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[神经与头颈] 磁共振波谱(MRS)在神经系统疾病中的应用

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发表于 2011-12-4 15:41 | 显示全部楼层 |阅读模式

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磁共振波谱(MRS) 是近年来用于临床的一门磁共振诊断技术,是迄今为止惟一能进行活体组织代谢定量分析的无创检测手段,能测出不同化合物在强磁场作用下所产生的不同化学位移(通常用PPM 表示) 峰值,从而对机体内
多种不同化合物进行相对定量分析。与MRI、CT 和脑血管造影等结构性影像技术相比,1H2MRS 提供了神经元的完整性、细胞的增生和衰变、能量代谢以及脑组织或肿瘤组织坏死等不同信息。因此,该技术在常见的神经系统疾病中起到越来越重要的作用,如脑卒中、癫痫、多发性硬化、人类免疫缺陷病毒(HIV) 脑病、痴呆、头颅外伤、运动神经元病以及各种脑白质疾病等.
一 原理:

MRS是一种利用磁共振现象和化学位移作用,进行一系列特定原子核及其化合物分析的方法。将人体置入外加主磁场中,核沿主磁场方向做陀螺样进动,核所受的磁场主要有主磁场决定。但是,也与核的磁旋比γ、核外电子云及临近质子的电子云有关。电子云的作用会屏蔽主磁场的作用,使的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产生的磁场差异被称为化学位移。当施加90ْْْْ 射频脉冲(radio frenquency pulse,RFP)后,使它们从Z轴自旋到X轴上,停止Rf后,自旋核便以进动方式回到它们原来的Z轴位置,称为驰豫(relaxation)。接收线圈在驰豫时间内能接收到一种随时间变化而呈指数衰减的信号——自由感应衰减信号(free indication decay,FID)。经过傅立叶转换产生了按频率分布的函数值,即磁共振波谱。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Lamour进动频率的微小差别,导致磁共振波谱的差别。能代表其特性的参数有磁共振频率、峰值、半高宽度。半高宽度受横向驰豫时间T2、外磁场的均匀度及样品内在因素的影响,并反映其变化。同时可测曲线下面积,因共振峰面积与共振核数目成正比,反映化合物浓度,因此可用来定量分析。
目前MRS不仅能对1H、31P等原子核,还能对13C、19F、23Na、39K等许多微量化合物进行波谱测定,其敏感度与被检测原子核的自旋量子数、自然丰度、相对灵敏度、磁场强度及磁场均匀性等多种因素有关。氢原子核因只含有一个质子,其波谱也称质子磁共振波谱。且氢原子核占人体原子核数量的2/3左右,自然丰度及相对灵敏度高,其相对灵敏度是31P的16倍,是人体磁共振信号的主要来源,故质子磁共振波谱容易成功。



二 、1H-MRS 的神经生化基础

 人脑中神经化合物有上百种,1H-MRS 能够测得的有以下较为常见几种,其中长的回波时间( TE) 和短的回波时间时所测得的成分不同。
 1. N-乙酰天门冬氨酸(NAA) :NAA 是一种神经系统重要标记物,在成熟脑组织仅存在于神经元和轴索中,在神经元损伤时会明显下降,波峰位于2. 0ppm 处,正常人其峰值最高,峰值下降可见于多种累及神经元或轴索的神经系统疾病中,如脑梗死、脑肿瘤、癫痫、多发性硬化和神经系统变性病。NAA 特异性升高见于Canavan’s 病,为一种遗传性脑白质营养不良,因缺乏NAA 水解酶所致。

 2. 胆碱化合物峰(Cho) :Cho 反映脑内总胆碱含量,包括磷酸胆碱、磷脂酰胆碱和磷酸甘油胆碱,波峰位于3. 2ppm位移处,其峰值的高低是由膜磷脂中的胆碱浓度决定的,通常与细胞膜的合成和分解代谢有关。它的变化反映神经细
胞的损伤程度 ,在脱髓鞘疾病和脑肿瘤中Cho 峰值升高,而在髓鞘减少的患者中却发现Cho 减低。

 3. 肌酸(Cr) 峰值:Cr 反映肌酸和磷酸肌酸的总和,位于3. 0ppm 位移处,能够直接反映能量代谢情况。因为Cr 值一般不会随病理变化而变化,所以临床上通常用它作为参考值,对代谢信号强度进行标准化, 即通常计算NAA/ Cr、Cho/ Cr 等。但是高度恶性肿瘤时,由于能量代谢不能正常进行,则不能作为参照值。

 4. 正常情况下,质谱分析并不能发现乳酸峰(Lac) ,因为浓度低,无法检测。病理情况下,如能量代谢改变时(脑梗死、部分脑肿瘤、脑脓肿和线粒体脑病等) ,因为有氧代谢不能正常进行则可以在1. 32ppm 处出现异常的乳酸峰。

