磁共振波谱成像及其临床价值.ppt

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1、磁共振波谱成像及其磁共振波谱成像及其临床价值临床价值现在学习的是第1页，共37页医学磁共振技术包括三大部分医学磁共振技术包括三大部分MRI：研究：研究人体组织器官大体形态的病人体组织器官大体形态的病生理变化生理变化MRS：研究人体能量代谢的病生理变：研究人体能量代谢的病生理变化化fMRI：研究人脑功能的病生理变化：研究人脑功能的病生理变化概述概述现在学习的是第2页，共37页概述概述磁磁共共振振波波谱谱成成像像：是是一一种种无无创创性性检检测测人人体正常和病变组织细胞代谢变化的技术体正常和病变组织细胞代谢变化的技术单单光光子子发发射射计计算算机机断断层层成成像像（SPECT）和和正正电电子子发发

2、射射计计算算机机断断层层成成像像（PET）相相比比，磁磁共共振振波波谱谱无无需需要要放放射射性性示示踪踪剂标记，没有放射性损害。剂标记，没有放射性损害。现在学习的是第3页，共37页MRS是是在在MRI形态学诊断的基础上，从形态学诊断的基础上，从代谢方面代谢方面对病变进一步定性对病变进一步定性；临床上用于评价脑发育成熟程度、颅脑临床上用于评价脑发育成熟程度、颅脑肿瘤代谢、感染性病变、脱髓鞘病变、肿瘤代谢、感染性病变、脱髓鞘病变、缺血性病变、系统性疾病的肝脏受累和缺血性病变、系统性疾病的肝脏受累和肾移植术后的急性排异反应等。肾移植术后的急性排异反应等。概述概述现在学习的是第4页，共37页随随着着磁

3、磁共共振振扫扫描描仪仪硬硬件件技技术术的的提提高高和和软软件件算算法法的的改改进，其在临床工作中的应用日益增多；进，其在临床工作中的应用日益增多；目目前前，3.0Tesla场场强强MRI/MRS一一体体化化扫扫描描仪仪在在临临床床的的应应用用和和多多体体素素波波谱谱成成像像软软件件的的开开发发，使使得得我我们们能能对对人人体体组组织织，特特别别是是脑脑组组织织的的代代谢谢变变化化情情况况进进行行更更为为细细致的观察和研究。致的观察和研究。概述概述现在学习的是第5页，共37页MRS优点：优点：无创性无创性能很好的了解组织器官的代谢情况（可能很好的了解组织器官的代谢情况（可定量分析）定量分析）缺点

4、：信噪比及空间分辨率低缺点：信噪比及空间分辨率低.精确性差精确性差（各类肿瘤波谱间存在一定的重叠）不能（各类肿瘤波谱间存在一定的重叠）不能严格用于诊断严格用于诊断概述概述现在学习的是第6页，共37页MRI MRI&MRS MRS比较比较本质上相同，具有相同的物理原理；不同本质上相同，具有相同的物理原理；不同的是的是数据的处理和显示方式数据的处理和显示方式；MRI扫描后，一定时域内获得的信号被用扫描后，一定时域内获得的信号被用于产生一个断面影像，如矢状、横轴和冠于产生一个断面影像，如矢状、横轴和冠状等；状等；MRS扫描后，一定时域内获得的信号通过扫描后，一定时域内获得的信号通过快速傅立叶转换（快

5、速傅立叶转换（FourierTransform）产）产生一个质子成分按频率分布的波谱图生一个质子成分按频率分布的波谱图成像原理成像原理现在学习的是第7页，共37页MRI MRI&MRS MRS比较比较MRI获得的信号是由不同体素内氢核发射获得的信号是由不同体素内氢核发射的已经在不同的空间方向进行频率和相位的已经在不同的空间方向进行频率和相位编码的信号。编码的信号。MRS以质和量的方式获取氢原子核化以质和量的方式获取氢原子核化学环境的信息，揭示某部分的质子组成学环境的信息，揭示某部分的质子组成成分。成分。成像原理成像原理现在学习的是第8页，共37页成像原理成像原理MRI现在学习的是第9页，共37

