1、磁共振定域谱（Magnetic Resonance Spectroscopy，MRS） Localized MRS,磁共振定域谱MRS:使用梯度场和脉冲选择性激发一小块组织（体素Voxel），然后观察FID信号，并利用来自于所选择体素的FID信号产生谱图。,MRS能够在活体上选择性地、无创地定量测量组织内化学成分与结构、化学环境变化、分子的存在状态，这是以往任何成像技术所无法实现的。代谢物在正常的组织中以特定的浓度存在，当发生病变，浓度发生变化，MRS可以观察这种浓度的变化。疾病的早期诊断（检测），功能的研究。,Why MRS,AD: Alzheimers Disease,Spectra ar
2、e shown for Control and AD brain in the posterior cingulate region.,Age-related variations in MRS the normal developing brain.,Spectra recorded at 1.5 T,空间定域技术 (Spatial Localization),基本原理：通过三对正交的片选（层选）脉冲和梯度选择一个体素,PRESS 点分辨(自旋回波)波谱 (Point-Resolved （echo spin） Spectroscopy)STEAM 受激回波采样模式(stimulated ec
3、ho acquisition mode),常用的两个脉冲序列,PRESS,CHEmical Shift Selective (CHESS)：用于压制水峰,消除由1800脉冲不准而引起的磁化矢量,片选梯度,STEAM,PRESS与STEAM序列的差异点：,PRESS序列的灵敏度比STEAM序列高。STEAM序列对T2弛豫效应较不敏感。对于相同的硬件条件，STEAM可以采用更短的TESTEAM压制水峰的效果更好。PRESS的特异性吸收率（specific absorption rate, SAR ）大约是STEAM的两倍。片选形状，STEAM较好的体素的边缘尖锐性（对于高场MRS特别有用）。,Im
4、age-selected in vivo spectroscopy (ISIS)活体成像选择谱,其他脉冲序列,(E) = (A) (B) (C) + (D),LASER (Localization by Adiabatic SElectiveRefocusing),hyperbolic secant (HS) pulses,水峰压制（Water Suppression, WS）,Why WS?,In MRS, the metabolites under observation are as much as 10,000 timesless concentrated than water, wh
5、ich makes their detection in the presence of tissue water difficult.,common approach: chemical shift selective (CHESS),In essence, the selective RF pulse excites the water onto the transverse plane after which all coherences are dephased by the following magnetic field gradient.,In practice, the CHE
6、SS element is repeated two to six times to improve the water suppression.,less sensitive towards frequency offsets caused by B0 magnetic field inhomogeneity,reduce the sensitivity towards B1 magnetic field inhomogeneity,“CHESS”, WET, “VAPOR”,磁共振谱成像（MRSI ）,磁共振谱成像 MRSI，Magnetic Resonance Spectroscopy
7、Imaging）多体素（Multiple-voxel）MRS或化学位移成像（CSI，Chemical Shift Imaging）,Why MRSI,单体素（Single-voxel）MRS 没有空间分布信息Probably their greatest single limitation is the lack of ability to determine spatial heterogeneity of spectral patterns(often very important in brain tumors, for instance),2D-PRESS-MRSI pulse seq
8、uence,PRESS序列用来激发一块大体积的脑组织gX，gY相位编码梯度实现激发区域内的空间定位CHESS用于水压制,基本原理：引入相位编码梯度（phase-encoding gradient）实现空间定位,在1.5T仪器上，正常人的侧脑室,常规的MRI图胆碱、肌酸、 N乙酰天门冬氨酸和乳酸的谱成像,What we can get from MRSI,在1.5T成像仪上， 2D-PRESS-MRSI 序列应用于左“海马体”受到伤害的病人的结果 (由 T2 MRI获得),Metabolic maps：images of spatial distribution of individual me