 5. 肌醇(mI) :mI 被认为仅存在于神经胶质细胞中,故将它作为胶质的标志物。在脱髓鞘疾病和老年痴呆病中,mI可以增高。
 
 6. 自由脂(Lip) :Lip 峰值位于0. 9~1. 3ppm ,正常脑组织中探测不到,因为它与细胞膜和髓鞘中的大分子结合所致,严重病理情况下,大分子崩解,导致Lip 释放,MRS 上即可显示Lip 峰。
 
 正常人的1H-MRS 通常出现三个波峰,其峰值的高低顺序为NAA、Cr 、Cho (有时Cho 高于Cr) 。有时可能出现mI峰,但峰值较低。


三、1H-MRS 与脑肿瘤
1H-MRS 可提供不同代谢产物增减的信息,包括细胞膜的增生、神经元的损害、能量代谢异常和坏死等。有研究表明,1H-MRS 能够鉴别颅内肿瘤与脑梗死,原发肿瘤和转移瘤,并能对肿瘤的恶性程度进行评估,特别是能鉴别恶性肿
瘤放疗后所产生的新病灶为肿瘤复发还是放射性脑病 。肿瘤区别于其他非肿瘤疾病如梗死或脓肿的重要特点是:肿瘤1H-MRS 表现为Cr 、NAA 峰值降低, Cho 峰值增高;而梗死或脓肿则三者均降低,并且发现随胶质瘤恶性程度的增加,Cho 峰值也逐渐升高, 且脂质峰值逐渐升高。Moller2Hartmann 等 对176 例颅内占位患者进行了分析,进一步证实了上述特点,而且发现在髓母细胞瘤中,Cho 峰值最高,Cr 显著降低,几乎消失。而转移瘤的脂质峰值最高,以此与
原发瘤鉴别。脑外肿瘤,如脑膜瘤或者神经鞘瘤则表现为NAA 明显减低甚至消失,因为脑组织外不存在神经元细胞。肿瘤复发区别于放疗后脑病的特征是Cho 峰值的升高,后者因为损伤导致的变性坏死导致Cho 峰值降低,NAA 降低甚至缺如。Tedeschi 等 对胶质瘤的患者进行了为期3. 5 年的随访研究,发现Cho 信号强度与病情的进展情况呈正相关,病情稳定者Cho 变化不明显,说明Cho峰值高低与病情相关。Preul 等对91 例符合星形细胞瘤、脑膜瘤和转移瘤
的患者进行了研究,其中90 例能够通过1H2MRS 得到正确的分类诊断。
肿瘤出现乳酸信号通常意味着存在能量代谢的异常,所以恶性肿瘤通常会出现。但是乳酸倍量并不能成为恶性肿瘤的标志。

四、1H-MRS 与多发性硬化(MS)
多发性硬化是一种自身免疫性疾病,临床上以复发缓解病程和病灶多处为特点。病理改变一直被认为与中枢神经系统白质脱髓鞘有关。头颅MRI 显示白质长T1 长T2 信号(脱髓斑) ,急性病程通常与脱髓鞘和周围水肿有关;慢性
病程则表现为胶质增生和少量的神经元丢失。上述改变在1H-MRS 中均可以检测出。急性期表现为Cho 峰值的升高与活跃的脱髓鞘后细胞膜的代谢产物胆碱化合物成分的释放有关;如果病情严重,则可以出现mI 和乳酸峰,前者与胶质细胞增生有关,后者则代表产生了无氧代谢。在1H-MRS 上可以见到NAA 的减低与轴索损害相关,而且已经证明了NAA 的减低程度与临床病程相关,在进展性病程时下降明显,而在复发缓解时变化幅度相对小。Tartaglia 等对MS 患者进行了1H-MRS 的随访研究,发现MRI 未显示病灶的白质区可以见到Cho 的升高,而12个月后则出现MRI 的异常信号,证实了1H-MRS 发现病灶的范围较MRI 更为广泛,并且预示着病灶的发生。Chard 等对27 例多发性硬化和29 例正常对照进行了研究,发现非病灶区白质(NAWM) 和皮层灰质(CGM) 也出
现Cho 的升高,NAA 的降低以及NAWM 区mI 的出现,不仅证实了存在上述的改变,而且证实MS 累及的范围不仅仅为MRI 上的病灶区,甚至出现更广泛的神经元和轴索变性以及白质区胶质细胞的增生。1H-MRS 对于MS 虽不特异,但它是一种敏感的、可重复的和非侵袭性工具,提供了急性多发性硬化活跃期的临床证据,因为可以提示上述的病理改变,因此可能为临床的治疗提供帮助 。
发表于 2012-2-20 14:50 | 显示全部楼层
不错的,学习了,谢谢!
发表于 2012-3-13 14:57 | 显示全部楼层
不错的,学习了,谢谢!
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