DepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital磁共振波譜（MRS）在診斷顱內腫瘤中的應用

1整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital一基礎理論2整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital磁共振波譜(Magneticresonancespectroscopy，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可反映組織的代謝信息和狀態，來確定組織的性質是目前唯一無創研究人體器官、組織代謝、生化改變及化合物定量分析的方法3整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital磁共振波譜(Magneticresonancespectroscopy，MRS)歷史20世紀40年代，國外最早開始研究波譜學

1946年，美國的Purcell和Bloch發現了核磁共振現象5年后，Proctor和Yu提出核子的“化學位移(chemicalshift)”20世紀50年代，國內波譜學研究工作開始20世紀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90年代，開始應用于臨床4整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital化學位移(chemicalshift)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環境不同，共振頻率就會有所差別，這種現象就是化學位移

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位移可將含有同種原子核的不同化合物根據其化學位移的程度在頻率軸上區別開來5整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital磁共振波譜(Magneticresonancespectroscopy，MRS)原理每一帶電的原子核自旋即可在其周圍產生一微弱磁場，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，處于低能狀態的原子核因吸收了能量而躍遷到高能狀態；射頻脈沖停止，高能態的原子核即弛豫(relaxation)或恢復到低能狀態，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衰減(freeinductiondecay,FID)的射頻脈沖信號被檢測后，經傅立葉轉換，所形成的頻率-信號強度曲線即磁共振波譜6整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital氫質子磁共振波譜(1H-MRS)

目前，可用在醫學領域波譜研究的原子核有1H、31P、23Na、13C、19F、7Li等由于氫質子1H較其他原子核在有機物結構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、多發性硬化、肝性腦病、腦部的放射性損傷等7整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospitalMRS的興趣區(regionofintrest,ROI)先行磁共振檢查，在適當的時間里在磁共振上設定波譜磁共振檢查的靶區，擯棄周圍組織的影響，稱為MRS的興趣區(regionofintrest,ROI)對于腫瘤來說，ROI多選擇瘤內實體區、壞死區、瘤周區等及與相應解剖學部位對應的對側正常區

瘤周區定義為T2WI上顯示為高信號而在增強T1WI上無強化的腫瘤周圍區域，約腫瘤周圍的2cm左右的區域目前人體研究1H-MRS的ROI為1-8ml8整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital相對定量不同化合物可根據其MRS共振峰位置不同加以區別MRS共振峰面積與共振核數目成正比，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、渦流導致峰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整成像儀、定位方法的差異和增益的不穩定性，減少部分容積效應9整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital二各種代謝物10整理ppt目前在大多數顱內腫瘤1H-MRS表現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-aminosuccinicacid，NAA)膽堿(choline，Cho)肌酸(creatine，Cr)乳酸(lacticacid，Lac)脂質(lipid，Lip)丙氨酸(alanine，Ala)肌醇(myo-inosito，MI)谷氨酸復合物(glutamine，Glk)DepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital1H-MRS檢測顱腦腫瘤的各種代謝物11整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospitalN-乙酰天門冬氨酸

