磁共振波譜在診斷顱內(nèi)腫瘤中應(yīng)用

1、磁共振波譜在診斷顱內(nèi)腫瘤中應(yīng)用Department of NeurosurgeryPeking University Peoples Hospital一 基礎(chǔ)理論Department of NeurosurgeryPeking University Peoples Hospital磁共振波譜(Magnetic resonance spectroscopy，MRS)概念 可檢測出活體組織代謝物的濃度，為MRI影像提供定量診斷依據(jù)可反映組織的代謝信息和狀態(tài)，來確定組織的性質(zhì)是目前唯一無創(chuàng)研究人體器官、組織代謝、生化改變及化合物定量分析的方法Department of NeurosurgeryPek

2、ing University Peoples Hospital磁共振波譜(Magnetic resonance spectroscopy，MRS)歷史20世紀(jì)40年代，國外最早開始研究波譜學(xué) 1946年，美國的Purcell和Bloch發(fā)現(xiàn)了核磁共振現(xiàn)象 5年后，Proctor和Yu提出核子的“化學(xué)位移(chemical shift)”20世紀(jì)50年代，國內(nèi)波譜學(xué)研究工作開始20世紀(jì)70年代，提出二維傅立葉變換概念，人體和動物的磁共振研究由此開始20世紀(jì)90年代，開始應(yīng)用于臨床Department of NeurosurgeryPeking University Peoples Hospita

3、l化學(xué)位移(chemical shift)在同一均勻磁場中，不同化合物的同一原子核由于其所處的化學(xué)環(huán)境不同，共振頻率就會有所差別，這種現(xiàn)象就是化學(xué)位移 單位:采用磁場強度（檢測物與參照物共振頻率相比得到的相對值） 的百萬分之一(ppm) 來表示，在MRS譜線上，橫座標(biāo)最右邊一點即中心頻率位置定義為零，其ppm值向左依次增加化學(xué)位移可將含有同種原子核的不同化合物根據(jù)其化學(xué)位移的程度在頻率軸上區(qū)別開來Department of NeurosurgeryPeking University Peoples Hospital磁共振波譜(Magnetic resonance spectroscopy，MR

4、S)原理每一帶電的原子核自旋即可在其周圍產(chǎn)生一微弱磁場，置于外加磁場，其自旋軸就會趨于平行或反方向于這個磁場方向施加射頻脈沖，處于低能狀態(tài)的原子核因吸收了能量而躍遷到高能狀態(tài)；射頻脈沖停止，高能態(tài)的原子核即弛豫(relaxation)或恢復(fù)到低能狀態(tài)，并以射頻脈沖信號的形式釋放出吸收的能量弛豫過程中自由感應(yīng)衰減(free induction decay,FID) 的射頻脈沖信號被檢測后，經(jīng)傅立葉轉(zhuǎn)換，所形成的頻率-信號強度曲線即磁共振波譜Department of NeurosurgeryPeking University Peoples Hospital氫質(zhì)子磁共振波譜(1H-MRS) 目前

5、，可用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域波譜研究的原子核有1H、31P、23Na、13C、19F、7Li等由于氫質(zhì)子1H較其他原子核在有機物結(jié)構(gòu)中具有高自然豐度和核磁感性，故做波譜分析時多采用1H1H-MRS在腦部疾病診斷中的應(yīng)用最為廣泛 如:腦腫瘤、腦梗塞、腦膿腫、腦炎、癲癇、家族性精神分裂癥、缺血缺氧性腦病、多發(fā)性硬化、肝性腦病、腦部的放射性損傷等Department of NeurosurgeryPeking University Peoples HospitalMRS的興趣區(qū)(region of intrest,ROI)先行磁共振檢查，在適當(dāng)?shù)臅r間里在磁共振上設(shè)定波譜磁共振檢查的靶區(qū)，擯棄周圍組織的影響，稱為

6、MRS的興趣區(qū)(region of intrest,ROI)對于腫瘤來說，ROI多選擇瘤內(nèi)實體區(qū)、壞死區(qū)、瘤周區(qū)等及與相應(yīng)解剖學(xué)部位對應(yīng)的對側(cè)正常區(qū) 瘤周區(qū)定義為T2WI上顯示為高信號而在增強T1WI上無強化的腫瘤周圍區(qū)域，約腫瘤周圍的2cm左右的區(qū)域目前人體研究1H-MRS的ROI為1-8mlDepartment of NeurosurgeryPeking University Peoples Hospital相對定量不同化合物可根據(jù)其MRS共振峰位置不同加以區(qū)別MRS共振峰面積與共振核數(shù)目成正比，反映了化合物的濃度測定絕對濃度會受到許多問題的困擾，如檢查條件的不同、共振峰的重疊、渦流導(dǎo)致峰

