1H-MAS发现NAA在人出生后一年内增加近两倍，肌酸信号也相应增加，NAA／Cr。及Giu-n/Cr随年龄增长而上升，MI/Cr随年龄的增长而下降，31P-MRS研究也发现，磷酸一脂（PME）的信号相对于其他代谢产物来说随年龄增加衰减，磷酸肌酸则相反，这说明，通过定量分析脑组织代谢产物的MRS，可了解脑组织的发育成熟度，同时也提示我们在观察病理性波谱时，应考虑到年龄相关性变化。 2．癫痫的MRS 1H-MAS显示癫痫灶侧近中颞叶内 NAA峰值降低，减少 22% ChO 和 Cr分别增加 25％和 15%。 NAA的减少说明癫痛灶内神经元的缺失、受损或功能活动异常。Cr和 Cho升高反映胶质细胞的增生，研究
磁共振波谱成像的基本原理
磁共振波谱成像的基本原理、序列设计与临床应用 磁共振波谱(MR Spectroscopy，MRS)是医学影像学近年来发展的新的检查手段，作为一种无创伤性研究活体器官组织代谢、生化变化及化合物定量分析的方法，随着MRI、MRS装置不断改进，软件开发及临床研究的不断深入，人们通过MRS对各种疾病的生化代谢的认识将不断提高，为临床的诊断、鉴别、分期、治疗和预后提供更多有重要价值的信息。1H MRS可对神经元的丢失、神经胶质增生进行定量分析，31P磁共振波谱可对心肌梗塞能量代谢变化进行评价。MRS以分子水平了解人体生理上的变化，从而对疾病的早期诊断、预后及鉴别诊断、疗效追踪等方面，做出更明确的结论。本文从MRS波谱成像的基本原理和序列设计方面简要作一介绍。 一磁共振波谱的基本原理 在理想均匀的磁场中，同一种质子(如1H)理论上应具有相同的共振频率。事实上，当频率测量精度非常高时会发现，即使同一种核处在相同磁场中，它们的共振频率也不完全相同，而是在一个有限的频率范围内。这是由于原子核外的电子对原子核有磁屏蔽作用，它使作用于原子核的磁场强度小于外加磁场的强度，其屏蔽作用大小用屏蔽系数s来表示，被这种屏蔽作用削弱掉的磁场为sB，与外加磁场方向相反。外加磁场越强sB越大，原子核实际感受到的磁场强度与外加磁场强度之差越大。此外，s还与核的特性和化学环境有关。核的化学环境指核所在的分子结构，同一种核处在不同的分子中，甚至在同一分子的不同位置或不同的原子基团中，它周围的电子数和电子的分布将有所不同。因而，受到电子的磁屏蔽作用的程度不同，如图1所示。考虑到电子的磁屏蔽作用，决定共振频率的拉莫方程应表示为:w=gBeff=gB0(1-s) 由上式可知，在相同外加磁场作用下，样品中有不同化学环境的同一种核，由于它们受磁屏蔽的程度(s的大小)不同，它们将具有不同的共振频率。如在MRS中，水、NAA(N-乙酰天门冬氨酸)、Cr(肌酸)、Cho(胆碱)、脂肪的共振峰位置不同，这种现象就称为化学位移(Chemical Shift)。即因质子所处的化学环境不同，也就是核外电子云密度不同和所受屏蔽作用的不同，而引起相同质子在磁共振波谱中吸收信号位置的不同，如图2所示。实际上，研究某种样品物质的磁共振频谱时，常选用一种物质做参考基准，以它的共振频率作为频谱图横坐标的原点。并且，将不同种原子基团中的核的共振频率相对于坐标原点的频率之差作为该基团的化学位移。显然，这种用频率之差表示的化学位移的大小与磁场强度高低有关。在正常组织中，代谢物在物质中以特定的浓度存在，当组织发生病变时，代谢物浓度会发生改变。磁共振成像主要是对水和脂肪中的氢质子共振峰进行测量和脂肪中的氢质子共振峰进行测量，在1.5T场强下水和脂肪共振频率相差220Hz (化学位移)，但是在这两个峰之间还有多种浓度较低代谢物所形成的共振峰，如NAA、Cr、Cho等，这些代谢物的浓度与水和脂肪相比非常低。MRS 需要通过匀场抑制水和脂肪的共振峰，才能使这些微弱的共振峰群得以显示。 下面是研究MRS谱线时常用到的参数: (1)共振峰的共振频率的中心—峰的位置V: 化学位移决定磁共振波谱中共振峰的位置。 (2)共振峰的分裂。 (3)共振峰下的面积和共振峰的高度: 在磁共振波谱中，吸收峰占有的面积与产生信号的质子数目成正比。