(N-aminosuccinicacid，NAA)NAA存在于哺乳動物神經元內，被公認是神經元的內標志物(endogenousmarker)NAA含量多少可反映神經元的功能狀況及腦神經元細胞的完整性，它的降低與神經元缺失及其軸突損傷有關波譜位于2.0ppm處，在正常1H-MRS中是最高的峰12整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospitalN-乙酰天門冬氨酸(NAA)變化意義NAA的減少提示正常神經元被破壞和/或被腫瘤細胞替代所致，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海綿樣變性。生化特點為天冬氨酸酰基轉移酶缺陷導致腦內NAA堆積和尿NAA增多。MRS顯示腦內NAA波升高可作為確診本病的依據13整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital膽堿(choline，Cho)Cho主要存在于細胞膜上，是細胞膜磷脂代謝的中間產物，包括膽堿、磷酸甘油膽堿、磷酸膽堿和磷脂酰膽堿，反映腦內總的膽堿量Cho與腫瘤轉移和細胞的生長活性相關，濃度升高反映腫瘤細胞膜結構增加，細胞增殖，膠質增生Cho的波譜位于3.2ppm處14整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital膽堿(Cho)變化意義Cho在腫瘤邊緣增加比中心高，實體部分比囊性部分高Cho與膠質瘤級別有很好相關性。腫瘤的惡性程度越高，生長越快，細胞分裂增殖越活躍，具有越高的Cho值Tedeschi等在隨訪的腦膠質瘤患者中，病情進展病例的Cho升高率>45%，而病情穩定病例Cho升高率<35%，無一例Cho無改變或下降15整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital肌酸(creatine，Cr)Cr是包括肌酸與磷酸肌酸，是高能磷酸化的儲備及ATP和ADP的緩沖劑Cr的濃度變化反映了能量代謝的信息，是細胞內能量的標志Cr的波譜位于3.02ppm處,另一峰(Cr2峰)位于3.94ppm處16整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital肌酸(Cr)變化意義Cr在腦內總量較恒定，不同代謝條件下均保持相對穩定，可作為其他峰的比值參考Cr在低級別膠質瘤中多正常，在高級別膠質瘤中，Cr的濃度稍有降低；同一腫瘤的高代謝區域較低代謝的區域的Cr濃度稍有降低多數學者的研究表明，低級別與高級別膠質瘤Cho/Cr、Cho/NAA值的升高有統計學意義，特別是Cho/Cr值與腫瘤的惡性程度具有正相關性，可以用來對膠質瘤進行分級17整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital乳酸(lacticacid，Lac)Lac峰出現是無氧酵解和Lac清除率降低的結果，提示腦組織缺血、缺氧，壞死腫瘤的能量代謝特點為糖酵解作用增強，故高級別膠質瘤中心及周圍的波譜中多出現Lac峰，但不是惡性腫瘤的可靠征象囊腫、膿腫、梗塞、壞死、術后缺損區或體積較大的良性腫瘤（因限制Lac的清除導致清除率下降）也出現Lac峰Lac的波譜位于1.33ppm處，在正常腦組織內探測不到18整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital脂質(lipid，Lip)Lip來源于腫瘤邊緣巨嗜細胞或壞死組織細胞將組織結構中脂肪分解為小分子脂質Lip與腫瘤的侵襲性有關，它的出現提示高級別膠質瘤或轉移瘤，常在腫瘤壞死區、未經治療的腫瘤中出現

在約40%的高級別膠質瘤中可見Lip峰，而低級別膠質瘤中出現的比率約為16%，且峰值有顯著差異單用Lip對星形細胞瘤分級不準確，而高Cho峰及Lip峰同時出現，更提示為高級星形細胞瘤Lip峰的波譜位于0.9-1.5ppm處，與Lac化學位移位置相近，所以經常與Lac被同時檢測

19整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital丙氨酸(alanine，Ala)

Ala來自于糖分解中的丙酮酸，是谷氨酰胺轉氨基和部分氧化作用大于糖酵解的結果Ala增高被認為是腦膜瘤的特征，但并非所有腦膜瘤均會出現膠質瘤內也可出現Ala峰，腦膜瘤的Ala/Cr比值比星形細胞瘤高3-4倍神經鞘瘤和轉移瘤無Ala峰Ala峰的波譜位于波譜曲線1.4ppm處20整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital肌醇(myo-inosito，MI)

MI是磷酸酰肌醇和磷酸磷脂酰肌酸的前體物，主要作用為調節滲透壓，營養細胞，抗氧化及生成表面活性物質低級別星形細胞瘤、間變性星形細胞瘤、膠質母細胞瘤的MI/Cr值依次降低，且存在顯著差別腦膜瘤、轉移瘤中見不到及MI峰神經鞘瘤的MI升高MI峰的波譜位于3.5ppm處21整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital谷氨酸復合物(glutamine，Glk)

谷氨酸(Glu)和谷氨酸鹽(Gln)這兩種代謝產物相鄰很近,通常由谷氨酸復合物(Glx)表示Glk是興奮性神經遞質，參與腦內氨的解毒，最終代謝產物是丙氨酸(Ala)Glx在腦膜瘤和少突膠質細胞瘤中相對于正常腦組織和星形細胞瘤是抬高的,因此其被認為是腦膜瘤和少突膠質細胞瘤的特征之一谷氨酸(Glu)和谷氨酸鹽(Gln)共振峰分別位于2.2-2.4ppm(β+γ峰)及3.6-3.8ppm(α峰)

