MRS在神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究中的應(yīng)用

1、2021/6/161MRSMRS在神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究中的應(yīng)用在神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究中的應(yīng)用2021/6/162主要內(nèi)容 MRS簡(jiǎn)介及分類 MRS幾種代謝物的意義 在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的研究現(xiàn)狀 癲癇 腦腫瘤（膠質(zhì)瘤、腦膜瘤、轉(zhuǎn)移瘤） 腦缺血和腦梗死 炎癥 鑒別診斷 阿爾茨海默病 帕金森氏病 多發(fā)性硬化 MRS存在問(wèn)題 2021/6/163磁共振波譜磁共振波譜 (magnetic (magnetic resonance spectroscopyresonance spectroscopy，MRS)MRS) 是一種利用核磁共振現(xiàn)象和化學(xué)位移作用進(jìn)行一系列特定原子核及其化合物分析的方法，能檢測(cè)活體組織器官能量

2、代謝、生化改變的一種無(wú)創(chuàng)性技術(shù)。隨著高場(chǎng)強(qiáng)、高性能設(shè)備的問(wèn)世，其靈敏度不斷提高，近10余年來(lái)已逐漸地應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用中。2021/6/164MRS分類根據(jù)檢測(cè)體素分類：1 單體素質(zhì)子譜（singlevoxel MRS） 選擇性采集一個(gè)感興趣區(qū)體素的譜線2 多體素質(zhì)子譜（multivoxel MRS） 在一次數(shù)據(jù)采集中獲得感興趣區(qū)中多個(gè)體素的譜線，可以同時(shí)反 映多個(gè)部位代謝物的空間分布。采集的多體素頻譜可組成圖像， 通過(guò)計(jì)算機(jī)處理，也可顯示單一代謝物的分布圖像，故多體素 MRS常常又稱為磁共振頻譜成像（magnetic resonance spectroscopy imag

3、ing，MRSI）或磁共振化學(xué)位移成像（MR chemical shift imaging）。3 MRS三維波譜 三維MRS可直接進(jìn)行三維數(shù)據(jù)采集,也可先行多層面MRS采集,然后 再重建三維MRS,后者可以進(jìn)行任意角度重建,便于臨床醫(yī)生觀察, 有良好的臨床應(yīng)用前景。2021/6/165MRS 測(cè)定的原子核有1H、31P、13C和19F等。 由于1H在人體內(nèi)含量最為豐富，所以磁共振氫頻譜（1HMRS）的應(yīng)用最為廣泛，也是活體MRS中檢測(cè)靈敏度最高的。它能夠同時(shí)檢測(cè)到多種代謝物，如N乙酰天冬氨酸、膽堿化合物、 乳酸、 肌酸、 肌醇、谷氨酸和谷氨酰胺復(fù)合物，此外還可以測(cè)定氨基丁酸、葡萄糖、乙醇和酮體

4、等。2021/6/166 氮乙酰天門冬氨酸(Nacetylaspartate，NAA):共振峰位于2.02ppm處,主要存在于神經(jīng)元及其軸索,是神經(jīng)元的標(biāo)志物，NAA含量降低,反映神經(jīng)元丟失或能量代謝障礙; 乙酰膽堿(choline，Cho):共振峰位于3.2ppm處,其與細(xì)胞膜磷脂分解和合成有關(guān),參與細(xì)胞膜的構(gòu)成。Cho峰增高提示細(xì)胞分裂增值活躍,以及細(xì)胞膜代謝異常增高。 肌酸和磷酸肌酸(creatine and phosphocreatine，Cr+PCr):Cr共振峰見(jiàn)于3.0和3194ppm,作為高能磷酸鹽的儲(chǔ)備形式和ADP及ATP的緩沖劑; - 氨基丁酸 (aminobutyric

5、acid，GABA) 是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的一種主要抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，具有抗傷害作用。2021/6/167 谷氨酰胺和谷氨酸復(fù)合物：是興奮毒性作用的神經(jīng)遞質(zhì)。 肌醇(myoinositol,MI):MI共振峰主要位于3.56和3165ppm處，具有調(diào)節(jié)滲透壓，營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，抗氧化作用及生成表面活性物質(zhì)。 乳酸(lactate,Lac):共振峰位于1.3和4.1ppm，是無(wú)氧酵解的產(chǎn)物，見(jiàn)于腦缺血缺氧等病理狀態(tài)。因此，其檢出對(duì)缺血缺氧疾病的診斷和治療有非常重要的意義。2021/6/168癲癇診斷 MRS檢查發(fā)現(xiàn)顳葉癲癇病灶側(cè)顳葉NAA峰減低.Cr和Cho峰升高,MRS的定位診斷與EEG和PET結(jié)果有很高的

