磁共振波谱成像MRS及临床应用
磁共振波谱(MR spectroscopy,MRS)
是目前能够进行活体组织内化学物质无创性检测的唯一方法。
普通MRI提供的是组织的形态信息，而MRS则可提供组织的代谢信息。
MRS的原理磁性原子核的磁旋比是固定不变的，磁性原子核在外磁场强度中除了受外加静磁场影响外，还受原子核周围的电子云和周围其他原子电子云的影响，使磁性原子核所感受的磁场强度略低于外加静磁场的强度，因而其进动频率也略有降低。
同一种磁性原子核如果处于不同的分子中，由于分子化学结构的不同，电子云对磁性原子核的磁屏蔽作用也存在差别，表现出其进动频率的差别。
我们把由于所处的分子结构不同造成同一磁性原子核进动频率差异的现象称为化学位移现象。
以H质子为例，对目标区域施加经过特殊设计的射频脉冲，其频率范围要求含盖所要检测代谢产物中质子的进动频率。
然后采集该区域的MR信号（可以是FID信号或回波信号），该MR信号来源于多种代谢产物中质子，由于化学位移效应，不同的代谢产物中质子进动频率有轻微差别，通过傅里叶转换可得到不同物质谱谱线的信息。
谱线包括一系列相对比较窄的波峰。
其横坐标表示不同物质中质子的进动频率，通常用PPM 表示（以标准物的质子进动频率为基准，其他代谢物中质子进动频率与标准物中质子进动频率的差别，以百万分几（PPM）来表示）。
某一窄波的波峰下面积与目标区域内某特定代谢产物的含量成正比关系。
目前研究较多的是1H、31P、12C、23Na及19F的MRS等，一般选择一种比较稳定的化学物质作为某种磁性原子核相关代谢产物的进动频率参照的标准物，如1H MRS常选用三甲基硅烷作为标准物，31P MRS可采用磷酸肌酸作为标准物。
由于代谢物的浓度较低，产生的信号几乎是正常水信号的万分之一，所以MRS的敏感性相对较低，常需多次采集并结合水抑制与脂肪抑制才能得到信号。
MRS的临床应用目前应用于临床的MRS主要是1H、31P的波谱，一般用于（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等；（6）弥漫性肝病；（7）肾脏功能分析和肾移植排斥反应等。
磁共振的临床应用(二)2024
磁共振的临床应用（二）引言概述：在现代医学中，磁共振成像（MRI）是一种非侵入性的影像学技术，它利用磁场和无害的无线电波来创建具有高空间分辨率的内部身体图像。
本文将探讨磁共振的临床应用，并分为五个大点进行介绍。
一、神经系统疾病诊断与评估：1. 通过MRI可以检测脑部疾病，如脑卒中、肿瘤和癫痫，并帮助医生制定有效的治疗方案。
2. MRI在神经退行性疾病（如帕金森病和阿尔茨海默病）的早期诊断方面表现出较高的准确性。
3. 利用功能磁共振成像（fMRI）技术，可以研究大脑的活动模式，并对精神疾病的病理生理机制进行研究。
二、心血管疾病的诊断与评估：1. 通过MRI可以评估心脏结构和功能，并检测心脏瓣膜病变、冠状动脉疾病等心血管疾病。
2. 心肌梗死后的损伤程度可以通过心脏MRI的心肌灌注成像来评估，有助于制定治疗计划。
3. 动态对比增强MRI可以检测血管瘤、动脉瘤等血管病变，提供准确的血管壁信息。
三、骨骼和关节疾病的诊断和评估：1. MRI可以检测骨折、软骨损伤等骨骼疾病，并为骨科手术规划提供详细的三维图像。
2. MRI在关节炎和关节损伤的诊断中表现出较高的敏感性和特异性。
3. 磁共振成像可以评估骨髓炎、椎间盘突出等常见骨骼疾病的病变程度和范围。
四、肿瘤的早期诊断与分期：1. MRI在肿瘤早期诊断中的敏感性和特异性较高，可以帮助医生尽早捕捉到肿瘤的存在。
2. 通过MRI的肿瘤分期可以评估肿瘤的大小、位置和深度，以指导治疗方案。
3. 磁共振波谱成像（MRS）可以提供肿瘤细胞代谢信息，用于评估肿瘤的恶性程度和治疗反应。
五、妇科和泌尿系统疾病的诊断与评估：1. MRI在妇科领域中的应用可评估子宫肌瘤、卵巢和子宫颈癌等妇科疾病。
2. 通过MRI可以检测和评估泌尿系统疾病，如肾功能异常和泌尿系结石等。
3. MRI引导下的介入治疗，在一些妇科和泌尿系统疾病的治疗中显示出潜在的优势。
总结：磁共振在医学中的临床应用广泛，从神经系统疾病到心血管、骨骼和关节、肿瘤、妇科及泌尿系统疾病的诊断与评估中都发挥着重要的作用。
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。