22整理ppt正常的1H-MRS表現

NAACho

Cr

Cr2

正常Cho/Cr、Cho/NAA比值范圍約為0.789-0.545NAA/Cho比值的范圍約為1.267-1.835

23整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital三膠質瘤的1H-MRS的表現24整理ppt膠質瘤的1H-MRS表現N-乙酰天門冬氨酸(NAA)顯著下降膽堿(Cho)顯著升高

肌酸(Cr)不變或輕度下降可出現乳酸鹽（Lac/Lip）

NAA/Cr下降NAA/Cho減少Cho/Cr升高---腫瘤對神經元的破壞

---腫瘤細胞增殖活躍和有絲分裂增加---膠質瘤發生壞死Cho

Cr2

CrNNALac星形細胞瘤

25整理ppt隨膠質瘤級別增加，NAA逐漸下降，Cho逐漸升高Cho/NAA和Cho/Cr比值反映腫瘤級別比較穩定，在所有的膠質母細胞瘤中均升高Lac峰可出現于各級別組腦膠質瘤中，其峰值無顯著差異關于膠質瘤的分級Cho/NAA高級別膠質瘤低級別膠質瘤瘤體實質區>2.30<2.30瘤周區>1.35<1.3526整理ppt低級別膠質瘤的1H-MRS表現

NAACho

Cr

Cr2

NAA下降Cho升高Cr輕度下降

左顳頂低級別膠質瘤27整理ppt高級別膠質瘤的1H-MRS表現

Cho

Cr

NAA顯著下降至消失Cho顯著升高Cr下降右枕部高級別膠質瘤28整理ppt第一組：Ⅰ級星形細胞瘤NAA下降Cho顯著升高Cr輕度下降出現倒置的Lac雙峰對側相應部位的MRS表現正常Cho

NAA

Cho

NAA

Cr

Cr

Lac

29整理ppt第一組：Ⅱ-Ⅲ級星形細胞瘤NAA顯著下降Cho顯著升高Cr中度下降出現倒置的Lac雙峰對側相應部位的MRS表現正常Cho

NAA

Cho

NAA

Cr

Cr

Lac

30整理ppt第一組：膠質母細胞瘤NAA顯著下降Cho顯著升高Cr中度下降1.32ppm處出現倒置的Lac峰出現MI（肌醇）峰Cho

NAA

Cho

NAA

Cr

Cr

Lac

Lac

MI

31整理ppt第二組：II級星形細胞瘤NAA下降Cho峰升高Cr變化不明顯未見Lip/Lac峰對側相應部位的MRS表現正常Cho

NAA

Cho

NAA

Cr

Cr

Cr2

Cr2

32整理ppt第二組：III級間變少突膠質細胞瘤

NAA、Cho、Cr峰均下降可見Lip峰對側相應部位的MRS表現正常

NNA

NNA

Cho

Cr

Cr

Cr2

Lip

Cho

33整理ppt第二組：膠質母細胞瘤NAA、Cho、Cr峰均下降可見Lip峰對側相應部位的MRS表現正常 NAA

Cho

Cr

Cr

Lac

NNA

NNA

Cho

Cho

Cr

Cr

Cr2

Lip

34整理ppt膠質瘤不同部位的MRS比較圖腫瘤邊界外正常組織瘤心壞死處見巨大Lac峰腫瘤邊界處腫瘤內部高活性代謝區35整理ppt膠質瘤不同部位的MRS比較圖瘤體譜線Cho/NAA=3.90Cho/Cr=7.89近瘤周水腫譜線Cho/NAA=1.95Cho/Cr=2.11遠瘤周水腫譜線Cho/NAA=1.40Cho/Cr=1.92對側正常譜線Cho/NAA=0.94Cho/Cr=1.25