在研究波谱时，共振峰下的面积比峰的高度更有价值，因为它不受磁场均匀度的影响，对噪音相对不敏感。 (4)半高宽: 半高宽是指吸收峰高度一半时吸收峰的宽度，它代表了波谱的分辨率。 原子核自旋磁矩之间的相互作用称为自旋自旋耦合。高分辨率磁共振频谱可以观察到自旋自旋耦合引起的共振谱线的裂分，裂分的数目和幅度是相互耦合的核的自旋和核的数目的指征。在一个氢核和一个氢核发生自旋耦合的情况下，由于一个氢核的磁矩有顺磁场和逆磁场两种可能的取向，因此它对受耦合作用的氢核可能产生两个不同的附加磁场的作用，这引起受耦合的氢核的共振由一个单峰分裂为二重峰。如此类推，在两个氢核和一个氢核发生耦合的情况下，共振谱由一个分裂为三个。 磁共振波谱仪不仅可以描绘频谱，还可以描绘频谱的积分曲线，积分曲线对应共振峰的面积。峰的
核磁共振波谱分析
核磁共振波谱分析 1.基本原理 核磁共振是在电磁波的作用下，原子核在外磁场中的磁能级之间的共振跃迁现象。因此，要产生核磁共振，首先原子核必须具有磁性。自旋量子数I=0的原子核没有磁性，自旋量子数I≠0的原子核具有磁性。 I=1/2：1H，13C，15N，19F，31P，77Se，113Cd，119Sn，195Pt. I=3/2：7Li，9Be，11B，23Na，33S，35Cl，37Cl，39K，63Cu，79Br 此外还有I=5/2，7/2，9/2，1，2，3等。 I=1/2的原子核，电荷均匀分布在原子核表面，核磁共振的谱线窄，最适合核磁共振检测。1H，13C原子核是最为常见，其次是15N，19F，31P核。 除了原子核具有磁性外，要产生核磁共振，还必须外加一静磁场和一交变磁场。在磁场中，通电线圈产生磁距，与外磁场之间的相互作用使线圈受到力矩的作用而发生偏转。同样在磁场中，自旋核的赤道平面也受到力矩作用而发生偏转，其结果是核磁距围绕磁场方向转动，这就是拉莫尔进动。
其进动频率与外加磁场成正比，即：v=（?/2π）*H0。 V—进动频率； H0—外磁场强度； ?—旋磁比。 在相同的外磁场强度作用下，不同的原子核以不同的频率进动。如果在垂直于外磁场方向加一交变磁场H1，其频率v1等于原子核的进动频率v。此时，就产生共振吸收现象。即 使原子核在外磁场中的磁能级之间产生共振跃迁现象，也即核磁共振。 2.核磁共振波普在化学中的应用 2.1 基本原则 从核磁共振波谱得到的信息主要有化学位移、偶合常数、峰面积、弛豫时间等。 化学位移在有机化合物中，各种氢核周围的电子云密度不同（结构中不同位置）共振频率有差异，即引起共振吸收峰的位移，这种现象称为化学位移。化学位移的标准：相对标准TMS（四甲基硅烷）位移常数δ =0。与裸露的氢核相比，TMS的化学位移最大，但规定 TMS TMS=0，其他种类氢核的位移为负值，负号不加。采用此标准的原因：（1）12个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个尖峰；（2）屏蔽强烈，位移最大；只在图谱中远离其他大多数待研究峰的高磁场区有一个尖峰；（3）易溶于有机溶剂，沸点低，易回收。影响因素：（1）诱导效应：吸电子，电子云降低，屏蔽下降，低场出现，图左侧；（2）共轭效应；（3）磁各相异性效应；（4）范得华效应；（5）氢键去屏蔽效应：电子云密度降低，产生去屏蔽作用，化学位移向低场；（6）溶剂效应。 弛豫过程：大量（而不是单个）原子核的运动规律。高能态原子核通过非辐射形式放出能量而回到低能态的过程叫弛豫过程。 屏蔽效应：核受周围不断运动着的电子影响，使氢核实际受到的外磁场作用减小, 这种对抗外磁场的作用为屏蔽效应，通过屏蔽效应可分析核周围情况。δ小，屏蔽强，σ大，共振需要的磁场强度大，在高场出现，图右侧；δ大，屏蔽弱，σ小，共振需要的磁场强度小，在低场出现，图左侧。 自选耦合和自旋裂分：分峰是由于分子内部邻近氢核自旋的相互干扰引起的，这种邻近氢核自旋之间的相互干扰作用称为自旋偶合，由自旋偶合引起的谱线增多现象称为自旋裂分。 n+1规律：当某基团上的氢有n个相邻氢时，它将裂分为n+1个峰。若这些相邻氢核处于不同的化学环境中，如一种环境为n个，另一种为n’个，则将裂分为（n+1)(n’+1)个峰。
