脑磁共振波谱成像
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。
颅脑磁共振波谱成像技术及其质量控制分析
颅脑磁共振波谱成像技术及其质量控制分析摘要：目的：虽然我们的生活发生了质的变化，交通的便捷，城市建设的迅速推进，人口老龄化问题，却都是引发国民发生疾病的主要因素，特别是颅脑各类疾病每年发生率持续上升，想要确定病情给予有效的治疗，临床检验工作十分关键，本次针对颅脑病症的临床诊断方面进行了探究。
方法：为了获得真实的研究数据，从科室筛选病理学确定诊断是颅内占位病变患者作为此次观察对象，有31例，获取其资料进行回顾性分析，针对颅脑磁共振波谱成像检查结果、扫描后波普质量方面进行了整体的比较，针对造成检查不合格的因素进行分析，并制定相应的防控质量的对策。
结果：给此次所有的患者进行了颅脑磁共振波谱成像检测，其中配合完成检查项目的患者有27例，颅脑磁共振波谱成像技术定位非常精确。
谱线基线稳定性突出，化合物位置精确。
检查结果显示谱线无规律，不能判定的患者有3例，有显著的噪声显像，形态不佳，不能分辨的患者有1例，有比较性（P＜0.05）。
结论：针对颅脑病症患者，实行颅脑磁共振波谱成像检测在实际操作时，应该做好各项准备工作，根据相关要求规范各项操作行为，尤其颅脑磁共振波谱成像技术有效保证了操作成效，保证显像质量和成效。
关键词：颅脑磁共振波谱成像技术；质量控制；分析引言颅脑磁共振波谱成像技术和其他检测技术有着很大的不同，它为影像生化分析手段，在对各种颅脑疾病进行诊断期间，可以以生化代谢的特性，对疾病进行准确的判断，通常在颅脑疾病、占位性病变患者的临床检查中运用，临床诊断效果非常突出，获取的检查结果有极高的精确率。
然而在实际检测当中，依然存在一些问题和不足，导致检出结果的有效性、准确率受到不同程度的影响，造成生化代谢信息缺乏准精确性，必须有效管控质量及技术操作才能保证数据有效性。
颅脑磁共振波谱成像技术操作期间，质量干扰因素有很多，再加上技术比较复杂，在实际检测期间必须严格控制质量方面，才能获得可靠的结果。
本次针对颅脑磁共振波谱成像技术及其质量控制方面探究，详情见下文。
慢性疼痛患者脑磁共振波谱成像的研究进展
168·中国CT和MRI杂志 2024年5月 第22卷 第5期 总第175期【通讯作者】杨汉丰，男，主任医师，主要研究方向：放射影像学、疼痛学。
E-mail：***********ResearchCHINESE JOURNAL OF CT AND MRI, MAY. 2024, Vol.22, No.5 Total No.175 所以MRS在慢性疼痛患者的研究对于揭示慢性疼痛的中枢机制和寻找潜在的中枢治疗靶点具有重要作用。
与慢性疼痛相关的脑区主要有前扣带回、丘脑、脑岛、内侧前额叶、楔前叶等脑区，下面就上述脑区逐一进行简述。
3.1 前扣带回 前扣带皮层(ACC)是边缘系统的一个组成部分，也是突显网络和默认模式网络中的重要组成部分[22]，ACC功能障碍可导致一系列症状产生，比如内脏疼痛和抑郁[23]。
ACC作为慢性疼痛患者的疼痛处理和情绪处理的关键区域发挥着至关重要的作用。
毫无疑问，ACC已成为功能性神经成像以及慢性疼痛的研究热点区域。
研究发现，慢性腰痛患者以及三叉神经痛、糖尿病神经痛等慢性疼痛患者ACC的Glu/tCr和Glx/tCr水平明显增高，而NAA/tCr降低[17-18]。
Kong[16]与Tine[24]等人也发现，患有严重疼痛的克罗恩患者以及慢性胰腺炎患者的Glu/tCr值较高，并且与疼痛评分呈正相关。
还有研究发现，慢性疼痛的退伍军人疼痛强度与ACC的较低的GABA/Cre有关[25]。
这些改变可能是由于ACC 作为“疼痛矩阵”的一部分，当慢性疼痛患者长期处理伤害性传入信息，兴奋性和抑制性神经活动平衡发生了变化，影响了兴奋性突触，导致大脑发生了可塑性变化[26]。
未来的研究应该探索使用MRS寻找潜在中枢治疗靶点的潜力，尽管目前研究结果是积极的，但ACC的波谱研究仍处于初级阶段，还需要进一步的研究。
3.2 丘脑 丘脑在疼痛传递途径中发挥着重要作用，丘脑接收并调节来自上行感觉通路的伤害性冲动，然后将信号传输到大脑的其他区域，如初级躯体感觉皮层[27]。