6、页成像原理成像原理MRS现在学习的是第10页，共37页绝大多数原子核都具有围绕自身轴线做旋转运动绝大多数原子核都具有围绕自身轴线做旋转运动的的特性，称之为特性，称之为自旋特性自旋特性。由于原子核是带电粒子，其在做自旋运动由于原子核是带电粒子，其在做自旋运动时，会在周围产生一个微小的磁场，像小时，会在周围产生一个微小的磁场，像小磁针一样，具有南北两极，其矢量大小用磁针一样，具有南北两极，其矢量大小用自旋磁矩自旋磁矩M表示表示。成像原理磁共振成像原理磁共振现在学习的是第11页，共37页原子核在外加磁场中自旋的同时，还以一原子核在外加磁场中自旋的同时，还以一定的角度绕外加磁场方向进行旋转运动，定的角

7、度绕外加磁场方向进行旋转运动，称为称为进动（precession）。）。进动频率亦称角频率（进动频率亦称角频率（），取决于外），取决于外加磁场强度（加磁场强度（B0）和原子核的旋磁比（）和原子核的旋磁比（）：）：=*B0。成像原理磁共振成像原理磁共振现在学习的是第12页，共37页上述方程式称为拉莫方程（上述方程式称为拉莫方程（LarmorEquation），其角频率又称为拉莫频率。），其角频率又称为拉莫频率。旋磁比（旋磁比（）是原子核的固有特性，仅与原）是原子核的固有特性，仅与原子核的种类有关。子核的种类有关。成像原理磁共振成像原理磁共振现在学习的是第13页，共37页成像原理磁共振成像原理磁共

8、振MB0B0表示外加主磁表示外加主磁场的方向；场的方向；M表示自旋磁矩表示自旋磁矩质子在外加磁场质子在外加磁场质子在外加磁场质子在外加磁场中的进动中的进动中的进动中的进动现在学习的是第14页，共37页外加射频脉冲（外加射频脉冲（RadioFrequency，RF）频率与原子核拉莫频率相同时，）频率与原子核拉莫频率相同时，原子核就会吸收射频脉冲的能量，从原子核就会吸收射频脉冲的能量，从低能量状态转变到高能量状态，产生低能量状态转变到高能量状态，产生磁共振现象（磁共振现象（MagneticResonancePhenomenon）。成像原理磁共振成像原理磁共振现在学习的是第15页，共37页RF停止后

9、，原子核就会从不稳定的高停止后，原子核就会从不稳定的高能状态恢复到稳定的低能状态，此过能状态恢复到稳定的低能状态，此过程称为驰豫。期间会发生能级和相位程称为驰豫。期间会发生能级和相位的变化。由接收线圈探测原子核驰豫的变化。由接收线圈探测原子核驰豫过程中释放出来的自由感应衰减过程中释放出来的自由感应衰减（FID）信号）信号,转换成转换成MR信号。信号。成像原理磁共振成像原理磁共振现在学习的是第16页，共37页带负电荷的电子在原子核周围形成电子带负电荷的电子在原子核周围形成电子云，电子云的作用使得外加磁场对原子云，电子云的作用使得外加磁场对原子核的作用减弱，其作用的大小用屏蔽系核的作用减弱，其作用

10、的大小用屏蔽系数（数（）表示，因此被消弱掉的磁场强度表示，因此被消弱掉的磁场强度为为 B0。这部分磁场（这部分磁场（B0）与外加磁场方向相）与外加磁场方向相反，强度与外加磁场强度（反，强度与外加磁场强度（B0）成正比）成正比波谱原理化学位移波谱原理化学位移现在学习的是第17页，共37页考虑到电子云的磁屏蔽作用，拉莫方程考虑到电子云的磁屏蔽作用，拉莫方程应修正为：应修正为：=（1-）B0。上式显示，即使同一种原子核由于处于上式显示，即使同一种原子核由于处于不同化合物中的，所受磁屏蔽作用的程不同化合物中的，所受磁屏蔽作用的程度不同（即度不同（即 不同），因此将具有不同不同），因此将具有不同的共振频

11、率，这就是所谓的化学位移现的共振频率，这就是所谓的化学位移现象（象（ChemicalShiftPhenomenon），也），也是磁共振波谱成像的基础。是磁共振波谱成像的基础。波谱原理化学位移波谱原理化学位移现在学习的是第18页，共37页化学位移（化学位移（chemicalshift）频率数值用）频率数值用于表示化合物中各组成成分的原子核共于表示化合物中各组成成分的原子核共振波峰的位置。振波峰的位置。实际应用中，此频率数值并非用其绝对实际应用中，此频率数值并非用其绝对值（值（Hz，赫兹）表示，而是用一个相对，赫兹）表示，而是用一个相对值值ppm表示。表示。波谱原理化学位移波谱原理化学位移现在学习