6、一致性.由于實(shí)際操作中Cr和Cho峰難以完全分開(kāi),國(guó)內(nèi)外均以NAA/(Cr+Cho)比值作為顳葉癲癇定量診斷指標(biāo),該值降低被認(rèn)為是定量診斷最敏感的指標(biāo)之一.此外,有資料顯示NAA降低與癲癇發(fā)作頻率密切相關(guān),切除癲癇病灶后,NAA水平還可恢復(fù)至正常甚至更高水平.所以MRS還可用于監(jiān)測(cè)抗癲癇藥物療效。2021/6/169圖BI傾斜冠狀重度T2加權(quán)像，未見(jiàn)明顯器質(zhì)性病變，分別在其雙側(cè)海馬區(qū)設(shè)置VOI(右側(cè)為VOI1，左側(cè)為VOI2 )，圖B2分別顯示VOII, V012譜線，可見(jiàn)右側(cè)海馬區(qū)NAA峰值含量降低。圖B3為以NAA信號(hào)強(qiáng)度為灰階的偽彩圖與傾斜冠狀重度T2加權(quán)像融合像，雙側(cè)海馬區(qū)直接觀察未見(jiàn)

7、明顯差異。圖B4為以Cho/NAA信號(hào)強(qiáng)度比值為灰階的偽彩圖與傾斜冠狀重度T2加權(quán)像融合像，右側(cè)海馬區(qū)可見(jiàn)明顯增高，增高范圍較明確，與EEG檢查結(jié)果吻合2021/6/1610膠質(zhì)瘤膠質(zhì)瘤膠質(zhì)瘤是最常見(jiàn)的腦內(nèi)腫瘤膠質(zhì)瘤是最常見(jiàn)的腦內(nèi)腫瘤, ,其其MRSMRS表現(xiàn)為表現(xiàn)為NAANAA峰降低峰降低,Cho,Cho峰升高峰升高,NAA/Cr,NAA/Cr和和NAA/ChoNAA/Cho比值降低比值降低,Cho/Cr,Cho/Cr比值升高比值升高, ,部部分病例在分病例在1.3ppm1.3ppm處可見(jiàn)向上的脂質(zhì)處可見(jiàn)向上的脂質(zhì)(Lipids,Lip)(Lipids,Lip)峰或倒峰或倒置的置的LacLa

8、c峰峰. .TtmiyaTtmiya等發(fā)現(xiàn)等發(fā)現(xiàn)級(jí)星型細(xì)胞瘤的級(jí)星型細(xì)胞瘤的Cho/CrCho/Cr比值比值低于低于級(jí)和級(jí)和級(jí)星型細(xì)胞瘤級(jí)星型細(xì)胞瘤, ,認(rèn)為認(rèn)為Cho/CrCho/Cr比值升高與腫瘤比值升高與腫瘤組織學(xué)分級(jí)程度呈正相關(guān)組織學(xué)分級(jí)程度呈正相關(guān), ,提示該指標(biāo)有鑒別診斷價(jià)值提示該指標(biāo)有鑒別診斷價(jià)值。KumarKumar等提出等提出NAANAA減低是神經(jīng)元丟失的結(jié)果減低是神經(jīng)元丟失的結(jié)果,NAA/Cho,NAA/Cho越低越低，神經(jīng)元破壞得就越嚴(yán)重神經(jīng)元破壞得就越嚴(yán)重。研究發(fā)現(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)Cho/CrCho/Cr和和NAA/ChoNAA/Cho在低在低級(jí)和高級(jí)膠質(zhì)瘤中的敏感度分別為級(jí)和

9、高級(jí)膠質(zhì)瘤中的敏感度分別為73%73%和和86%,86%,特異度分別特異度分別為為94%94%和和96%96%。2021/6/16112021/6/16122021/6/1613腦膜瘤腦膜瘤MRS成像在腦膜瘤良惡性分級(jí)中具有重要價(jià)值。Ala峰的出現(xiàn)對(duì)于腦膜瘤診斷具有重要意義,而1.3ppm處Lip的出現(xiàn)提示惡性腦膜瘤診斷;瘤周水腫區(qū)Cho峰升高提示惡性腦膜瘤存在瘤周浸潤(rùn)。2021/6/1614Although the diagnosis of meningioma iseasily done by means of magnetic Resonance imaging, proton magn