磁共振波谱成像基本概念与参数解读（一）
图片说明：多体素波谱成像可以实现一次成像多区域对比分析。这里展示的是肿瘤病变的多体 素波谱成像，在分析时显示：肿瘤实体区域呈比较典型的波谱表现，胆碱峰明显高于NAA峰， 从胆碱峰到NAA峰呈“飞机降落”表现；而在肿瘤周边看似水肿区体素的谱线也呈这种类似改变， 这提示水肿区有肿瘤细胞浸润。
磁共振波谱成像基本概念与参数解读（一）
虽然在前序的推文以及我个人2021年出版的《实用磁共振成像原理与技术解读》中都系统介绍 过波谱成像的相关内容，但在实际工作中发现很多用户对于磁共振波谱成像的概念理解以及实 战扫描中的质控因素都存在着这样或那样的问题。基于此，笔者将以GE磁共振设备为例从实战 扫描的角度介绍一下波谱成像中的几个重要概念和质控因素。
1）单体素波谱成像：体素是数字化断层成像过程中非常重要的一个概念。使用者首先需要建立 起清晰的像素、体素等基本概念。成像层面被成像采集时所采用的矩阵划分为很多小的单元， 从层面角度看每个小单元就是一个像素，Picture Element,简写为Pixel，像素代表的是成像小单 元面积的大小；但是当我们考虑到数字化断层成像的层面厚度时，这时我们就赋予每个小单元 Pixel体积大小的概念，这就是我们说的体素，Volume Element即 Voxel，体素代表的是每个成 像小单元的体积大小。虽然体素也是个三维立体概念，但切不要认为当体素大到一定程度就等 于3D成像了。无论对于常规的磁共振成像还是波谱成像，我们所看到的信号或者谱线都是这个 体素内所有组织成分的综合反映。显而易见，体素越大这种组织间的部分容积效应就越明显。 因为波谱成像时所反映的组织内这些代谢物的含量与水相比都极低，这就导致波谱成像的信噪 比相对更低，这也在客观上制约了单体素波谱成像时体素不能太小。单体素波谱成像为了保证 谱线的质量能够满足诊断和分析的需求，通常体素大小会在2*2*2cm3。在某些特殊部位如海马 区域扫描，为了减少单体素波谱成像时的部分容积效应，有些操作者追求更小的体素，但须知 当体素的边长缩小时，从体素角度而言体积的减少就更明显，这会导致单体素波谱信噪比过 低，谱线难以满足诊断和分析要求。 2）2D多体素波谱成像：相比于单体素波谱成像而言，2D多体素波谱成像是进行了一个层面的 波谱成像，这个具体的成像层面被划分为很多一个一个的小单元即体素。因为在2D多体素波谱 成像我们可以实现一次成像进行多区域对比，而这种对比的成像基础是化学位移效应，因此2D 多体素和3D多体素又被称为2D或3D化学位移成像(Chemical Shift Imaging, CSI)。这里还是需 要强调一下：虽然可以通过改变体素的厚度（相当于常规成像的层面厚度）来覆盖更大的范 围，但这显然会导致明显的部分容积效应，因此不要企图通过增加体素厚度来实现更大范围的 覆盖。
磁共振脑波谱检查技术体会
01 ISIS(活体影像选择波普)
特点:磁化量反应在Z轴，T2弛豫丢失很少，利于短T2的核，费时，对运动敏感
01
3.0T TE=35ms
PRESS
STEAM
01 单体素和多体素的选择
单体素采集技术和多体素的优缺点 单体素
化学位移现象
即同一种原子在不同的分子结构中 进动频率有差别。从而导致不同的化 合物存在频率的差异，MRS可以将这 种差异检测出来
化学位移（chemical shift）频率数值用 来表示化合物中各组成成分的原子核共振 波峰的位置
化学位移的频率数值并非用其绝对值 （Hz,赫兹）表示，而是用相对值ppm表 示
容易实现，成像时间短，相对容易克服磁场的不均匀的影响，谱线稳 定，谱线定性分析好 多体素 覆盖的范围大，一次采集可以获得较多的信息，成像时间长，容 易受到磁场不均匀的影响，谱线质量常受影响
01 TE时间选择
TE时间: 短TE（29 ms，35ms），中等长TE（144ms），长TE（288ms） 短TE:有利于短T2代谢物，如MI,Glx,Lip;信号强度高，基线不稳 长TE:基线平稳，有利于观察乳酸峰，丢失短T2代谢物，信号强度弱
颅脑MRS检查技术体会
CONTENTS
01 MRS原理 02 MRS检查思路和参数选择
01 1. MRS成像特点