正常脑组织发育的磁共振质子波谱分析-第三军医大学学报
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（19－49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 Spectroscopy in 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-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 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 dimensional 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E-mail: hhdocter@https://www.360docs.net/doc/3a15619164.html, 。 *[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：yyanpro@https://www.360docs.net/doc/3a15619164.html,
核磁共振波谱分析报告
核磁共振波谱分析 1946年美国科学家布洛赫(Bloch)和珀塞尔（Purcell）两位物理学家分别发现在射频*（无线电波*0.1～100MHZ,106～109μm）的电磁波能与暴露在强磁场中的磁性原子核相互作用,引起磁性原子核在外磁场中发生磁能级的共振跃迁,从而产生吸收信号,他们把这种原子对射频辐射的吸收称为核磁共振(NMR)。NMR 和红外光谱，可见—紫外光谱相同之处是微观粒子吸收电磁波后在不同能级上跃迁。引起核磁共振的电磁波能量很低,不会引起振动或转动能级跃迁,更不会引起电子能级跃迁。.根据核磁共振图谱上吸收峰位置、强度和精细结构可以研究分子的结构。化学家们发现分子的环境会影响磁场中核的吸收，而且此效应与分子 结构密切相关。1950年应用于化学领域，发现CH 3CH 2 OH中三个基团H吸收不同。 从此核磁共振光谱作为一种对物质结构（特别是有机物结构）分析的确良非常有效的手段得到了迅速发展。1966年出现了高分辨核共振仪，七十年代发明了脉冲傅立叶变换核磁共振仪，以及后来的二维核磁共振光谱（2D-NMR），从测量1H 到13C、31P、15N，从常温的1～2.37到超导的5T以上，新技术和这些性能优异的新仪器都核磁共振应用范围大大扩展，从有机物结构分析到化学反应动力学，高分子化学到医学、药学、生物学等都有重要的应用价值。 §4-1核磁共振原理 一、原子核自旋现象 我们知道原子核是由带正电荷的原子和中子组成，它有自旋现象原子核大都围绕着某个轴作旋转运动，各种不同的原子核，自旋情况不同。原子核的自旋情况在量子力学上用自旋量子数I表示，有三种情况： ①I=0,这种原子核没有自旋现象,不产生共振吸收(质量数为偶数(M),电子数,原子数为偶数(z)为12G,16O,32S) ②I=1、2、3、…、n，有核自旋现象，但共振吸收复杂，不便于研究。 ③I=n/2（n=1、2、3、5、…）有自旋现象，n〉1时，情况复杂，n=1时，I=1/2，
脑磁共振波谱分析的临床应用
脑磁共振波谱分析的临床应用 苏州大学附属一院影像中心丁乙 磁共振波谱（MR spectroscopy，MRS）是目前唯一能无创伤地探测活体组织化学特性的方法。在许多疾病中，代谢改变先于病理形态改变，而MRS对这种代谢改变的潜在敏感性很高，故能提供信息以早期检测病变。磁共振波谱mRS）研究人体细胞代谢的病理生理改变，而常规MRI则是研究人体器官组织大体形态的病理生理改变，但二者的物理学基础都是核共振现象。 一、MRS的原理 磁共振信号的共振频率由两个因素决定①旋磁比r，即原子的内在特性②核所处位置的磁场强度。 核所受的磁场主要由外在主磁场（B。）