7、寬增寬等普遍采用的是兩種代謝物波峰下面積的比值，即相對定量的方法來代表代謝物的相對濃度相對定量的方法有利于自我調(diào)整成像儀、定位方法的差異和增益的不穩(wěn)定性，減少部分容積效應(yīng)Department of NeurosurgeryPeking University Peoples Hospital二 各種代謝物目前在大多數(shù)顱內(nèi)腫瘤1H-MRS表現(xiàn)為以下多種代謝物的局部腦組織中的濃度變化N-乙酰天門冬氨酸(N-aminosuccinic acid，NAA)膽堿(choline，Cho)肌酸(creatine，Cr)乳酸(lactic acid，Lac)脂質(zhì)(lipid，Lip)丙氨酸(alanine，A

8、la) 肌醇(myo-inosito，MI)谷氨酸復(fù)合物(glutamine，Glk) Department of NeurosurgeryPeking University Peoples Hospital1H-MRS檢測顱腦腫瘤的各種代謝物Department of NeurosurgeryPeking University Peoples HospitalN-乙酰天門冬氨酸(N-aminosuccinic acid，NAA)NAA存在于哺乳動物神經(jīng)元內(nèi)，被公認(rèn)是神經(jīng)元的內(nèi)標(biāo)志物(endogenous marker)NAA含量多少可反映神經(jīng)元的功能狀況及腦神經(jīng)元細(xì)胞的完整性，它的降低與神經(jīng)

9、元缺失及其軸突損傷有關(guān)波譜位于處，在正常1H-MRS中是最高的峰Department of NeurosurgeryPeking University Peoples HospitalN-乙酰天門冬氨酸(NAA)變化意義NAA的減少提示正常神經(jīng)元被破壞和/或被腫瘤細(xì)胞替代所致，其減少可能是一個漸進的過程NAA在腫瘤中心比腫瘤周圍下降更明顯，高級別膠質(zhì)瘤下降更多Canavan病是唯一NAA濃度增高的疾病 Canavan病亦稱中樞神經(jīng)海綿樣變性，是一種罕見的常染色體隱性遺傳病，致病基因定位于17p13-pter。病理特點為中樞神經(jīng)海綿樣變性。生化特點為天冬氨酸酰基轉(zhuǎn)移酶缺陷導(dǎo)致腦內(nèi)NAA堆積和尿N

10、AA增多。MRS顯示腦內(nèi)NAA波升高可作為確診本病的依據(jù)Department of NeurosurgeryPeking University Peoples Hospital膽堿(choline，Cho)Cho主要存在于細(xì)胞膜上，是細(xì)胞膜磷脂代謝的中間產(chǎn)物，包括膽堿、磷酸甘油膽堿、磷酸膽堿和磷脂酰膽堿，反映腦內(nèi)總的膽堿量Cho與腫瘤轉(zhuǎn)移和細(xì)胞的生長活性相關(guān)，濃度升高反映腫瘤細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)增加，細(xì)胞增殖，膠質(zhì)增生Cho的波譜位于處Department of NeurosurgeryPeking University Peoples Hospital膽堿(Cho)變化意義Cho在腫瘤邊緣增加比中心高

11、，實體部分比囊性部分高Cho與膠質(zhì)瘤級別有很好相關(guān)性。腫瘤的惡性程度越高，生長越快，細(xì)胞分裂增殖越活躍，具有越高的Cho值Tedeschi等在隨訪的腦膠質(zhì)瘤患者中，病情進展病例的Cho升高率45%，而病情穩(wěn)定病例Cho升高率2.301.352時，患者1年生存率為20%，而Lac/NAA值2時，患者1年生存率為85%Rabinov等以Cho/Cr比值作為診斷指標(biāo)，認(rèn)為此值即可診斷膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)，則考慮為治療后改變Zeng等把或/(和作為區(qū)分復(fù)發(fā)和壞死的標(biāo)準(zhǔn)Cho明顯增高及合并Lac、NAA、Cr的異常，提示膠質(zhì)細(xì)胞瘤治療后復(fù)發(fā)；治療后Cho下降或保持穩(wěn)定者，則腫瘤生長受到抑制 膠質(zhì)瘤放療3個月后MR