9、tabolic,NAA信号下降Cho and Cr 信号上升,single voxel,multiple voxel,MRS在医学诊断中：,广泛使用比较短的扫描时间通常比较好的场的均匀性短的回波时间相对容易处理和解释,物质空间分布大范围的脑区域可被检测,单体素,多体素（谱成像）,二维（2D）磁共振定域谱（two spectral dimension）two spatial dimension,活体1D 1H MRS通常存在代谢物谱峰拥挤、分辨率较低和归属难等问题。引入2D MRS可在较大程度上解决1H MRS谱峰重叠和谱峰归属难的问题。,Why 2D MRS,定域二维相干谱 (2D Local
10、ized Correlated SpectroscopY，L-COSY),小鼠大脑9.4 T下活体二维定域谱图,二维J分解定域谱 (Localized 2D J-resolved spectroscopy, JPRESS),3 T下健康志愿者前列腺2D MRS定域谱,检测的谱：1H和31P, 13C, 15N, 19F and 23Na谱,1H谱信号强，信噪比高，灵敏度高，但需要水峰抑制对于1.5T的仪器，1H的MRS体素体积18 mm3, 31P30 mm313C比31P、1H的灵敏度更低，只是一种研究手段，但在中枢神经系统的研究中有很好的应用1H所需的硬件和常规的MRI基本相同31P能检测
11、和能量相关的代谢物化学位移范围： 31P40ppm，1H10ppm，13C200ppm,检测的主要代谢物：N乙酰天门冬氨酸（NAA）：化学位移2.02ppm，NAA存在于神经元中，是公认的神经元的标志。谷氨酸（Glu）和谷氨酰胺（Gln）： Glu是一种兴奋性神经递质， Gln对神经递质的灭活和调节发挥作用。乳酸（Lac）：存在提示正常细胞内氧化呼吸抑制而糖酵解加强，是早期脑梗死的敏感标志。肌酸（Cr）：化学位移3.03，3.94ppm，细胞能量的标志胆碱（Choline）：化学位移3.2ppm，细胞膜磷脂代谢的一个组成成分并反映膜的更新。肌醇（MI）：化学位移3.56ppm，MI升高见于Al
12、zheimer病。脂质（Lip）：弛豫时间非常短，一般看不到。,磁共振谱（MRS）与磁共振成像（MRI）的异同点,MRS、MRI可以相同的仪器相同的物理原理广泛使用梯度场来实现空间定位MRI、多体素（multiple-voxel）MRS都需要用到相位编码,相同点：,MRI是基于组织的水信号成像MRS所成的是一张包含各种峰的图,不同点：,MRS比MRI灵敏度低 MRI：水中的质子的浓度 MRS：代谢物（metabolites）核的浓度MRS、MRI提供的信息不一样 MRI：组织的物理化学状态、流动扩散、运动 MRS：组织的化学组成MRS不需要频率编码在单体素（single-voxel）MRS不需
13、要相位编码,1H MRS在脑部疾病中的应用,MRS和MRI 相结合不仅能提高诊断的准确性，而且有利于分辨良恶性，能检测治疗效果和估计预后。肿瘤质子磁共振波谱多表现为NAA、Cr、Cho、Lac、Lip等5种主要代谢物的变化。一般情况下，Cho的浓度越高，肿瘤的恶性程度就越高。,1. 脑部肿瘤,2. 脑梗死,脑梗死后，质子波谱显示NAA下降，Lac增加，Cr下降，Cho浓度的变化有待进一步确定。NAA的下降为神经元死亡的标志。Lac被认为式早期脑梗死（24小时）的敏感指标。Cr是能量代谢的物质，Cr下降可能与无氧糖酵解增加所导致的高能量磷酸代谢物的减少有关，但起确切机制优待进一步探讨。,3. 老
14、年退行性疾病,阿尔茨海默 病（Alzheimei）（AD）是常见的变性性疾病，占老年性痴呆的40以上。1H MRS表现为NAA减低而MI升高。NAA降低反映了神经元的减少和缺失以及功能的异常。MI升高的可能机制是肌醇转换为磷脂酰肌醇的酶受到了抑制，从而影响磷脂酰肌醇的第二信使作用。,4. 多发性硬化（MS）,MS急性期，NAA显著下降，Cho显著升高，Lac中等升高，Cr暂时显著性降低。,5. 癫痫,颞叶癫痫是临床最常见的类型，病理改变为海马硬化、神经元减少和胶质细胞增生。MRS研究普遍认为NAA峰值降低，Cho和Cr增加。,6. 放射性脑坏死,放射性脑坏死是放射性脑损伤的晚期阶段。放射性脑坏
15、死的组织特点是血管内皮的损害导致缺血坏死。质子波谱的表现为：NAA、Cho、Cr下降或消失，出现Lip峰，NAA/Cr比值下降。,7. 脑外伤,质子波谱的表现为：Cr、Cho、Cho/Cr、Cho/NAA明显下降，NAA下降。,8. 艾滋病（AIDS）,在临床和MRI表现异常之前既可有MRS的异常变化，早期表现为NAA水平下降和Cho升高，以后出现非特异性脑白质托髓鞘，NAA进一步下降，Cho继续上升。,9. 儿童脑白质营养不良,质子波谱均表现为不同程度的NAA减低，Cho和MI升高。乳酸升高。,10. 新生儿缺血缺氧性脑病（HIE）,HIE患儿的1HMRS表现为：出现双峰状的Lac波，NAA降低，Cr降低，GluGln波峰呈多个增高的锯齿状波，MI增高。,