NNA

NNA

Cho

Cho

Cr

Lac

NNA

NNA

Cho

Cho

Cr

Cr

Lac

Lac

36整理ppt腫瘤波譜顯示NAA依次下降，Cho逐漸升高

參照區Ⅰ-Ⅱ級星形細胞瘤MRS波譜周邊區瘤體區

NNA

Cr

Cr2

NNA

Cr

Cr2

NNA

Cr

Cr2

Cho

Cho

Cho

37整理ppt腫瘤波譜顯示NAA、Cr依次明顯下降，Cho依次明顯升高。瘤體區出現Lip/Lac峰參照區Ⅲ級星形細胞瘤MRS波譜周邊區瘤體區

NNA

Cr

Cr2

NNA

Cr

Cr2

NNA

Cr

Cr2

Cho

Cho

Cho

Lip/Lac

38整理ppt右顳葉膠質母細胞瘤(1)對側正常腦組織區(2)腫瘤實質中心區(3)周邊區腫瘤實質區NAA峰顯著降低Cho峰明顯增高對側正常組織區NAA峰最高Cho和Cr峰較低且較接近腫瘤周邊區中等NAA峰Cho峰明顯增高39整理ppt波譜圖顯示能夠判定常規MR表現正常的腫瘤周圍無水腫區有腫瘤細胞浸潤NAAChoCr左額葉星形細胞瘤II級病灶周圍腦實質無水腫Cr2LacNAA顯著下降Cho顯著升高出現Lac峰40整理ppt評價腦膠質瘤的預后Magalhaes發現Cho濃度高出正常組織標準差的2倍、NAA濃度低于正常腦組織標準差的1/2時，100%有腫瘤侵犯

Tarnawski發現Lac/NAA值>2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，認為此值>1.3即可診斷膠質瘤復發，<1.3則考慮為治療后改變Zeng等把Cho/Cr>1.71或/(和)Cho/NAA>1.71作為區分復發和壞死的標準Cho明顯增高及合并Lac、NAA、Cr的異常，提示膠質細胞瘤治療后復發；治療后Cho下降或保持穩定者，則腫瘤生長受到抑制

41整理ppt膠質瘤放療3個月后MRS見依舊明顯增高Cho峰、下降的Cr峰表明腫瘤細胞仍存在對應右側額葉MRS

Cr

Cr

Cho

Cho

NNA

42整理pptⅡ級星形細胞瘤術后及放療后1年

MRS見NNA、Cho、Cr峰均消失無復發跡象對應右側額葉MRS

Cr

Cho

NNA

43整理pptⅡ級星形細胞瘤術后2年復發MRI提示原手術病灶未見明顯異常MRS見Cho峰增高提示復發對應右側額葉MRS

Cr

Cho

NNA

Cho

NNA

44整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital四腦膜瘤的1H-MRS的表現45整理ppt腦膜瘤的1H-MRS表現腦膜瘤無神經元，故理論上無NAA峰膽堿(Cho)升高

出現特征性丙氨酸(Ala)峰可出現谷氨酸(Glxβ)峰強化區域外沒有病理性波譜Lip峰出現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所致

---各型腦膜瘤中沒有顯著性差異Cho

Cr2

CrAlaNNA---對腫瘤細胞具有化學抵抗作用---并非所有腦膜瘤均會出現---非侵襲性腫瘤的特征46整理ppt左額頂腦膜瘤NAA消失Cho升高出現丙氨酸Ala峰瘤周的MRS表現Cho

Cho

NAA

Cr

Cr

Ala

47整理ppt左枕葉腦膜瘤NAA下降至消失Cho明顯升高Cr明顯下降出現丙氨酸Ala峰瘤周的MRS表現Cho

Cho

NAA

Cr

Cr

Ala

NAA

48整理ppt

右顳葉腦膜瘤Cho

CrCr2NNA周邊區接近正常實質區NAA峰消失Cho峰明顯增高可見特征性的丙氨酸Ala峰Cho

AlaCr2NNA49整理ppt右額頂部鐮旁纖維細胞型腦膜瘤實質區NAA峰消失Cho峰增高可見丙氨酸Ala、乳酸Lac、脂質Lip、谷氨酸GLXβ、α峰Cho

GLxβ

GLxα

Ala

Lip

Lac

GLxβ

Lac

水腫區亦可見GLxβ、Lac峰50整理ppt惡性腦膜瘤MRS表現Cho

GLxβ

GLxα

Ala

水腫區可見谷氨酸GLxβ峰可見丙氨酸Ala峰Cho

Lip

GLxα

GLxβ

壞死區脂質Lip為第一高峰Cho

NNA

Cr

對側正常區未見NAA峰顯示Cho峰升高谷氨酸GLxβ峰呈梯狀谷氨酸Glxα峰較顯著可見丙氨酸Ala峰可見乳酸Lac/脂質Lip峰Cho

GLxβ

GLxα

Ala

Lip

瘤體區51整理ppt腦膜瘤術后復發的MRS表現腫瘤復發時，由于進行性生長腫瘤的邊緣巨噬細胞吞噬不移動的腦脂質和壞死腫瘤細胞分解代謝，脂質Lip明顯增加腫瘤復發常繼發正常血管網的破壞，乳酸Lac含量增加