12、S見依舊明顯增高Cho峰、下降的Cr峰表明腫瘤細(xì)胞仍存在對應(yīng)右側(cè)額葉MRSCr Cr Cho Cho NNA 級星形細(xì)胞瘤術(shù)后及放療后1年 MRS見NNA、Cho、Cr峰均消失無復(fù)發(fā)跡象對應(yīng)右側(cè)額葉MRSCr Cho NNA 級星形細(xì)胞瘤術(shù)后2年復(fù)發(fā)MRI提示原手術(shù)病灶未見明顯異常MRS見Cho峰增高提示復(fù)發(fā)對應(yīng)右側(cè)額葉MRSCr Cho NNA Cho NNA Department of NeurosurgeryPeking University Peoples Hospital四 腦膜瘤的1H-MRS的表現(xiàn)腦膜瘤的1H-MRS表現(xiàn)腦膜瘤無神經(jīng)元，故理論上無NAA峰膽堿(Cho)升高 出現(xiàn)特

13、征性丙氨酸(Ala)峰可出現(xiàn)谷氨酸(Glx)峰 強化區(qū)域外沒有病理性波譜Lip峰出現(xiàn)提示惡性腦膜瘤可能 -有時可見較低的峰，原因是腫瘤侵犯正常腦組織或部分容積效應(yīng)所致 -各型腦膜瘤中沒有顯著性差異Cho Cr2 CrAlaNNA-對腫瘤細(xì)胞具有化學(xué)抵抗作用-并非所有腦膜瘤均會出現(xiàn)-非侵襲性腫瘤的特征 左額頂腦膜瘤NAA消失Cho升高出現(xiàn)丙氨酸Ala峰瘤周的MRS表現(xiàn)Cho Cho NAA Cr Cr Ala 左枕葉腦膜瘤NAA下降至消失Cho明顯升高Cr明顯下降出現(xiàn)丙氨酸Ala峰瘤周的MRS表現(xiàn)Cho Cho NAA Cr Cr Ala NAA 右顳葉腦膜瘤Cho CrCr2NNA周邊區(qū)接近正

14、常實質(zhì)區(qū)NAA峰消失Cho峰明顯增高可見特征性的丙氨酸Ala峰Cho AlaCr2NNA右額頂部鐮旁纖維細(xì)胞型腦膜瘤實質(zhì)區(qū)NAA峰消失Cho峰增高可見丙氨酸Ala、乳酸Lac、脂質(zhì)Lip、谷氨酸GLX、峰Cho GLx GLx Ala Lip Lac GLx Lac 水腫區(qū)亦可見GLx、Lac峰 惡性腦膜瘤MRS表現(xiàn)Cho GLx GLx Ala 水腫區(qū)可見谷氨酸GLx峰可見丙氨酸Ala峰 Cho Lip GLx GLx 壞死區(qū)脂質(zhì)Lip為第一高峰 Cho NNA Cr 對側(cè)正常區(qū) 未見NAA峰顯示Cho峰升高谷氨酸GLx峰呈梯狀谷氨酸Glx峰較顯著可見丙氨酸Ala峰可見乳酸Lac/脂質(zhì)Lip

15、峰Cho GLx GLx Ala Lip 瘤體區(qū)腦膜瘤術(shù)后復(fù)發(fā)的MRS表現(xiàn)腫瘤復(fù)發(fā)時，由于進行性生長腫瘤的邊緣巨噬細(xì)胞吞噬不移動的腦脂質(zhì)和壞死腫瘤細(xì)胞分解代謝，脂質(zhì)Lip明顯增加腫瘤復(fù)發(fā)常繼發(fā)正常血管網(wǎng)的破壞，乳酸Lac含量增加 Cho/Cr比值在殘留和復(fù)發(fā)的腫瘤中明顯高于術(shù)后反應(yīng)性損傷區(qū)Department of NeurosurgeryPeking University Peoples Hospital五 轉(zhuǎn)移瘤的1H-MRS的表現(xiàn)轉(zhuǎn)移瘤的1H-MRS表現(xiàn)轉(zhuǎn)移瘤特點：NAA消失，Cho明顯增高，Cr下降，Cho/Cr比值升高，可出現(xiàn)乳酸Lac峰和脂質(zhì)Lip峰轉(zhuǎn)移瘤和膠質(zhì)瘤瘤體強化部分各代謝

