MR波谱分析
MR波谱分析
➢ 恶性肿瘤生长迅速，组织相对缺氧，无氧酵解增多，常常 导致Lac升高 。
➢ 但是，乏氧代谢不是恶性肿瘤的特有表现，良性肿瘤 也会出现Lac波或Lac峰升高，可能由于良性肿瘤的代 谢活动增强，特别是以无氧酵解为主要途径提供能量 时，葡萄糖吸收增多。
Ⅱ型波形 一例12岁尤文肉 瘤的1H MRS波 形
Ⅰ型波形 一例13岁股骨颈嗜酸性 肉芽肿的1H MRS波形
Ⅱ型波形 一例63岁转移瘤
Ⅰ型波形 一例8岁跨骨骺的骨脓肿
Cho峰
➢ 为胆碱复合物 ，主要参与细胞生物膜的构成及细胞生物 膜的转运， Cho浓度反映细胞密度及生长增殖情况，恶 性肿瘤常因细胞分裂增殖活跃而致Cho含量升高。
➢ 我们的研究中，所有恶性骨病变Cho含量均升高，所有良 性骨病Cho含量均降低，与文献提到的脑及脑外恶性肿瘤 改变类似。
乳酸 Lac 峰
➢ 我们的研究有95％恶性骨病出现Lac高峰，2例良性骨 病变Lac含量升高
➢ 20例恶性骨肿瘤 Cho Lip1 ，19例（95％）Lac ，13 例（65％）出现Lip2峰（位于0.9ppm峰命名为Lip2），5例 （25％）肌酸Cr未测出,表现为Ⅱ型波形
➢ 18例良性骨病变Cho ，Lip1 ，Lip2均未能测出，仅有2例 （11.1％）Lac ，表现为Ⅰ型波形
最新mrs磁共振波谱(修改版讲学课件
SV氢质子MRS特点
覆盖范围有限，一次采集只能分析一个区 域，适用于局限性病变，后颅窝病变 采集时间短，一般3~5分钟
MV氢质子MRSI
2D PROBE-SI 3D Focal PROBE-SI Full coverage MRSI和UltroPROBE-SI
MV氢质子脑MRSI的特点
单体素点分辨波谱法（PRESS ）
成像参数 TR 1500ms
TE 35ms或144ms Voxel size 15~20mm NEX 8 Scan time 3‘40“
参数选择对MRS的影响
SNR Cho/cr Naa/cr Scan time sensitivity
采集次数增加
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体素大小
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TR延长
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TE延长
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不同TE对波谱的影响（ PRESS ）
TE=35ms
TE=144ms
不同TE对波谱的影响（PRESS）
短TE：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 ，便于测量 短T2的物质。缺点是基线不够稳定。 长TE：检测代谢物种类少，基线稳定，常用 于肿瘤性病变。因为TE=144ms 时易于显示 胆碱和乳酸峰，此时乳酸峰反转于基线下。
PET 光学成像技术 功能磁共振成像（fMRI）
灌注成像：外源性灌注成像（PWI） 内源性，血氧水平依赖法（BOLD）
脑功能成像
测量脑内化合物 测量脑局部代谢和血氧变化 测量脑内神经元活动
测量脑内神经元活动
脑电图（EEG） 脑磁图（MEG） 事件相关电位（ERP）
磁共振功能成像
磁共振波谱（MRS） 扩散加权成像（扩散张量成像，DTI） 灌注成像：
MR波谱技术
MR波谱技术MR波谱(MRS)是无创伤、无辐射危害进行活体组织化学物质检测的唯一方法。
研究的是一定体积的组织中化学物质的含量和浓度。
它的扫描单位是体积，称为体素。
根据每次MRS扫描时设置的体素数量，可分为单体素成像和多体素成像(化学位移成像)。
一、MRS的基本原理1.化学位移现象因所处分子结构不同造成同一磁性原子核进动频率差异的现象被称为化学位移。
2.MRS简要原理以1H为例，首先对某目标区域施加带宽较宽的射频脉冲，其频率范围涵盖所要检测代谢产物中质子的进动频率，然后采集该区域发出的MR信号，由于受化学位移的影响，不同的代谢产物质子的进动频率有轻微差别，通过傅立叶转换得一系列谱线代表不同的代谢物质。
其横坐标表示不同物质中质子的进动频率，通常用百万分几(ppm)来标示代谢产物中质子进动频率与标准物质进动频率的差别，波峰下面积与目标区域内某特定代谢产物的含量成正比。
3.MRS的特点：①提供组织的代谢信息；②可用数值或谱线来表示；③对磁场均匀度的要求更高；④其对比分辨力与主磁场强度成正比；⑤信号较弱，常需进行多次平均，检查时间较长；⑥可用两种或两种以上代谢产物含量之比来反映组织的代谢变化；⑦可利用不同的磁性原子核(1H、31P、12C、23Na和19F)进行MRS检查；⑧常选择一种比较稳定的化学物质作为标准参照物。
