头颅磁共振波谱成像（MRS）基础与临床
头颅磁共振波谱成像（MRS）基础与临床
磁共振波谱（magnetic resonance spectrum,MRS）是最典型的分子成像技术之一，能够观察活体组织代谢和生化变化。
波谱成像的基础—化学位移现象
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。
常用的原子核有：1H MRS主要检测胆碱、肌酸、脂肪、氨基酸、乳酸等代谢物质；31P MRS主要用于能量代谢研究。
原子核的共振动频率与外加磁场强度有很规律的关系，化学位移如果以外加磁场运行频率的百万分之比数（PPM）值来表示，同一原子核在不同的外加磁场下其化学位移PPM值相同，不同的化合物可以根据其在频谱线频率轴上的共振峰的不同加以区别。
氢质子波谱
注：上图纵轴代表物质的含量，横轴代表物质共振时的位置，单位为ppm(百万分之几）
常见代谢产物的意义及共振峰位置
1、NAA: N-乙酰天门冬氨酸，神经元活动的标志，仅存在神经元内，如其他出现异常，其峰值往往下降。
第一大主峰位于：2.02ppm
2、Creatine:Cr肌酸，肌酸和磷酸肌酸的总和，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。
第二大主峰位于：3.05ppm
3、Choline:Cho胆碱，细胞磷脂代谢成分之一，细胞膜合成的标志，肿瘤细胞中其细胞代谢活跃，其峰值往往升高。
位于：3.20ppm
4、Lipid:Lip脂质，细胞坏死提示物。
位于：0.9-1.3ppm
5、Lactate:Lac乳酸，两个共振峰组成，TE=144时，双峰向上，TE=288时，双峰向下，正常细胞有氧代谢，检测不到。
缺氧时可出现，是无氧代谢的标志。
位于：1.33-1.35ppm
6、Glutamate: Glx谷氨酰氨，脑组织缺血缺氧及肝性脑病时增加位于：2.1-2.4ppm
7、MI:肌醇代表细胞膜稳定性判断肿瘤级别位于：3.8ppm
谱线
注：峰的位置决定了代谢产物，峰下面积代表相对含量MRS在颅脑疾病中的应用
注：正常脑发育波谱
一、癫痫
磁共振波谱能早期发现癫痫病灶及其导致的细胞损害。
评价指标：NAA/cho+cr指数(NCI)，NCCI小于0.6时，为脑组织代谢功能异常。
双侧差值大于0.07时，较低一侧为病灶侧。
注：正常MRS波谱图
注：左侧NAA值降低，NCI左侧：0.54，右侧：0.62.提示致癫病灶位于左侧。
动态脑电图显示：左侧颞区频繁棘波放电
二、肿瘤（胶质瘤，转移瘤，淋巴瘤）
共同点：NAA下降，Cho上升，Cho/Cr值升高，可出现Lip、
Lac峰。
不同点：1.胶质瘤NAA随着恶性程度升高而降低；
2.转移瘤缺乏Cr激酶，降低更明显或者消失；
3. 淋巴瘤：Lip峰升高明显。
注：病灶区Cho升高（长箭），1.33PPM区出现倒置双Lac峰（短箭）
注：胼胝体区胶质瘤，出现1.33PPM区高Lip峰（长箭），为肿瘤坏死所致
注：脑膜瘤，NAA峰下降消失，Cho峰升高（长箭）， 'M'peak 比较典型的脑膜瘤表现
三脑梗塞（早期、超早期脑梗塞）
在常规MRI仍未发现脑梗塞时，MRS能早期发现Lac峰。
NAA 往往在出现Lac峰后才开始下降。
注：NAA下降（长箭），Lac峰升高（倒置短箭）
相信大家通读本文后对MRS在脑科学中的应用已经有了大致的了解。
MRS在脑科学中的应用已经很广泛，希望大家在以后的学习中逐渐添加MRS疾病谱的相关知识，一起加油！。
完整版磁共振波谱MRS临床应用
MRS 在脑部临床应用技术
? 点分辨波谱法 PRESS ? 选用SV 或 MV ? 选择成像参数 ? 兴趣区的选择定位 ? 自动预扫描：匀场、水抑制 ? 数据采集后处理和分析
序列及扫描参数
? SV, press ? TR 1500 ms ? TE 144/35 ms ? FOV 24 cm ? Voxel size 20
MRS技术及基本原理
? MRS 表示方法
? 在横轴代表化学位移（频率差别），单位百万分子一 （ppm ）
? 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。