12、的是第19页，共37页=（f-fr）/fr 106ppm其中，其中，表示化学位移，表示化学位移，f表示被测原子表示被测原子核的共振频率，核的共振频率，fr表示中心拉莫频率表示中心拉莫频率,ppm表示百万分之一。表示百万分之一。是一个相对值，反映不同化学环境屏蔽是一个相对值，反映不同化学环境屏蔽系数的差别，与外加磁场强度的大小无系数的差别，与外加磁场强度的大小无关，是非磁场依赖性的。关，是非磁场依赖性的。波谱原理化学位移波谱原理化学位移现在学习的是第20页，共37页生物组织中有磁性的元素约百余种，如生物组织中有磁性的元素约百余种，如1H、13C、19F、23Na、31P等。等。人脑研究时代谢物浓

13、度低，需要高人脑研究时代谢物浓度低，需要高SNR（与主场强、接受频带宽及旋磁比）（与主场强、接受频带宽及旋磁比）目前，研究和使用最多的是目前，研究和使用最多的是1H。1H是磁化率最高的原子核，可以得到较强的是磁化率最高的原子核，可以得到较强的信号（即信号（即SNR高）；高）；1H占活体组织中原子数的占活体组织中原子数的2/3，数量丰富。，数量丰富。成像原理成像原理现在学习的是第21页，共37页除除1H外可用于外可用于MRS研究的有：研究的有：31P；13C23Na39K19F成像原理成像原理现在学习的是第22页，共37页波谱技术波谱技术匀场匀场抑水抑水定域方法定域方法现在学习的是第23页，共3

14、7页波谱技术波谱技术匀场匀场MRSMRS反映的是局部磁场的瞬间变化，对磁反映的是局部磁场的瞬间变化，对磁场均匀性的变化敏感，不均匀会导致波峰场均匀性的变化敏感，不均匀会导致波峰的增宽和重叠，从而导致分辨率、敏感度的增宽和重叠，从而导致分辨率、敏感度的降低的降低半波宽半波宽0.05-0.1ppm(3.0T 0.05-0.1ppm(3.0T 相当于相当于8-8-1616Hz)Hz)现在学习的是第24页，共37页波谱技术波谱技术抑水抑水水水在在体体内内的的浓浓度度是是其其它它产产物物的的100000倍必须抑水以充分显示其他代谢峰。倍必须抑水以充分显示其他代谢峰。常常用用：化化学学位位移移饱饱和和法法

15、（chemical-shiftsclectivesaturationCHESS）在在使使用用波波谱谱脉脉冲冲序序列列前前，使使用用以以水水共共振振频频率率为中心的射频脉冲完成水抑制为中心的射频脉冲完成水抑制现在学习的是第25页，共37页波谱技术波谱技术定位法定位法深部分辨表面分析法（深部分辨表面分析法（depth resolved depth resolved surface-coil spectroscopy DRESSsurface-coil spectroscopy DRESS）空间分辨分析法空间分辨分析法(spatially resolved(spatially resolved sp

16、ectroscopy SPARS)spectroscopy SPARS)点分辨波谱分析法点分辨波谱分析法(point resolved(point resolved spectroscpy PRESS)spectroscpy PRESS)激励回波采集法激励回波采集法(stimulated echo(stimulated echo spectroscopy STEAM)spectroscopy STEAM)以后两者最常用以后两者最常用现在学习的是第26页，共37页波谱技术波谱技术STEAM参参数数：TE/TR=35ms/1500ms，用用3个个90度度脉脉冲冲激激励励3个个两两两两相相互互垂垂直

17、直的的层层面面，产产生生回波信号回波信号优优点点：对对短短T2代代谢谢物物(lip,ala等等)显显示示好好，可以更好抑制水的共振峰。可以更好抑制水的共振峰。缺缺点点：场场强强均均匀匀性性要要求求高高，信信噪噪比比低低，谱谱的的基基线线不不稳稳定定，造造成成代代谢谢物物含含量量测测定定时时系统误差较大。系统误差较大。现在学习的是第27页，共37页波谱技术波谱技术PRESSPRESS参参数数：TETE144ms/1500ms,144ms/1500ms,采采用用1 1个个9090、2 2个个180180度度脉脉冲冲激激励励相相互互垂垂直直的的3 3个个层层面面产产生生回波信号回波信号优点：信号强，