二、MRS的常用技术临床上1H-MRS多用激励回波采集模式( STEAM)和点解析波谱( PRESS)两种技术STEAM : 通过3个不同方法的层面选择梯度场，将3个90°脉冲分别施加在相互垂直的层面上，三者相交得到一个点状容积信号。
优点是TE较短；缺点是信噪比较低。
PRESS:采用1个90°脉冲和2个180°相位重聚脉冲，其施加层面选择梯度场与STEAM相同，得到的是自旋回波信号。
优点是信噪比较高；缺点是TE较长。
三、MRS的临床应用MRS的临床应用：①脑肿瘤的诊断和鉴别诊断；②代谢性疾病的脑改变；③脑肿瘤治疗后复发与肉芽组织的鉴别；④脑缺血疾病的诊断和鉴别诊断；⑤前列腺癌的诊断和鉴别诊断；⑥弥漫性肝病；⑦肾脏功能检测和肾移植排斥反应等。
磁共振波谱分析MRS
磁共振波谱分析MRSMRS 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。
mr 波谱临床应用
mr 波谱临床应用MR波谱（Magnetic Resonance Spectroscopy，简称MR Spectroscopy）是一种基于核磁共振技术的无创成像技术，用于研究生物组织内各种化学成分的浓度和分布。
MR波谱在临床医学领域有着广泛的应用，能够提供更加详细的信息，帮助医生做出准确的诊断和治疗方案。
一、原理及技术特点MR波谱是利用核磁共振技术通过测定生物体内一定体积内各种核磁共振谱信号的相对强度，来确定物质的浓度和组织的代谢状态。
相较于传统的影像学技术如CT、MRI，MR波谱具有以下技术特点：1. 提供更多的生物化学信息：MR波谱可以测定组织内关键代谢产物的浓度，如肌酸、胆碱等，帮助医生评估组织的代谢状态和疾病情况。
2. 非侵入性：MR波谱无需注射造影剂或放射性同位素，对患者无任何伤害，是一种安全的成像技术。
3. 定量化分析：MR波谱能够提供定量化的化学信息，可以精确测定各种代谢物的浓度，有助于疾病的诊断和监测。
二、临床应用1. 脑部疾病诊断：MR波谱在神经科学领域有着重要的应用，可用于脑肿瘤、脑卒中、脑损伤等疾病的早期诊断和监测。
通过检测脑内代谢产物的浓度变化，可以了解病变部位的代谢状态，指导临床治疗。
2. 肝脏疾病评估：MR波谱可以用于评估肝脏脂肪代谢、肝纤维化程度等信息。
通过测定脂肪、葡萄糖等代谢产物的浓度，可以帮助医生了解患者的肝脏状况和代谢状况，进而指导治疗方案。
3. 心肌代谢研究：MR波谱可以用于评估心肌代谢和心功能，了解心肌组织的能量代谢状态。
在心肌梗死、心肌病等心脏疾病中有重要的应用，可以帮助医生评估病情严重程度，指导治疗选择。
4. 肿瘤代谢分析：MR波谱可以用于评估肿瘤组织的代谢状态，如乳腺癌、前列腺癌等肿瘤的代谢活性。
通过测定乳酸、胆碱、丙二醇等代谢物的浓度，可以帮助医生了解肿瘤细胞的代谢特点和生长状态，指导治疗方案的选择。
三、发展趋势随着医学技术的不断进步和MR波谱技术的不断完善，MR波谱在临床医学中的应用前景更加广阔。
磁共振波谱分析
磁共振波谱分析
磁共振波谱分析(MRS)是测定活体内某一特定组织区域化学成分的唯一的无损伤技术，是磁共振成像和磁共振波谱技术完美结合的产物，是在磁共振成像的基础上又一新型的功能分析诊断方法。
检查过程：组织内的一些化合物和代谢物的含量以及它们的浓度，由于各组织中的原子核质子是以一定的化合物的形式存在，在一定的化学环境下这些化合物或代谢物有一定的化学位移，并在磁共振波谱中的峰值都会有微小变化，它们的峰值和化学浓度的微小变化经磁共振扫描仪采集，使其转化为数值波谱。
这些化学信息代表组织或体液中相应代谢物的浓度，反映组织细胞的代谢状况。
即磁共振波谱是从组织细胞代谢方面来表达其病理改变的。
MR波谱学
精选ppt
8
1H 谱中的主要信号
Lactate (Lac) 乳酸
Dublett @ 1.3 ppm
糖酵解的终产物反映体内缺血缺氧代谢 生理情况下浓度为 mM，在波谱中看不到
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9
1H 谱中的主要信号
myo-Inositol (Ins，肌醇) Dubletts @ 3.6 ppm
被认为是胶质细胞的标志物 在短TE时可看到
▪ 肿瘤分化程度的确定 ▪ 肿瘤疗效监测和手术计划的制订 ▪ 儿科疾病、产程中的代谢紊乱 ▪ 癫痫灶定位 ▪ 肝性脑病的早期发现 ▪ 神经退化性改变的辅助诊断 ▪ 转移瘤的分期有帮助 ▪ 前列腺波谱: 肿块性质的鉴别
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33
MRS曲线分析
特征性波峰的频率位
峰下面积：与化合物的丰度成正比
峰形态反映化合物的分子结构