磁共振波谱(1H-MRS)可以无创地检测体内组织细胞 生化代谢的信息，从而推断组织细胞的病生理变化，对 临床诊断及推测预后具有指导意义 特点：在体无创；功能成像；可以定量分析
01 成像原理
目录
正常波谱图
磁共振波普成像脑部应用
磁共振波普成像脑部应用【摘要】目的：探讨磁共振波普成像脑部临床应用。
方法：本文以常见的阿尔茨海默病为例，进行研究探讨磁共振波普成像的脑部应用。
【关键词】磁共振成像；阿尔茨海默病；脑部应用引言磁共振波普成像（MRS）是目前检查活体内部特定组织区域化学成分的唯一一种无损伤的技术，是在磁共振成像的基础上又一新型的功能分析诊断方法，它的应用原理是通过在静磁场中位于不同分子结构中的氢质子所在的共振频率差异来辨别和检测不同的化合物。
应用这一技术可以有效的检测出患者脑部的生理或者病例变化的多种代谢化合物，包括能够传到兴奋的神经递质谷氨酸及其前体谷氨酰胺复合物、神经胶质细胞增生标志物肌醇以及胆碱、乳酸等。
阿尔茨海默病（AD）是老年性痴呆最为常见的病因，目前关于阿尔茨海默病及容易转化为阿尔茨海默病的遗忘型轻度认知损害（aMCI）的研究是神经认知科学关注的焦点与热点问题［1—2］。
阿尔茨海默症在神经影像学上主要表现在MRI的晚期形态学改变，晚期会出现广泛性脑萎缩，其中以颞叶内侧以及海马萎缩最为显著。
而在体 1 H⁃MRS 技术作为一种无创的功能性神经影像学检查方法，可以显示脑内神经生化代谢改变，有助于发现常规形态学成像所不能显示的病理变化，对阿尔茨海默病的早期诊断及鉴别诊断、预测进展及转归、评价治疗效果等具有广阔的临床应用价值[3]。
而颅脑肿瘤是指存在于颅腔内的神经系统性肿瘤，其中最为常见的是胶质瘤、脑膜瘤和转移瘤；磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)是评价颅脑肿瘤的首选检查方式，可为肿瘤定位、定性提供有效信息，但当临床表现不支持或影像表现不典型时，常规MRI序列在信息获取上有一定缺陷，不利于临床诊断顺利进行[4]。
随着MRI技术发展，多模态MRI成像技术应用不断推广，且不同技术有各自的独特优势，能为肿瘤诊断提供更丰富的影像信息，其作为常规MRI的有力补充，在颅脑肿瘤诊疗中应用越来越受重视[5，6]。
磁共振波谱分析
磁共振波谱分析摘要:磁共振波谱（MRS）是一种新的脑功能检查技术和唯一无创性检测活体组织器官能量代谢、生化改变和特定化合物定量分析的技术。
MRS是在MRI形态学诊断的基础上，从代谢方面对病变进一步研究。
【MRS的定义与基本原理】磁共振波谱（MRS）是一种新的脑功能检查技术和唯一无创性检测活体组织器官能量代谢、生化改变和特定化合物定量分析的技术。
MRS是在MRI形态学诊断的基础上，从代谢方面对病变进一步研究。
MRS的原理在某些方面与MRI相同，要求短的射频脉冲以激励原子核，采集到的信号称为自由感应衰减信号，将这种信号通过傅立叶转换变成波谱。
MRS成像的基本原理是依据化学位移和J-耦合两种物理现象。
由于化学位移不同，不同化合物可以根据其在MRS上共振峰的位置不同加以区别。
化学位移采用磁场强度的百万分之一为单位（part per million，ppm）。
共振峰的面积与共振核的数目成正比，反映化合物的浓度，因此可用来定量分析。
峰值在横轴上的位置代表物质的种类，波峰的高度或波峰下的面积代表物质的数量，化合物的含量亦可用图谱色阶表示。
【人脑常见的代谢物及其意义】1.N-乙酰天门冬氨酸（NAA）在正常脑1HMRS中NAA是最高的峰，位于2.02ppm。
它主要存在于成熟的神经元内，是神经元的内标物，其含量的多少可反映神经元的功能状态。
NAA含量的降低代表神经元的缺失。
肿瘤、多发性硬化、梗死、缺氧、神经细胞变性疾病、代谢性疾病及脱髓鞘疾病等均可引起NAA浓度的下降；不含神经元的脑部肿瘤（如脑膜瘤、转移瘤）MRS显示NAA缺失。
在婴儿脑发育、成熟过程中以及神经损伤后轴索恢复中NAA会升高。
Canavan病（中枢神经系统海绵状变性）是唯一可以引起NAA增高的疾病，是由于该病人体内缺乏NAA水解酶。
2.胆碱（Cho）包括磷酸胆碱、磷脂酰胆碱及磷酸甘油胆碱，反映脑内总胆碱储备量，波峰位于3.2ppm。