来诀定，但是核所受的磁场强度也与核外电子云及邻近原子的原子云有关。电子云的作用会屏蔽主磁场的作用，使着核所受的磁场强度小于外加主磁场。这种由于电子云的作用所产生的磁场差别被称为化学位移。因此，对于给定的外磁场，不同核所处的化学环境不一样，从而产生共振频率的微小差别，导致磁共振谱峰的差别，从而识别不同代谢产物及其浓度。 MRS可检测许多重要化合物的浓度，根据这些代谢物含量的多少可以分析组织代谢的改变，1H-MRS可测定12种脑代谢产物和神经递质的共振峰，N-乙酸门冬氨酸(NAA)、肌酸（Cr）磷酸肌酸（PCr）胆碱（cho）肌醇（MI）谷氨酸胺Gln）谷氨酸盐（Glu)乳酸（Lac）等。生物中，许多生物分子都有31P，这些化合物参与细胞的能量代谢和与生物膜有关的磷脂代谢，31P－MRS被广泛用在对脑组织能量代谢及酸碱平衡的分析上，可以检测磷酸肌酸(PCr人无机磷酸盐(PI）α- A TP、β-A TP、γ—ATP的含量和细胞内的PH 值。 二、MRS的临床应用 1．正常人的脑MRS MR波谱变化可反映神经元生长分化，脑能量代谢和髓鞘分化瓦解过程改变。NAA是哺乳动物神经系统中普遍存在的化合物，几乎所有的NAA均存在于神经对内，目前将NAA作为反映神经元功能的内标物。正常人有很高的NAA／Cr）值，NAA下降提示神经元的缺失和破坏。Cho和Cr在神经元和神经胶质细胞内均被发现，但细胞研究证明，星形胶质和少突胶质细胞内Cho和Cr含量明显高于神经 元，故Cho和Cr增加提示有神经胶质增生。由于NAA减少或Cho、Cr增加，导致了NAA／（Cho＋Cr）上值降低，上值常作为反映神经元功能的指标。此外，1H-MAS发现NAA在人出生后一年内增加近两倍，肌酸信号也相应增加，NAA／Cr。及Giu-n/Cr随年龄增长而上升，MI/Cr随年龄的增长而下降，31P-MRS 研究也发现，磷酸一脂（PME）的信号相对于其他代谢产物来说随年龄增加衰减，磷酸肌酸则相反，这说明，通过定量分析脑组织代谢产物的MRS，可了解脑组织的发育成熟度，同时也提示我们在观察病理性波谱时，应考虑到年龄相关性变化。 2．癫痫的MRS 1H-MAS显示癫痫灶侧近中颞叶内NAA峰值降低，减少22% ChO和Cr分别增加25％和15%。NAA 的减少说明癫痛灶内神经元的缺失、受损或功能活动异常。Cr和Cho升高反映胶质细胞的增生，研究倾向于把NAA/Cho＋Cr作为定侧或判定异常的标志。正常人NAA／ChO＋Cr值的低限为0．72，两侧差值超过0．05或双侧较正常对照组明显降低均为异常。比值降低说明海马硬化。NAA/Cho+Cr的定侧敏感性为87%，准确率为96%此外1H-MAS还可用于测定与癫痫活动有关的神经递质，r一氨基丁酸（GABA）谷氨酸（Gln）和谷氨酸盐（GLn）． 3．脑肿瘤的MRS 1H-MAS是研究脑肿瘤物质和能量代谢的有效方法，有助于脑肿瘤的诊断和鉴别诊断，能提供其组织分级、术后复发和疗效评价等信息。 肿瘤组织的1H-MAS与正常脑组织有显著差异，其中ChO峰值升高提示膜代谢增加，NAA峰值降低提示神经元受压移位。脑膜瘤、转移瘤的1H-MAS显示NAA信号缺乏，肌酸峰值降低。另外，脑膜瘤的1H-MAS 还常见异常丙氨酸信号。转移瘤可见特征性的成对共振峰，系可流动脂质产生。低度恶性胶质瘤肌酸信号
脑磁共振波谱成像
波普是研究人体能量代谢的病理生理改变，显示组织生化特征 波普的研究范围：主要中枢神经系统，体部如前列腺，肝脏，乳腺等 不同波谱：1H、31P、13C、19F、23Na 、1H-MRS应用最广泛 MRS对硬件的要求 与MRI不同 高场强，1.0T以上（通常1.5或3.0T） 高均匀度，B0的不均匀性必须小于1.0ppm 不需要梯度线圈，但需要一些空间定位的辅助装置 不需要成像装置，但需要必要的硬件和软件，显示波谱，计算化学位移频率，测定 波峰等 MRS基本原理 利用原子核化学位移和原子核自旋耦合裂分现象 不同化合物的相同原子核，相同的化合物不同原子核之间，由于所处的化学环境不同，其周围磁场强度会有轻微的变化，共振频率会有差别，这种现象称为化学位移（Chemical Shift ）， 不同化合物的相同原子核之间，相同的化合物不同原子核之间，共振频率的差别就是MRS的理论基础 MRS如何生成 射频脉冲→ 原子核激励→驰豫→信号呈指数衰减（自由感应衰减）→傅立叶变换→以振幅与频率的函数曲线显示，即磁共振波谱图 ?纵轴代表信号强度
