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

峰和正常脑组织大致相同，而其ChO信号峰值成倍增加，肿瘤内还可见小的NAA信号，这与胶质瘤浸润性生长的特点一致，这说明瘤体内仍残留少量神经元。约50％的胶质瘤内可见乳酸信号，高度恶性胶质瘤部分表现为NAA和Cr峰值，显著减低甚至完全缺乏，部分表现与低度恶性胶质瘤表现相似，出现这种差别的原因是胶质母细胞瘤结构的不均一性，即实体和坏死成分比例的差异。坏死区，Cho峰值下降而乳酸峰值提高，乳酸水平提高显示预后不良，对制定放疗计划非常重要。

4、脑缺血和脑梗塞的MRS

表现为NAA信号峰值降低，Cho峰值亦降低，这是与脑瘤不同的，但NAA降低的程度明显大于总Cr 和Cho的降低程度。新生儿缺氧所致的脑缺血损害表现为基底节NAA峰值明显降低，同时可有不同程度的乳酸信号，信号越高提示缺氧越严重。

5．Alzherimer病的MRS

NAA降低可以敏感，精确的反映Alzherimer病（AD）中神经元脱失的情况，研究证明AD患者NAA水平明显下降，MI水平升高，白质内见水平与痴呆的水平及持续时间密切相关，灰质的NAA／MI比率可以鉴别AD与正常脑。

6．其它

除了上述临床应用外，MRS在脑代谢性疾病、脑白质脱髓鞘疾病（尤其是对多发性硬化人颅脑外伤的愈后评价等多个领域都具有肯定的重要价值。比如，非酮性高甘氨酸血症患儿的1H-MAS可见多余甘氨酸信号。Ganavan氏病人可见特异性NAA信号升高。在脱髓鞘病变的急性斑块期，1H-MAS（显示胆碱化合物含

量浓度t，而当病情稳定时，NAA浓度则降低。这些研究结果表明1H-MAS可用来对急性期、慢性期直至病变后期的斑块的临床变化过程进行监测。近年来，许多文献还研究了脱髓鞘病变的特异峰值，从监测、治疗效果角度看，这些资料都是有价值的。

三、小结

目前，MRS作为无创伤性地研究人体器官组织代谢及生化改变，进行化合物定量分析的唯一方法，广泛用于肿瘤、缺血性脑卒中、脑出血、老年性痴呆、新生儿重症监护、脑外伤的预后、脑白质病变、感染性疾病以及艾滋病的临床和基础研究中。目前常用方法为PRESS序列单体素（Single V oxel）1H MRS，其操作方便、省时，但仍存在不足，主要是单体素面积设置不能过大也不能过小，其数据为一维性，不能提供病变区代谢异常的空间分布。其次，必须预先知道病灶部位基础上才能进行正确的体素定位，因此在应用方面受到一定制约。新开发的二维或M维MRS技术弥补了上述不足，简单地说它应用化学位移成像（CSI）一次可进行多体素MRS，可以得到二维或三维数据表，经计算机后处理可得到各代谢物分布图。此图可与常规MRT1或T2图象配准得到良好的背景参照，图象更直观。

可以相信随着技术的不断进步，MRS必将在疾病诊治中发挥越来越重要的作用。