Cho是乙酰胆碱和磷脂酰胆碱的前体，是细胞膜磷脂代谢的成分之一，参与细胞膜的合成与代谢，Cho峰的高低可以作为肿瘤细胞增殖的指标。
磁共振波谱成像技术（MRS）02：如何阅读MRS谱线
磁共振波谱成像技术（MRS）02：如何阅读MRS谱线⼀、最最基础的MRS原理在上⼀篇帖⼦我骗了⼤家，在阅读MRS谱线前还是得说MRS的原理的，否则的话没法说下去！当然，我们也可以玩玩⽂字游戏，不说“MRS原理”，⽽说“MRS定义”。
MRS定义：⼈体各种组织的代谢产物不尽相同，MRS就是通过检测感兴趣区（⼀般称为“体素”）代谢产物的类型和浓度，并绘制成曲线，以此判断体素的性质。
各种代谢物在MRS谱线上表现为⼀个个⾼度不同的波峰。
MRS谱线横轴是化学位移频率，单位为ppm，各种代谢产物在横轴上有固定的位置，必须熟记。
MRS谱线纵轴是代谢物的浓度，也就是代谢物波峰的⾼度。
阅读MRS谱线⾸先是识别每⼀个波峰在横轴上的位置，由此判断是哪种代谢产物；然后再研究波峰的⾼度，并与相应正常组织进⾏⽐较，从⽽得出结论。
下⾯这张图⼀定要反复琢磨：⼆、最最重要的代谢物频率、浓度表这是⼀件⾮常痛苦的事情：以下这张代谢物频率、浓度表⼀定要熟记！我已经背了⼀个星期了，再看到MRS谱线还是弄不清楚哪个是哪个。
0.9-1.3ppm：lip 脂质正常脑组织中不可见。
1.33-1.35ppm：Lac 乳酸正常脑组织中不可见。
1.4-1.6ppm：Ala 丙氨酸正常脑组织中不可见。
2.02ppm：NAA N-⼄酰天门冬氨酸正常浓度6.5-9.7mmol，平均7.8mmol。
2.1-2.4ppm：GLx ⾕氨酸类化合物正常浓度Glu 10mmol，Gln 5mmol。
3.05ppm：Cr 肌酸正常浓度3.4-5.5mmol，平均4.5mmol。
3.20ppm：Cho 胆碱化合物正常浓度0.8-1.6mmol，平均1.3mmol。
3.56ppm：mI 肌醇正常浓度2.2-6.8mmol，平均3.8mmol。
3.65-3.8ppm：Glx ⾕氨酸类化合物正常浓度Glu 10mmol，Gln 5mmol。
3.93ppm：Cr 肌酸正常浓度3.4-5.5mmol，平均4.5mmol。
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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，以上（通常或）
高均匀度，B0的不均匀性必须小于
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（）。
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 。
不同TE对波谱的影响（PRESS）
o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。
o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。
兴趣区对MRS的影响
o兴趣区大小直接影响波谱曲线的准确性，过小信号相对较低；过大容易受周围组织
的干扰，产生部分容积效应。依据病灶大小决定，SV而言，对弥散病变，体素通常为
2cm×2cm×2cm，局灶性病变，体素可减小
o兴趣区定位注意：避开血管、血液成分、脑脊液、空气、脂肪、坏死区、金属、钙
化区和骨骼。上述区域易产生磁敏感伪影，降低分辨率和敏感性，掩盖代谢物的检出
匀场和水、脂抑制
o匀场：波谱反映的是局部磁场的瞬间变化，任何导致磁场均匀性发生改变的因素，
都可以引起波谱峰增宽或重叠，使MRS信噪比和分辨率降低
o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
o匀场和水抑制后: 半高全宽（FWHM)，头颅小于10Hz，肝脏小于20Hz；水抑制大于
95%
波谱评价
具有诊断质量的波谱应有平直的基线和明确的窄峰。
波谱检查不成功或出现非诊断性波谱的原因
o患者不能配合
o匀场不成功
o病灶存在大量的坏死、血液成分、钙化和黑色素
o手术金属夹产生磁化率伪影
o甘露醇治疗后会在出现波峰
o类固醇类药物治疗后影响代谢物的水平