MRS(磁共振波谱成像在中枢神经系统中的应用)
MRS的主要代谢物及其意义
N-乙酰天门冬氨酸(NAA) 位于波谱2.02-2.05ppm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等，脑外
肿瘤无NAA峰。 NAA升高少见，Canavan病，发育中的儿童，轴索恢复时可升高。
临床应用
癫痫 单体素1H MRS——体素位于双侧海马 ↓ NAA，NAA/Cr， NAA/Cho， NAA/〔Cho+Cr〕——提示神经元丧失和功能障碍 ↑ Cho+Cr〔可观察到〕——提示反响性星形细胞增生 ↑ mI——提示反响性胶质细胞星形细胞增生 ↑Lip和Lac〔至7天〕——癫痫发作后第一个24小时测定 NAA/〔Cho+Cr〕是最有用的参数，假设该比率低于0.71,那么认为是病理性。 随着发作频率的增加，NAA呈逐渐下降的趋势,研究说明癫痫发作越频繁神经元丧失
细胞膜转换和细胞增殖加快，Cho峰增高
MRS的主要代谢物及其意义
肌醇〔mI〕 波峰的位置3.56ppm和4.06ppm处，胶质细胞的标记物，是最重要的
渗透压或细胞容积的调节剂 mI 升高，新生儿，低级别的胶质瘤，慢性病灶胶质增生 mI降低：慢性肝病，梗死，恶性肿瘤
MRS的主要代谢物及其意义
MRS的主要代谢物及其意义
胆碱(Cho)
波峰位于3.20ppm处；由磷酸胆碱、磷酸甘油胆碱、磷脂酰胆碱组 成，反映脑内的总胆碱量；是细胞膜磷脂代谢的成份之一，是细胞 膜转换的标记物，反映了细胞膜的运转，和细胞的增殖，Cho是髓 鞘磷脂崩溃的标志。
Cho升高：肿瘤，急性脱髓鞘疾病，炎症、慢性缺氧等 Cho降低：中风，肝性脑病 Cho峰是评价脑肿瘤的重要共振峰之一，肿瘤快速的细胞分裂导致
5、 ↓NAA，NAA/Cr
MRS在中枢神经系统的基本应用
脑功能研究
01
脑功能区定位： 通过MRS技术， 可以精确定位大 脑功能区，如语 言、运动、视觉 等。
02
脑网络研究：通 过MRS技术， 可以研究大脑网 络连接，揭示大 脑功能运作机制。
03
脑疾病研究：通 过MRS技术， 可以研究脑疾病 发生发展过程， 为临床诊断和治 疗提供依据。
04
脑发育研究：通 过MRS技术， 可以研究大脑发 育过程，为教育、 心理等领域提供 科学依据。
MRS在中枢神经系统的基本应用
目录
01. MRS的基本原理 02. MRS在中枢神经系统的应用领域 03. MRS在中枢神经系统的应用前景
磁共振技术的发展
01
1970年代：磁共振成像技术诞生
02
1980年代：磁共振成像技术应用于人体
03
1990年代：磁共振波谱技术出现
04
2000年代：磁共振波谱技术应用于中枢神经系统研究
创新研究方法：结合多种研究方法，如功能磁共振成像（fMRI）、脑电图 （EEG）等，提高MRS在中枢神经系统研究的准确性和可靠性
创新应用领域：将MRS应用于神经退行性疾病、精神疾病、脑损伤等疾病 的诊断和治疗，以及脑功能研究等领域
创新技术：开发新型MRS技术，提高MRS在中枢神经系统研究的灵敏度、 分辨率和速度，推动MRS在中枢神经系统应用的发展
01 脑功能成像：通过MRS技术，可以更清晰地观 察大脑功能活动
02 脑肿瘤诊断：通过MRS技术，可以更准确地诊 断脑肿瘤
03 脑损伤评估：通过MRS技术，可以更全面地评 估脑损伤程度
04 神经退行性疾病研究：通过MRS技术，可以更 深入地研究神经退行性疾病的发病机制和治疗方 法
跨学科合作与创新
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）。
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
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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
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原理
化学位移
氢质子的进动
拉莫公式： w = g Bo
w ：进动频率 g ：氢核旋磁比42.6
B0：磁场强度
氢质子的进动频率
含量
0
63.9
100
M Hz
在1.5T的磁场中，氢质子的进动 频率应该为：