16、物比值相似瘤周Cho/Cr比值是鑒別膠質(zhì)瘤和轉(zhuǎn)移瘤的重要手段；轉(zhuǎn)移瘤強化之外區(qū)域沒有病理性波譜 兩種腫瘤瘤周區(qū)病理上是不一樣的：膠質(zhì)瘤周圍有腫瘤細(xì)胞的散在浸潤，轉(zhuǎn)移瘤瘤周無腫瘤細(xì)胞存在膠質(zhì)瘤與腦轉(zhuǎn)移瘤瘤周特點的鑒別Department of NeurosurgeryPeking University Peoples Hospital分類膽堿Cho峰 肌酸Cr峰 肌醇MI峰 脂質(zhì)Lip峰 Cho/Cr值 瘤周波譜形態(tài) 膠質(zhì)瘤 明顯升高輕度下降 可見7.048.18 2.281.24較大的Cho峰 轉(zhuǎn)移瘤 與正常相似明顯下降 無 9.608.03 0.760.23 與正常相似轉(zhuǎn)移瘤不同部位的MRS

17、比較圖對側(cè)正常區(qū)腫瘤周圍區(qū)與正常波譜相似 腫瘤強化區(qū)NAA降低Cho升高 Cho Cr Cho Cr Cho Cr NNA NNA NNA ROI選擇腫瘤強化區(qū)腫瘤周圍區(qū)對側(cè)正常區(qū)右額葉腦轉(zhuǎn)移瘤Cho明顯升高NAA明顯降低Cr明顯下降 對側(cè)正常MRSCho NAA Cr Lip Cho ROI選擇在增強部分及對側(cè)正常腦實質(zhì)部分選取感興趣區(qū)Cr NAA 左頂葉腦轉(zhuǎn)移瘤Cho峰略降低NAA及Cr峰顯示不清出現(xiàn)明顯的脂質(zhì)Lip峰 對側(cè)正常MRSCho NAA Cr Lip Cho ROI選擇在增強部分及對側(cè)正常腦實質(zhì)部分選取感興趣區(qū)左枕葉轉(zhuǎn)移瘤 NAA峰顯著降低Cr峰顯著降低Cho峰明顯增高可見脂質(zhì)

18、Lip峰 周邊水腫區(qū)MRS與正常MRS無顯著區(qū)別Cho NAA Cr Lip Cho ROI選擇 在腫瘤實質(zhì)區(qū) 和周邊水腫區(qū)Cr2 NAA Cr Cr2 轉(zhuǎn)移瘤MRS的乳酸Lac和脂質(zhì)Lip峰主要表現(xiàn)為向下的乳酸Lac雙峰降低非常明顯的Cr峰和NAA峰可見見高尖的脂質(zhì)Lip峰NAA,Cr,Cho峰均減低 Lac LipDepartment of NeurosurgeryPeking University Peoples Hospital六 淋巴瘤的1H-MRS的表現(xiàn)淋巴瘤的1H-MRS表現(xiàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤特點：NAA幾乎完全喪失，Cr降低，Cho和乳酸Lac升高明顯，脂質(zhì)Lip峰出現(xiàn)，肌醇M

19、I表現(xiàn)正常明顯升高的脂質(zhì)Lip峰是原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤特征表現(xiàn)與膠質(zhì)瘤類似，在 增強區(qū)域以外仍可 測得病理波譜Cr2 Cho Cr NAA Lip 右額葉淋巴瘤 Cho NAA Cr Lip NAA及Cr明顯消失Cho明顯升高出現(xiàn)特征的脂質(zhì)Lip峰雙側(cè)額葉B細(xì)胞型淋巴瘤 ROI選擇1、2選擇在增強區(qū)；3選擇在瘤周區(qū)；4選擇在正常區(qū)雙側(cè)額葉B細(xì)胞型淋巴瘤 強化區(qū)可見 NAA峰降低Cho峰升高脂質(zhì)Lip峰出現(xiàn) 瘤周區(qū)近于正常Cho NAA Cr Lip Cho Cho Cho Cr Cr Cr NAA NAA NAA Lip 正常區(qū)瘤周區(qū)腫瘤強化區(qū)右側(cè)額葉深部B細(xì)胞型淋巴瘤 ROI選擇1、2選擇在增強區(qū)；3選擇在瘤周區(qū)；4選擇在正常區(qū)雙側(cè)額葉B細(xì)胞型淋巴瘤 強化區(qū)可見 NAA峰及Cr峰 明顯降低Cho峰升高Lip峰出現(xiàn) 瘤周區(qū)近于正常Cho NAA Lip Cho Cho Cho Cr Cr NAA NAA Lip 腫瘤強化區(qū)正常區(qū)瘤周區(qū) 雙側(cè)額葉及胼胝體淋巴瘤 Lip 出現(xiàn)特征的脂質(zhì)Lip峰Department of NeurosurgeryPekin