10、etic resonance spectroscopy may be useful in atypical cases. In such tumors there is a pronounced rise in choline levels, associated with absence or considerable reduction of N-acetylaspartate.Presence of an alanine peak can confirm the diagnosis。2021/6/16152021/6/1616腦轉(zhuǎn)移瘤 腦轉(zhuǎn)移瘤的原發(fā)腫瘤來(lái)原于腦外其它組織,腫瘤內(nèi)部無(wú) 神

11、經(jīng)元存在,其MRS表現(xiàn)為Cho顯著升高,Cr減少或消失 Cho/Cr比值升高,無(wú)NAA峰,可出現(xiàn)Lac峰和Lip峰,這與 腫瘤細(xì)胞增殖旺盛和有絲分裂增加導(dǎo)致細(xì)胞膜代謝異 常增高、能量耗竭、糖無(wú)氧酵解增加有關(guān)。 Sijens等通過(guò)與MRI對(duì)比研究發(fā)現(xiàn),盡管1HMRS不能識(shí) 別轉(zhuǎn)移瘤的來(lái)源,卻能區(qū)分常規(guī)影像不能鑒別的孤立轉(zhuǎn) 移灶,并可對(duì)轉(zhuǎn)移瘤進(jìn)行分期;早期轉(zhuǎn)移瘤只含有Cho峰, 中期轉(zhuǎn)移瘤含有Lip峰和略高的Cho峰,晚期轉(zhuǎn)移瘤含有 Lac峰和低的Cho峰。2021/6/1617Cho/Cr可用于腫瘤的鑒別診斷,Cho/Cr大于2.48時(shí)診斷轉(zhuǎn)移瘤和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的正確率分別為88.9%和60.0%

12、,當(dāng)Cho/Cr小于2.48時(shí)診斷放射性壞死和腦梗死的正確率分別為71.4%和100%.對(duì)于轉(zhuǎn)移瘤和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的進(jìn)一步鑒別,73.7%轉(zhuǎn)移瘤存在Lip峰,NAA峰缺失,而在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中僅有10.0%. Ala峰增高被認(rèn)為是腦膜瘤的特征性波峰,神經(jīng)鞘瘤/轉(zhuǎn)移瘤MRS中無(wú)Ala或Glx峰,神經(jīng)鞘瘤出現(xiàn)Mi峰升高,以此可以區(qū)分腦膜瘤,神經(jīng)鞘瘤,轉(zhuǎn)移瘤.環(huán)形強(qiáng)化的各種腦內(nèi)病變的鑒別2021/6/1618其他類型腦腫瘤目前,對(duì)其他腦腫瘤MRS的文獻(xiàn)報(bào)道較少,已知轉(zhuǎn)移瘤、淋巴瘤和結(jié)核瘤的Lip峰增高,但是淋巴瘤Lac峰相對(duì)更明顯,結(jié)核瘤的Cho峰不高。2021/6/1619腦梗死和腦缺血的診斷 腦梗死

13、病灶發(fā)生以下代謝改變:在常規(guī)MRI未見(jiàn)異常改變時(shí),MRS即能早期發(fā)現(xiàn)Lac峰,對(duì)發(fā)病24h梗死區(qū)在T2WI上呈高信號(hào)者,MRS出現(xiàn)Lac峰的范圍常大于T2WI的病灶范圍,并且梗死區(qū)中央Lac水平高于周邊,大腦中動(dòng)脈阻塞所致梗死區(qū)的Lac水平高于其他部位的腦梗死灶,腦梗死病灶一旦出現(xiàn)通常在Lac峰出現(xiàn)后,腦梗死病灶才有NAA峰下降,大腦中動(dòng)脈區(qū)腦梗死的NAA降低顯著重于其他部位的腦梗死灶,Lac峰水平最高的部位一般就是NAA降低最嚴(yán)重的部位;Cr和Cho峰的改變不如Lac和NAA那樣恒定,而且文獻(xiàn)報(bào)道尚無(wú)統(tǒng)一意見(jiàn)。 2021/6/1620 Giroud等對(duì)短暫性腦缺血發(fā)作(transient i