Cho/Cr比值在殘留和復發的腫瘤中明顯高于術后反應性損傷區52整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital五轉移瘤的1H-MRS的表現53整理ppt轉移瘤的1H-MRS表現轉移瘤特點：NAA消失，Cho明顯增高，Cr下降，Cho/Cr比值升高，可出現乳酸Lac峰和脂質Lip峰轉移瘤和膠質瘤瘤體強化部分各代謝物比值相似瘤周Cho/Cr比值是鑒別膠質瘤和轉移瘤的重要手段；轉移瘤強化之外區域沒有病理性波譜

兩種腫瘤瘤周區病理上是不一樣的：膠質瘤周圍有腫瘤細胞的散在浸潤，轉移瘤瘤周無腫瘤細胞存在54整理ppt膠質瘤與腦轉移瘤瘤周特點的鑒別DepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital分類膽堿Cho峰肌酸Cr峰肌醇MI峰脂質Lip峰Cho/Cr值瘤周波譜形態膠質瘤明顯升高輕度下降可見7.04±8.182.28±1.24較大的Cho峰轉移瘤與正常相似明顯下降無9.60±8.030.76±0.23與正常相似P>0.05P>0.0555整理ppt轉移瘤不同部位的MRS比較圖對側正常區腫瘤周圍區與正常波譜相似腫瘤強化區NAA降低Cho升高

Cho

Cr

Cho

Cr

Cho

Cr

NNA

NNA

NNA

ROI選擇腫瘤強化區腫瘤周圍區對側正常區56整理ppt右額葉腦轉移瘤Cho明顯升高NAA明顯降低Cr明顯下降對側正常MRSCho

NAA

Cr

Lip

Cho

ROI選擇在增強部分及對側正常腦實質部分選取感興趣區 Cr

NAA

57整理ppt左頂葉腦轉移瘤Cho峰略降低NAA及Cr峰顯示不清出現明顯的脂質Lip峰

對側正常MRSCho

NAA

Cr

Lip

Cho

ROI選擇在增強部分及對側正常腦實質部分選取感興趣區58整理ppt左枕葉轉移瘤

NAA峰顯著降低Cr峰顯著降低Cho峰明顯增高可見脂質Lip峰周邊水腫區MRS與正常MRS無顯著區別Cho

NAA

Cr

Lip

Cho

ROI選擇在腫瘤實質區和周邊水腫區 Cr2

NAA

Cr

Cr2

59整理ppt轉移瘤MRS的乳酸Lac和脂質Lip峰主要表現為向下的乳酸Lac雙峰降低非常明顯的Cr峰和NAA峰可見見高尖的脂質Lip峰NAA,Cr,Cho峰均減低Lac

Lip60整理pptDepartmentofNeurosurgeryPekingUniversityPeople’sHospital六淋巴瘤的1H-MRS的表現61整理ppt淋巴瘤的1H-MRS表現中樞神經系統淋巴瘤特點：NAA幾乎完全喪失，Cr降低，Cho和乳酸Lac升高明顯，脂質Lip峰出現，肌醇MI表現正常明顯升高的脂質Lip峰是原發性中樞神經系統淋巴瘤特征表現與膠質瘤類似，在增強區域以外仍可測得病理波譜 Cr2

Cho

Cr

NAA

Lip

62整理ppt右額葉淋巴瘤

Cho

NAA

Cr

Lip

NAA及Cr明顯消失Cho明顯升高出現特征的脂質Lip峰63整理ppt雙側額葉B細胞型淋巴瘤

ROI選擇1、2選擇在增強區；3選擇在瘤周區；4選擇在正常區64整理ppt雙側額葉B細胞型淋巴瘤