脑 MRS
如何获得MRS
? 选择成像序列：激励回波法 STEAM 、点分辨波 谱法 PRESS 等
变、代谢性病变等
脑MRS 常见成分
中文名称 脂质 乳酸 乙酰天门冬 谷氨酸 胆碱 肌醇
英文缩写 Lipid Lac NAA Glu/Gln Cr/Pcr Mi/Ins
ppm 位置 0.8-1.3 1.3 2.0 2.1, 2.3, 3.7 3.2 3.6
NAA Cho
Cr
mI
人脑代谢物测定的意义
? 水、脂抑制：水、脂浓度是代谢物的几十倍，几 百倍，甚至几千倍，如不抑制，代谢物将被掩盖
? 匀场和水抑制后 : 线宽，头颅小于 10Hz，肝脏小 于20Hz；水抑制大于 95%
MRS 的信噪比
? MRS 的信噪比决定谱 线的质量
? MRS 的信噪比：最大 代谢物的峰高除以无信 号区噪声的平均振幅。 通常大于 3 ，谱线的质 量可以接受。
? N- 乙酰天门冬氨酸(NAA) ：位于波谱2.0ppm 处，主要 位于成熟神经元内，是神经元的内标记物，是 正常波谱中最大的峰。
头颅磁共振波谱MRS
脑梗塞
MRS 可用于急性和超急性脑梗死的诊 断,脑梗死病灶发生以下代谢改变:
1、在常规MRI 未见异常改变时,MRS 即 能早期发现Lac 峰。
2、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。
3、脑梗死病灶一旦出现Lac 峰,可持续 数天～数周不等,峰值随时间推移逐渐 下降。
肿瘤 1、胶质瘤 2、转移瘤 3、淋巴瘤
共同点：为NAA下降、Cho 上升、 Cho/ Cr 升高, 可出现Lip 、Lac峰。
不同点：
1、胶质瘤NAA随恶性程度的升高而减低。
2、由于缺乏Cr激酶, 转移瘤中Cr较高级别胶 质瘤减低更明显甚至是消失的，Cho/Cr之 间存在显著差异。
判定异常标准
❖ 颞叶脑组织NAA/ Cr + Cho 值低于0.6 判断为脑组织代谢功能异常。
❖ 双侧颞叶的NAA/ Cr +Cho 差值大于 0.07 时，较低的一侧为异常侧。
波谱成像(MRS)
正常波谱图
左侧NAA峰降低，NAA/Cr+Cho比值：左侧0.54 ， 右侧0.62，提示致痫灶位于左侧。动态脑电图显示 ：左侧颞区频繁棘波放电，与MRS结果相符合。
MRS在脑部疾病中的应用
癫痫 肿瘤 梗塞
癫痫 磁共振波谱能早期发现癫痫灶及其所
致的细胞损害。 采用NAA/Cho＋Cr值为分析指标。
1、敏感性较高
2、颞叶由于受颅底结构及颞骨的影响 ,体素局部的匀场和水抑制程度受到限 制, 很难实现Cr 和Cho 波峰的完全分 离,这时计算它们的合并强度比较合理 可靠。
根据检测体素分类：MRS有两种方法 ：单体素MRS (single voxel MRS)和多 体素MRS(multi voxel MRS)。
MRS的原理和临床应用
MRS的原理和临床应用磁共振声能体系（Magnetic Resonance Spectroscopy，MRS）是一种基于核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）技术的谱学方法，用于研究生物体内各种物质的浓度、代谢水平以及分子结构。
与常见的磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）技术不同，MRS主要关注的是信号产生者的化学分子本身，它可以提供关于生物体内分子含量和代谢的信息，从而对生物体进行非侵入性的组织和代谢状态评估。
MRS的原理基于核磁共振现象，核磁共振是一种磁共振现象，其基本原理是核自旋在外磁场中被激发并释放能量的过程。
当核自旋受到外磁场的作用时，它具有不同的能级，其中能级之间的跃迁依赖于外加磁场的强度。
通过在外磁场中施加一种特定的脉冲序列，可以使得不同的核自旋产生不同的共振信号，这些信号可以被接收线圈捕捉到并转换成数据。
MRS技术可以在体内测量到许多核的共振信号，主要包括氢原子的共振信号（称为质子磁共振，Proton Magnetic Resonance，1H-MRS），以及磷、碳、氮、硫和氧等原子的共振信号。
这些信号的频率和强度可以提供体内不同物质的含量和分布信息。