?峰高和峰值下面积反映某种化合物的存在和化合物的量，与共振原子核的数目成正比。 MRS序列选择 1、激励回波法(the Stimulated Echo Acquisition Method, STEAM) 优点：常使用短TE（35ms）检测代谢物种类多，如脂质、谷氨酰胺和肌醇只有在短TE才能检出 缺点：对运动敏感，信噪比低，对匀场和水抑制要求严格，对T2弛豫不敏感 2、点分辨波谱法 (the Point Resolved Spectroscopy PRESS) 优点：信噪比高，是激励回波法的2倍，可以选择长、短TE（144ms or 35ms ），对T2弛豫敏感，对运动不太敏感 缺点：选择长TE，不易检出短T2物质，如脂质 对于在体的临床评价，PRESS具有高的信噪比且时效性好，最常用（3.0T）。 2、多体素氢质子（proton multi-voxel spectroscopy imaging，PMVSI）MRS 可以同时获取病变侧和未被病变累及的区域，评价病灶的范围大。 匀场比较困难，由于多个区域同时获得相同的磁场均匀性。对临近颅骨、鼻窦或后颅窝的病灶，由于磁敏感伪影常常一次匀场不能成功 采集时间比较长。
磁共振波谱分析脑肿瘤诊断和鉴别诊断上的应用
磁共振波谱分析脑肿瘤诊断和鉴别诊断上的应用 摘要：目的：探究对脑肿瘤患者应用磁共振波谱的诊断准确率和鉴别准确率。方法：选择我院中2016年8月至2017年10月间收治的脑内肿瘤患者100例作为研究对象，所有患者经临床病理诊断均确诊为脑内肿瘤。所有患者均采用磁共振波谱，对其脑肿瘤进行诊断，并分析其类型，评价所有患者的磁共振波谱检查结果与病理诊断之间的差异。结果：实验结果显示，本次研究中，采用磁共振波谱进行脑肿瘤诊断的准确率为89（89.00%）。而整出结果中与病理诊断结果吻合度较高。结论：在对临床脑肿瘤患者进行诊断的过程中，能够采用磁共振波谱方式，对患者的脑肿瘤以及类型进行鉴别和诊断，具有较高的准确率，是一种积极的诊断方案，值得推广使用。 关键词：磁共振波谱；脑肿瘤；诊断方案；肿瘤鉴别 脑肿瘤是一种临床上十分常见且严重的肿瘤类型，主要会对患者造成极大的健康威胁，严重时甚至可能剥夺患者的生命。所以不仅在治疗时需要采用积极的方式对患者进行治疗，而在对患者进行诊断时也需要，对患者的具体症状进行明确，才能保证治疗方案的有效性，为患者的治疗争取时间。磁共振波谱分析是目前临床上一种常用的诊断方案，对于分子结构具有较强的解析能力，所以在对患者进行脑内肿瘤的诊断时，能够获得较好的效果。本次研究中，选择我院中2016年8月至2017年10月间收治的脑内肿瘤患者100例作为研究对象，探究对脑肿瘤患者应用磁共振波谱的诊断准确率和鉴别准确率，取得了一定效果，现报道如下。 1一般资料与方法 1.1一般资料 选择我院中2016年8月至2017年10月间收治的脑内肿瘤患者100例作为研究对象，其中男性患者56例，女患者44例，患者年龄为36～68岁，平均年龄为（48.52±5.29）岁。所有患者均采用手术病例检查后确认为脑内肿瘤，并经行磁共振波谱检查诊断为脑内肿瘤患者，其中顶叶肿瘤患者36例、颞叶肿瘤患者28例、丘脑肿瘤患者13例、脑内其他部位肿瘤患者为23例。所有患者对本次研究均知情，且签署知情同意书。所有患者经临床检查，均不患有其他全身器质性疾病或手术禁忌症。所有患者在一般资料上无明显差异，不具有统计学意义（P＞0.05）。 1.2方法 所有患者均采用西门子 HDXT 1.5T进行磁共振扫描治疗，采用8通道头颈联合线圈对患者进行磁共振波谱检查。在对患者进行诊断时，应当根据患者的临床表现，判断患者脑肿瘤区域的大致部位，并选择其最大层面作为磁共振波谱扫描的感兴趣区，做好相应的陈列定位工作。