42.6 X 1.5 = 63.9(MHz)
不同的化合物的频率存在差异
由于化合物周围都围 绕着电子云，电子云 对外界施加磁场有屏 蔽作用，所以实际到 达化合物氢质子的磁 场强度要小于外界所 施加的磁场。
肝性脑病
男，46岁 肝炎后肝硬化8年，间断性行为异常10月，再发5天 肝性脑病I期，肝功能失代偿期(chidd C级)，2型糖尿病，门脉 高压，脾切除术后
转移癌
That’s all Thank you
中枢神经系统MRS代谢物
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； • 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；Fra bibliotek中枢神经系统MRS代谢物
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；
扫描
波谱扫描 注意事项
序列
PRESS
90o
180o
180o
Point-
射频脉冲
REsolved
Spectroscop
y Sequence 选层梯度
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
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
预扫描
• 单体素预扫描水峰半高线宽要小于7 • 多体素预扫描水峰半高线宽要小于10 • 三维波谱预扫描水峰半高线宽要小于15 • 压水要大于95
临床应用
Raised Cho peak & inverted Lac peak
星形细胞瘤 I-II级
男/35岁，一周内晕倒2次 病理诊断：星形细胞瘤I-II级
不同的化合物的频率存在差异
由于不同的化合物 周围的电子云浓密 不一样，真正到达 在不同化合物中的 氢质子的磁场强度 是不一样的，所以 不同的化合物中氢 质子的进动频率是 不一样的。
不同的化合物的频率差异（化学位移）
含量
0
63.9
100
M Hz
PPM的由来
由于不同的化合物化学位移的幅度非常的小， 化学位移频率数值用MHz来表示很不方便。在 实际中用了相对值PPM(百万分之一)表示。
扫描注意事项
•首选单通道头线圈（Head, 8NV One Receiver） •被检查者的配合和良好的摆位 •确定MRS扫描的感兴趣区（ROI）
避开干扰组织，如颅骨、空气、脂肪、硬膜、出血、钙化等 保持体素大小的稳定性和可比较性 •水和脂肪质子峰的抑制 待测定代谢物的浓度在毫摩尔数量级 水的质子浓度约为110摩尔，为前者浓度的104-105倍 脂肪的质子也需要进行抑制 •被检查病变的大小和位置 脊髓病变一般不适于做MRS检查（位于延髓者可以考虑） 脑部病变太小者，所测数值不准确
δ＝（f－fr）/g Bo
f
表示某种化合物的进动频率
fr
表示四甲基硅烷的进动频率
δ
表示物质在MRS分析时显示的PPM的大小
氢质子波谱
谱线
认识MRS各个峰
氢质子波谱
中枢神经系统MRS代谢物
N-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、
STEAM
90o
90o
90o
STimulated 射频脉冲
Echo
Acquisition
Mode
选层梯度
Gy
Gx
Gz
扫描序列
名称 扫描方式 SNR 水抑制 TE 饱和带
Probe-s STEAM 单体素 低 好 TE=30 少
Probe-p PRESS 单体素，多体素，三维 高 不如STEAM TE=35,144,288 多
质母细胞瘤中 • Lac也可以积聚于无代谢的囊肿和坏死区内
中枢神经系统MRS代谢物
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；
中枢神经系统MRS代谢物
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
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
。
中枢神经系统MRS代谢物
胆碱（Choline） • 位于3. 2 ppm附近 • 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。