检查灶性病变，如： 肿瘤
对较大的区域进行扫描，了 解VOI内某种化合物的分布 梯度场（与MRI相似）
矩阵排列的VOI内的多个波 谱曲线 多灶性病变或定位不明确的 病变
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20
技术和方法---SVS
Spin-Echo VoI 8 cm3 TE = 30 ms TA = 6’ 24s
Spin-Echo VoI 8 cm3 TE = 135 ms
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10
1H 谱中的主要信号
Citrate（Ci,柠檬酸盐） Dublett @ 2.6 ppm
线粒体中三羧循环的中间产物 在正常前列腺波谱中可看到 发生肿瘤时减少
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11
1H 谱中的主要信号
Lipids(脂质)
Multipletts @ 1.3 and 0.7 ppm
氢质子波谱简介
• 胆碱（cho） Cho主要存在于脑胶质中，是细胞 膜磷脂生物合成的主要成分，它包括磷酸甘油胆 碱、磷酸胆碱和磷脂酰胆碱，反映了脑内总的胆 碱量（TCho）。胆碱是细胞膜磷脂代谢的中间产 物，是髓鞘形成、细胞代谢和胶质增生的指标， 反映了细胞膜的转运。它还可预测乙酰胆碱和磷 脂酰胆碱，后者是细胞膜的组成成分，而前者是 有关记忆、识别和情绪行为的关键性神经递质。 正常情况下脑白质的Cho含量比脑灰质高，在病 理状态下，神经细胞膜、髓鞘和神经脂类崩解以 及胶质细胞增生、神经细胞膜修复等因素导致 Cho浓度升高
• 肌醇（ Inosine） Inosine是激素敏感性神 经受体的代谢产物，是一种星形细胞标志 物和渗质，调节渗透压，营养细胞，抗老 化作用，肌醇升高见于阿尔茨海默病、肾 功能衰竭、糖尿病、可复性低氧、高渗状 态等；肌醇降低见于慢性肝性脑病、乏氧 脑病、休克、弓形虫病、淋巴瘤和某些低 级别的恶性肿瘤
• MR波谱成像的适用范围： • 癫痫、脑梗塞、肿瘤、阿尔海默病、新生 儿缺氧缺血型脑病、儿童脑白质病、紫绀 型先心病的脑代谢异常
• N-乙酸门冬氨酸(NAA) 人脑中含有大量的N乙酰氨基酸，其中含量最多的为NAA。 NAA的存在主要基于N-乙酰甲基团。NAA 主要存在于神经元内，被公认是神经元的 内标志物（endogenous marker），其含量 多少可反映神经元的功能状况及脑神经元 细胞的完整性，许多对脑有损害的疾病均 引起其浓度的下降。Canavan病是唯一 NAA浓度增高的疾病
氢质子磁共振波谱
• 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
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MRS的几个主要波峰物质的意义
Lip峰
通常提到的脂质峰一般指 Lip2（0.9ppm），Lip2峰 正常 往往难以测出，恶性肿瘤中却常可以测出。这可能是由细 胞坏死膜降解引起。随着肿瘤恶性度增高，细胞坏死及与 之相伴随的பைடு நூலகம்胞膜降解增多，脂质信号亦相应增高。
Cho峰
为胆碱复合物 ，主要参与细胞生物膜的构成及细胞生物 膜的转运， Cho浓度反映细胞密度及生长增殖情况，恶 性肿瘤常因细胞分裂增殖活跃而致Cho含量升高。 我们的研究中，所有恶性骨病变Cho含量均升高，所有良 性骨病Cho含量均降低，与文献提到的脑及脑外恶性肿瘤 改变类似。
乳酸 Lac 峰
由于双自旋（自旋偶联－J Coupling）作用，表现为双尖 “M”型峰，是无氧酵解的终产物，其含量增加说明病变组 织含氧量降低，无氧代谢增加 。 恶性肿瘤生长迅速，组织相对缺氧，无氧酵解增多，常常 导致Lac升高 。
但是，乏氧代谢不是恶性肿瘤的特有表现，良性肿瘤 也会出现Lac波或Lac峰升高，可能由于良性肿瘤的代 谢活动增强，特别是以无氧酵解为主要途径提供能量 时，葡萄糖吸收增多。 我们的研究有95％恶性骨病出现Lac高峰，2例良性骨 病变Lac含量升高
Ⅰ型波形 一例13岁股骨颈嗜酸性 肉芽肿的1H MRS波形
Ⅱ型波形 一例63岁转移瘤
Ⅰ型波形 一例8岁跨骨骺的骨脓肿
一例硬化性骨髓炎病例，术前误诊为骨 旁尤文肉瘤
20例恶性骨肿瘤 Cho
Lip1 ，19例（95％）Lac ，13
例（65％）出现Lip2峰（位于0.9ppm峰命名为Lip2），5例 （25％）肌酸Cr未测出,表现为Ⅱ型波形 18例良性骨病变Cho ，Lip1 ，Lip2均未能测出，仅有2例 （11.1％）Lac ，表现为Ⅰ型波形
Ⅱ型波形 一例12岁尤文肉 瘤的1H MRS波 形