MRS的临床应用广泛，主要包括以下几个方面：1.肿瘤诊断和治疗评估：MRS可以提供肿瘤组织内代谢物的浓度和代谢水平信息，从而对肿瘤进行定性和定量分析。
通过测量乳酸、胆碱、肌酸等代谢物的含量，可以实现对肿瘤的定位、分级和预后评估，以及肿瘤治疗的监测和评估。
2.神经代谢疾病诊断和研究：MRS可以用于研究和评估脑部神经疾病的代谢异常。
例如，通过测量谷氨酸和谷氨酸盐的比例，可以评估脑细胞的能量代谢情况，进而判断神经退行性疾病的程度和发展趋势。
3.心脏病诊断和研究：MRS可以用于评估心脏肌肉的代谢状态。
通过测量磷代谢物如磷酸肌酸和磷酸二酯等的含量和代谢速率，可以评估心脏肌肉的功能和损伤程度，提供对心脏病的更准确的诊断和治疗策略。
头颅磁共振波谱成像（MRS）基础与临床
头颅磁共振波谱成像（MRS）基础与临床磁共振波谱（magnetic resonance spectrum,MRS）是最典型的分子成像技术之一，能够观察活体组织代谢和生化变化。
波谱成像的基础—化学位移现象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。
常用的原子核有：1H MRS主要检测胆碱、肌酸、脂肪、氨基酸、乳酸等代谢物质；31P MRS主要用于能量代谢研究。
原子核的共振动频率与外加磁场强度有很规律的关系，化学位移如果以外加磁场运行频率的百万分之比数（PPM）值来表示，同一原子核在不同的外加磁场下其化学位移PPM值相同，不同的化合物可以根据其在频谱线频率轴上的共振峰的不同加以区别。
氢质子波谱注：上图纵轴代表物质的含量，横轴代表物质共振时的位置，单位为ppm(百万分之几）常见代谢产物的意义及共振峰位置1、NAA: N-乙酰天门冬氨酸，神经元活动的标志，仅存在神经元内，如其他出现异常，其峰值往往下降。
第一大主峰位于：2.02ppm2、Creatine:Cr肌酸，肌酸和磷酸肌酸的总和，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。
第二大主峰位于：3.05ppm3、Choline:Cho胆碱，细胞磷脂代谢成分之一，细胞膜合成的标志，肿瘤细胞中其细胞代谢活跃，其峰值往往升高。
位于：3.20ppm4、Lipid:Lip脂质，细胞坏死提示物。
位于：0.9-1.3ppm5、Lactate:Lac乳酸，两个共振峰组成，TE=144时，双峰向上，TE=288时，双峰向下，正常细胞有氧代谢，检测不到。
缺氧时可出现，是无氧代谢的标志。
位于：1.33-1.35ppm6、Glutamate: Glx谷氨酰氨，脑组织缺血缺氧及肝性脑病时增加位于：2.1-2.4ppm7、MI:肌醇代表细胞膜稳定性判断肿瘤级别位于：3.8ppm谱线注：峰的位置决定了代谢产物，峰下面积代表相对含量MRS在颅脑疾病中的应用注：正常脑发育波谱一、癫痫磁共振波谱能早期发现癫痫病灶及其导致的细胞损害。
磁共振波谱mrs临床应用聂林ppt课件
病例分析
M，23，临床诊断胶质瘤， 经抗炎缓解
脑膜瘤
脑外肿瘤，其特点为： Cho 显著增高，Cr明显降低 NAA消失 “M” peak Ala出现
病 例 分 析
病
例
分 析
脑梗塞
急性期: 梗塞区 NAA显著降低, Cho及Cr亦降低 LAC升高明显 边缘区LAC升高,其余不明显,为缺血带 LAC升高区远大于T2WI高信号区
二者结合有利于癫痫灶术前准确定位
多发性硬化(MS)
以前认为MS是由于轴突脱髓鞘致 传导通路阻断是MS引起神经损害的主 要原因。现通过MRS研究认为轴突功 能损害是主要原因。
病理生理
活动期
Cho↑ Lipid↑ (markers of demyelination)
Lac ↑
(marker of acute inflammatory reaction)
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
中枢神经系统MRS代谢物
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
HIE
NAA的降低在LAC升高后数天才出现， 提示乳酸过多积聚引起的神经元自身溶解 ，是不可逆性损伤的标志