除此之外，在对患者进行脑肿瘤诊断时，使用点分辨波谱的分析数列进行分析。在诊断完毕后，采用机械自带的后期处理软件，对诊断数据进行处理，根据患者的脑肿瘤实际代谢物质来对患者的病灶合并症状况进行判断，确定患者的脑肿瘤类型和部位。 1.3 统计学方法 所有患者的临床基础资料均用统计学软件SPSS17.0或是SPSS19.0处理，其中总有效率与不良反应发生情况等计数资料用率（%）的形式表达，数据采取卡方检验，计量资料用（均数±标准差）的形式表示，并采取t检验，若p<0.05，则
磁共振波谱(1H-MRS)临床技术应用
磁共振波谱（1H-MRS）临床技术应用 来源：本站原创作者：荣伟良发布时间：2012-07-13 在过去的10年里MRS技术及软件逐渐的发展并完善起来，MRS是一种无创性的检查方法，可以提供脑的代谢信息[1、2]，在显示组织的生化特征方面优于传统磁共振成像，由于代谢异常通常早于结构的变化，MRS还可以检测到常规MRI 不能显示的异常。但在工作中只有选择了合适的MR硬件设备、扫描技术及后处理方法，MRS才能获得准确的结果。本文的目的旨在探讨MRS的基本技术及影响因素对MRS的影响。 一、材料与方法 1.临床资料：本组40例病例，为2007年7月至2008年6月期间在南京医科大学附属常州二院对已确诊或怀疑颅脑病变进行脑MRS成像的患者。男，25例，女，15例，年龄30～76岁，平均59岁。 2.MRS成像方法：应用Philips 1.5T磁共振扫描仪。定位方法：点分辨波谱成像（point resolved spectroscopy,PRESS）；MRS 采用单体素波谱采集(SVS )或二维波谱化学位移成像(CSI)。SVS 采用 PRESS 序列:TR = 2000ms, TE =136ms。体素大小为2cm ×2cm ×2cm～1cm ×1cm ×1cm。扫描时间: 4: 56ms。CSI:TR = 1500ms、TE =136ms，FOV =250，VOI=50 ×50 ×20～50 ×60 ×30。 单体素波谱采样体素定位尽量避开脑脊液，颅骨及液化坏死区。将体素置于感兴趣区中央部分。取患者正常对侧相应部位为对照组。二维波谱采集体素设置除尽量遵循上述原则外，体素应包括实性瘤体部分瘤周水肿区及正常组织。波谱处理：将得出原始波谱进行高斯、指数倍增（Gauss multiply、exponential multiply），零填充(Zero fill)，傅立叶变换(Fourier transformation ), 频率位移较正（frequency correction），相位校正(phasecorrection)，基线校正（baseline correction）。对各峰进行单峰分析，记录各代谢物的峰值、峰下面积、计算比值，包括 N - 乙酰天门冬氨酸（NAA）、胆碱复合物(Cho)、肌酸（Cr）、乳酸(Lac) 、脂质峰(Lip)、肌醇(mI)、NAA/Cr、Cho/Cr比值等。 二、结果 在肿瘤患者：NAA峰显著降低，Cr水平可下降；Cho、Lac、Lip峰升高；NAA/Cr比率降低，Cho/Cr比率增加；在脑炎患者：NAA、NAA/Cr、Cr峰降低；Cho、Cho/Cr、mI峰升高。在脑梗死患者：急性期，Lac、Lip峰升高，NAA峰降低；亚急性或慢性梗死，Lac峰趋向正常，可见Lip峰，NAA、Cr、Cho峰降低。Cho、mI峰可升高。 三：讨论 1.在同一均匀磁场中，不同化合物的相同原子核所处化学环境不同，其周围磁场强度会有细微的变化，同一种原子核的共振频率会因此而有差别，这种现象称为化学位移。化学位移现象是MRS的理论基础，它就是利用化学位移提供的磁共振频率上的微小差别采集信息。化学位移通常以百万分率(ppm)为单位，它是频率范围除以共振频率所得。 2.单体素波谱与多体素波谱的区别 2.1 单体素波谱:单体素波谱的体素大小一般用 15～20mm3,体素可以适当缩小，最好放在肿瘤里面，且放在实性或中央部位，避免非肿瘤组织对MRS结