18、谱线稳定优点：信号强，谱线稳定缺点：不能测的短缺点：不能测的短T2T2代谢产物，代谢产物，现在学习的是第28页，共37页1HMRS活体测定的代谢物分子基团活体测定的代谢物分子基团甲基（甲基（CH3-）：位于脂肪酸末端、乳酸、）：位于脂肪酸末端、乳酸、NAA、N-乙酰糖蛋白和胆碱；乙酰糖蛋白和胆碱；次甲基（次甲基（-CH2-）：位于脂肪酸、谷氨酸、）：位于脂肪酸、谷氨酸、-氨基丁酸、肌酸和丙三醇羟基等；氨基丁酸、肌酸和丙三醇羟基等；乙醇基（乙醇基（H-C-OH）：多位于糖中，如葡萄）：多位于糖中，如葡萄糖、肌醇；糖、肌醇；乙烯基或烃：位于饱和脂肪酸。乙烯基或烃：位于饱和脂肪酸。MRS测定的含测定

19、的含1H基团基团现在学习的是第29页，共37页临床应用临床应用正常波谱图正常波谱图现在学习的是第30页，共37页临床应用临床应用正常波谱图正常波谱图横轴为频率轴，纵轴为信号强度轴横轴为频率轴，纵轴为信号强度轴主主要要显显示示4个个代代谢谢峰峰，波波峰峰下下面面积积代代表表化化合合物浓度物浓度病理情况下还可显示其它代谢峰病理情况下还可显示其它代谢峰见下表见下表现在学习的是第31页，共37页代谢物化学位移代谢物名称代谢物名称缩写缩写位移位移ppmppmN-N-乙酰天门冬氨酸乙酰天门冬氨酸肌酸肌酸胆碱胆碱肌醇肌醇乳酸乳酸脂质脂质谷氨酸谷氨酸/谷氨酰胺谷氨酰胺丙氨酸丙氨酸NAANAACrCrChoCh

20、omImILacLacLipLipGlu/GlnGlu/GlnAlaAla2.02-2.02-2.052.053.033.943.033.943.23.23.63.61.31.30.9-1.40.9-1.42.1-2.52.1-2.51.3-1.51.3-1.5现在学习的是第32页，共37页临床应用临床应用常见疾病的代谢物浓度变化常见疾病的代谢物浓度变化见下表见下表现在学习的是第33页，共37页疾病疾病NAACrChoLacLipaa肿瘤肿瘤 -脓肿脓肿 梗死梗死-MS -癫痫癫痫 -颅内常见病变的代谢物特征颅内常见病变的代谢物特征现在学习的是第34页，共37页发展方向发展方向单体素单体素多体

21、素多体素完全覆盖式螺旋波完全覆盖式螺旋波多体素波谱又称波谱成像（多体素波谱又称波谱成像（SISI）优优点点：1 1次次采采集集可可获获得得VOIVOI多多部部位位谱谱线线，可可放放映映同同一一时时间间不不同同部部位位代代谢谢物物的的分分布布，有有利利于于弥弥漫病变的发现及早期检出，并可双侧对比。漫病变的发现及早期检出，并可双侧对比。缺缺点点：技技术术复复杂杂，检检查查时时间间较较长长，不不适适合合临临床床工作工作现在学习的是第35页，共37页多核波谱多核波谱31P可用于判定磷代谢产物的浓度，并可根可用于判定磷代谢产物的浓度，并可根据无机磷波谱的位置，测定据无机磷波谱的位置，测定pH值；值；13

22、C可用于帮助诊断酶缺乏性疾病；可用于帮助诊断酶缺乏性疾病；23Na波谱成像可以反映钠泵的活性；波谱成像可以反映钠泵的活性；39K波谱成像可用于判断钾离子内环境稳定波谱成像可用于判断钾离子内环境稳定性的变化，也可用于检查利尿剂的作用性的变化，也可用于检查利尿剂的作用发展方向发展方向现在学习的是第36页，共37页波谱成像与解剖相结合波谱成像与解剖相结合在在强强大大的的计计算算机机帮帮助助下下，不不仅仅能能重重建建出出谱谱线线，而而且且将将重重建建出出横横断断面面及及三三维维立立体体代代谢谢图图，更更早早、更更详详尽尽地地把把病病生生理理的的代代谢谢改改变变提提供供给给诊诊断断医医生生，同同时时可可以以加加上上伪伪色色彩彩，引引导导活检。活检。发展方向发展方向现在学习的是第37页，共37页