Glx升高，是由于缺血缺氧引起神经递质 释放进入突触间隙所致
磁共振波谱分析及其临床应用
磁共振波谱分析及其临床应用磁共振波谱分析（MagneticResonanceSpectroscopy，简称MRS）是一种利用磁共振技术和护理的有效的、安全的、精准的检测方法，可以提供有关脑内代谢活性的重要信息。
在临床医学方面，它为研究神经系统疾病和更好地处理病人提供了新的途径。
由于能够捕捉脑内部分子结构变化的能力，MRS已经在脑部疾病研究、脑发育检测、婴儿健康检测、精神疾病检测、头部损伤诊断、脑梗塞的早期病情识别等领域取得了重要进展。
第一，磁共振波谱分析技术简介。
MRS是指利用特定的磁共振仪器来测量植入体内移动部位（如局部血管或关节空间）的磁共振信号，以及当周围磁场激发后，部位细胞内化学元素在共振条件下释放出的电磁信号，以及从激发谱中提取的特征信号，从而确定元素数量和组分，进而推测细胞和组织特征的一种技术。
MRS可以在实验室和临床中进行，具有良好的灵敏度，可以检测出低于普通化学分析能力的含量，得到准确的测量结果，并具有很好的重现性。
第二，磁共振波谱分析在临床检测和疾病诊断中的应用。
MRS可以捕捉内部分子结构变化，可以检测脑内特定组分的变化，并可以根据感兴趣区域的脑活动有效地检测和评价其中的代谢活性状态。
目前，MRS在神经病学、脑科学和精神病学等领域的应用越来越广泛，已经发展成为一种精准、安全的脑内疾病诊断方法。
例如，MRS在研究阿尔茨海默病方面具有重要作用。
研究发现，病患和正常人之间病灶部位的神经元凋亡和胞质混乱程度差别明显，MRS可以检测患者中克林酸和乙酰丙酸的含量及变化，从而为阿尔茨海默病（Alzheimer disease）的检测和病情评估提供了有价值的依据。
此外，MRS还在研究多发性硬化症（multiple sclerosis）方面取得了重要进展，可以用来检测病灶中的可溶性磷脂酰乙酸的变化，有助于早期发现病灶，从而提高治疗效果。
此外，MRS同样可以在检测和管理神经发育障碍和脑损伤方面发挥重要作用。
MRS技术及在颅脑肿瘤中的应用
新技术介绍
➢脑发育、成熟过程中及神经损伤后轴 索回复中NAA会升高，Canavan(中枢 神经系统海绵状变性)是唯一可致NAA 增高的疾病，由于该病人体内缺乏 NAA水解酶
新技术介绍
➢胆碱化合物（Cho），反应总胆碱储 备量，波峰于3.2ppm，是细胞膜磷脂 代谢成分之一，参与细胞膜的合成、 代谢，Cho峰的高低可作为肿瘤细胞增 殖的指标，是评价脑瘤的重要共振峰 之一
➢在高级别星形细胞瘤中，Lip峰升高， 可反应坏死存在
新技术介绍
MRS在颅脑肿瘤的应用
➢ 胶质瘤：肿瘤细胞增长旺盛致使神经 元破坏，MRS表现为不同程度的NAA 峰下降，Cho峰升高。恶性程度高的胶 质瘤可以出现Lac峰，Cho、Lip峰较高
➢ 病例1：左额叶间变性胶质细 胞瘤WHOⅢ级伴大片状坏死 ，局部进展为胶质母细胞瘤 WHOⅣ级。
➢其横坐标代表共振频率，采用磁场强 度的百万分率（ppm，ppm表示10-6） 为单位，纵坐标表示MR信号强度
新技术介绍
波谱中常用代谢物
➢N-乙酰天门冬氨酸（NAA），正常脑 1H-MRS中最高的峰，位于2.0ppm， 主要存在成熟神经元内，是其内标物
➢肿瘤、多发性硬化、梗死、神经细胞 变性疾病、代谢性疾病等均可致NAA 下降，脑膜瘤、转移瘤NAA缺失
新技术介绍
➢ 病例3：右侧额叶内皮细胞型 脑膜瘤（WHOⅠ级）。
新技术介绍
多体素MRS ：肿瘤区 域谱线， NAA含量 明显减低 ，Cho明 显升高， Cr轻度降 低
新技术介绍
新技术介绍
后处理方法
➢ 运用MR机附带的波谱分析软件自动完 成Ganssian曲线，得到化学位移图、 波谱图，分别测量感兴趣区NAA、 Cho、Cr、Lac、Lip等代谢物浓度，同 时计算Cho/Cr比值
简单认识磁共振波谱（MRS）
简单认识磁共振波谱（MRS）
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。
磁共振波谱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。