14、schemic attack,TIA)進(jìn)行MRS研究,在TIA發(fā)作后的3天內(nèi),對(duì)腦功能異常區(qū)和對(duì)側(cè)相同腦區(qū)進(jìn)行MRS檢查,結(jié)果發(fā)現(xiàn)功能異常區(qū)的NAA/Cr無(wú)明顯異常改變,而Lac峰升高,提示腦局部低灌注可能導(dǎo)致乳酸濃度升高,預(yù)示 該區(qū)是可能發(fā)展成腦梗死的高危區(qū)域。 2021/6/16212021/6/1622腦腫瘤與急性腦梗死鑒別診斷部分早期腦梗死伴重度占位效應(yīng),MRI表現(xiàn)與腦腫瘤類似,應(yīng)用MRS可區(qū)分腫瘤與急性腦梗死。梗死病灶的Cho/Cr正常,發(fā)病24h內(nèi)Lac峰明顯升高,提示腦缺血。2021/6/1623炎癥 The main application of proton magnetic

15、 resonance spectroscopy in inflammatory and infectious processes is the establishment of differential diagnoses between these processes and brain tumors.In focal inflammatory processes in patients with acquired immunodeficiency syndrome(aids), such as toxoplasmosis ,tuberculosis or cryptococcosis, p

16、roton spectroscopy shows a broad lipid peak and occasionally a lactate peak, with a decrease or absence of N-acetyl aspartate and slight increase of choline.In pyogenic abscesses, N-acetyl aspartate,creatine and choline peaks are not detected and the spectroscopic curve presents amino acid peaks, es

17、pecially succinate, acetate and cytosolic peaks, due to the great quantity of hydrolytic enzymes produced by bacteria, which results in elevated concentrations of proteins and amino acids.2021/6/16242021/6/1625阿爾茨海默病的診斷阿爾茨海默病的診斷 診斷通常根據(jù)典型的臨床特點(diǎn)，但確診只能在死后尸解。顯微鏡下被證實(shí)有細(xì)胞損失、廣泛分布的異常淀粉狀蛋白的沉積物所形成疏散的小的退化淀粉樣斑和由組

18、成腦細(xì)胞的正常桿狀蛋白質(zhì)混亂地纏結(jié)起來(lái)的原纖維纏結(jié).2021/6/1626阿爾茨海默病(Alzheimer.sdisease,AD)患者的NAA水平在海馬、顳葉、額葉、枕葉及腦白質(zhì)均明顯降低。Kantarci等對(duì)AD枕葉皮質(zhì)進(jìn)行MRS檢查,結(jié)果發(fā)MI/NAA可作為AD與正常腦老化和其他類型癡呆的鑒別診斷指標(biāo),NAA減少和MI升高可能與患者認(rèn)知功能減退程度相關(guān)。2021/6/1627Block等研究發(fā)現(xiàn)許多AD患者的NAA水平下降,mI升高;Dixon等研究發(fā)現(xiàn)AD患者左側(cè)海馬NAA水平顯著降低。Insausti等認(rèn)為如果MRI同時(shí)顯示海馬體積萎縮,則對(duì)AD診斷具有顯著性意義。且作者同時(shí)指出海馬

19、NAA水平顯著降低與個(gè)體認(rèn)知能力損傷密切相關(guān)。Kantarci等應(yīng)用1H-MRS對(duì)比研究AD老年輕度認(rèn)知損害(MCI)和正常人,認(rèn)為AD發(fā)病早期即出現(xiàn)mI/Cr的升高,并推測(cè)這與神經(jīng)炎造成的星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞增生有關(guān),病變繼續(xù)發(fā)展會(huì)導(dǎo)致DNA水平下降,由于上述改變?cè)谌唛g有較大重疊,其診斷價(jià)值有待于進(jìn)一步研究. Marjanska等用1H2MRS監(jiān)測(cè)B前體蛋白早老素聯(lián)合轉(zhuǎn)基因(APPPS1)鼠-B前體蛋白-早老素-聯(lián)合轉(zhuǎn)基因(APP2PS2)鼠野生鼠模型發(fā)現(xiàn)NAA/tCr,Glu/tCr水平隨年齡增長(zhǎng)均有所降低.NAA水平的降低被公認(rèn)為是AD患者病理及病情進(jìn)展的一個(gè)預(yù)測(cè)值,因此認(rèn)為NAA、Glu的1HMRS觀測(cè)結(jié)果同AD患者實(shí)