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。
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。
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。
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。
mrs技术的原理及临床应用
mrs技术的原理及临床应用1. 什么是mrs技术？MRS全称为磁共振波谱技术（Magnetic Resonance Spectroscopy），是一种非侵入性的方法，通过使用核磁共振（NMR）技术来获取生物体内的化学信息。
它通过测量生物体内不同化合物的特定核的能量水平，从而识别和定量不同类型的化学物质，如代谢物、神经递质和细胞标志物。
MRS技术在临床医学和科学研究中被广泛应用，对于疾病的诊断、治疗和监测起到了重要的作用。
2. MRS技术的原理MRS技术的原理基于核磁共振（NMR）原理，该原理是研究原子和分子结构的一种重要方法。
核磁共振是由磁场和无线电频率辐射引起的原子核的行为，通过外加峰度和射频脉冲可以引起原子核的能量状态发生变化，进而产生特定的回波信号。
这些回波信号经过信号处理和傅里叶变换等复杂的数学算法处理后，可以得到生物体内不同核的能谱信息。
3. MRS技术的临床应用3.1 代谢物测定MRS技术可以用于非侵入性地测定生物体内的代谢物含量及其浓度。
通过测量特定核的能谱信息，医生可以了解患者体内不同代谢物的水平，从而辅助诊断和治疗疾病。
例如，通过测量脑部组织中的乳酸浓度，可以帮助判断患者是否存在脑缺氧等问题。
3.2 肿瘤诊断MRS技术在肿瘤诊断中发挥着重要作用。
肿瘤组织与正常组织在代谢物的含量和比例上存在差异，通过比较肿瘤组织和周围正常组织的代谢物谱图，可以帮助医生确定肿瘤的类型、分级和活动程度。
这对于制定适当的治疗方案和预测疗效有重要意义。
3.3 神经系统疾病监测MRS技术还可以应用于神经系统疾病的监测和研究。
通过测量大脑中特定区域的代谢物浓度变化，医生可以了解神经系统疾病的发展过程和病情变化，从而进行及时干预和治疗。
例如，对于阿尔茨海默病等神经退行性疾病，MRS技术可以提供有关脑内代谢物变化的线索。
3.4 乳腺癌筛查MRS技术在乳腺癌筛查中也有应用，可以通过测量乳腺组织中的代谢物谱图来判断是否存在恶性肿瘤。
脑外DWI、MRS临床及原理
DWI和MRS在脑外肿瘤复发监测中的联合应用
DWI和MRS在脑外肿瘤复发 监测中的作用
DWI和MRS在脑外肿瘤复发 监测中的联合应用方法
DWI和MRS在脑外肿瘤复发 监测中的联合应用效果
DWI和MRS的原理和特点
DWI和MRS在脑外肿瘤复发 监测中的联合应用前景
脑外DWI、MRS 的临床研究进展
脑外DWI、MRS临床及 原理
汇报人：XX
目录
添加目录标题
01
脑外DWI和MRS的基 本概念
02
脑外DWI的临床应用
03
脑外MRS的临床应用
04
脑外DWI和MRS的联 合应用
05
脑外DWI、MRS的临 床研究进展
06
添加章节标题
脑外DWI和MRS 的基本概念
DWI和MRS的定义
DWI：扩散加权成像，用于检测脑组织中的水分子扩散情况，从而反映脑组织的微观结构变化。 MRS：磁共振波谱成像，用于检测脑组织中的化学成分，从而反映脑组织的代谢状态。
DWI和MRS的合可以提高 肿瘤诊断的准确性
DWI和MRS可以提供脑外肿 瘤的详细信息
DWI和MRS在脑外肿瘤诊断 中具有重要的临床应用价值
DWI和MRS在脑外肿瘤疗效评估中的联合应用
DWI和MRS的原理和特点 DWI和MRS在脑外肿瘤疗效评估中的作用 DWI和MRS在脑外肿瘤疗效评估中的联合应用方法 DWI和MRS在脑外肿瘤疗效评估中的局限性和挑战
MRS可以检测到肿瘤复发的早期信 号
MRS可以帮助医生制定更准确的治 疗方案
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
MRS可以评估肿瘤的恶性程度和侵 袭性
MRS可以监测肿瘤治疗后的疗效和 预后