常见脑肿瘤磁共振氢质子波谱的临床研究现状(1)
[摘要] 磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy，MRS)是目前较先进的磁共振成像技术，能提供常规MRI所不能获得的信息。由于很多疾病的代谢改变早于形态学异常，所以MRS检查有助于疾病早期诊断及鉴别诊断，但其临床应用的研究还处于探索阶段。本文就1H-MRS的基本原理及其在脑肿瘤中的临床应用进行综述。
[关键词]脑肿瘤; 磁共振氢质子波谱; 鉴别诊断
[中图分类号] R739.41[文献标识码] B[文章编号] 1005-0515(2011)-02-025-02
Research status quo in diagnosis of Common brain tumors with the proton magnetic resonance spectroscopy
ZHANG Zhen-guang,ZHANG Feng-rui Wei sheng-nan ,TIAN Wei*
, http://www.100md.com
(Dept.of MRI,The 1st Affiliated Hospital of Kunming Medical University，Kunming Yunnan 650032,China)
[Abstract] Magnetic resonance spectroscopy (MRS) is the more advanced Magnetic resonance imaging technology at present. MRS can provide more valuable information than normal Magnetic resonance imaging. MRS contribute to early diagnosis and differential diagnosis of disease because metabolism changes is earlier than morphologic abnormalities in the most disease, but the research of its clinical application is still in the exploratory stage. This article reviews the fundamental principle of the proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) and its clinical application in diagnosis of Common brain tumors.
, 百拇医药
[Keywords]brain tumor； 1H-MRS; differential diagnosis
氢质子磁共振波谱(proton magnetic resonance spectroscopy,1H-MRS)是磁共振功能成像(functional magnetic resonance imaging , fMRI)中的一个重要方面。脑肿瘤是神经系统常见病、多发病。常规MRI检查对肿瘤的诊断往往是依据典型的信号、形态、部位、瘤周水肿、强化程度与方式及占位效应等作出结论，但对肿瘤细胞增殖、正常神经元与轴突破坏、肿瘤内部缺氧、早期微小坏死、肿瘤微血管生成、肿瘤分级及肿瘤侵犯的确切范围等情况不能作出准确判定，故在技术上仍存在较大的局限性[1]。MRS是无创、无射线辐射伤害，而进行活体组织化学物质检测的的唯一方法，可提供组织的代谢信息。能对人脑生理和病理状态下的功能活动进行有效评价，不但为神经系统研究提供直观有效的研究手段，而且也为许多脑神经疾病的诊断提供了重要的功能性信息。近年来有研究表明，1H-MRS为MRI的研究和临床应用开辟了一个全新领域。
, http://www.100md.com
1 MRS的基本原理：
MRS成像的基本原理与MRI相同，但MRS首先对某目标区域施加带宽较宽的射频脉冲，其频率范围涵盖所要检测代谢产物中质子的进动频率，然后采集该区域发出的MR信号(FID或回波信号)，由于受化学移位的影响，不同的代谢物质的进动频率有轻微的差别，通过傅里叶转换得一系列谱线代表不同的代谢物质。其横坐标表示不同物质中质子中质子的进动频率，通常用百万分之几(ppm)来标示代谢产物中质子进动频率与标准物质进动频率的差别，波峰下面积与目标区域内某特定代谢产物的含量呈正比。MRS是目前唯一能够无创性检测活体组织能量代谢、生化改变及化合物定量分析的一种新技术。其可利用不同磁性原子核(1H、31P、12C、23Na、和19F)进行MRS检查。但常选择一种比较稳定的化学物质作为标准参照物。例如1H –MRS则采用三甲基硅烷作为标准物，而31P-MRS采用磷酸肌酸作为标准物。其中以1H-MRS 在临床上的应用最多。
2 1H-MRS的各种代谢物的特点及其波峰的意义：
, 百拇医药
N-乙酰天冬氨酸(NAA)：是神经元及其轴突的标志物，它的降低与神经元缺失及其轴突损伤有关。其高浓度存在于神经细胞内。因此大脑生物化学中它被认为神经元标志物，主要位于神经元和轴突内，它在脑内含量的变化可反映神经元的功能状况。NAA的含量降低，表示该区域内神经元受损。脑肿瘤性病变的病理状态下，由于肿瘤细胞侵犯神经元，可导致该区域的神经元功能受损或神经元减少，从而神经元明显降低；胆碱(Cho)：反映脑内总胆碱含量，包括胆碱、磷酸胆碱、甘油磷酸胆碱，在细胞内是脂质代谢的终末，胆碱参与细胞膜的构成，与细胞膜磷酸脂有关。Cho增高反映细胞膜转运活跃，在病理状态下，神经细胞膜及髓鞘的神经脂类崩解、细胞增殖及细胞膜修复等因素可造成Cho增高；肌酸(Cr)：是脑细胞能量代谢的标志物，波峰比较稳定，常作为内参照。胶质瘤Cr 轻度降低可能与肿瘤代谢有关；乳酸(Lac)：在正常脑组织内探测不到，乳酸增高或乳酸峰反转与肿瘤生长速度﹑缺氧及糖酵解增加有关；脂质(Lip)：增高提示肿瘤组织坏死，脂质从细胞膜或髓鞘中释放。Lip与肿瘤的侵袭性有关，它的出现强烈提示高级别星形细胞瘤或转移瘤[2-6]。
, http://www.100md.com
3 MRS在脑肿瘤中的应用
正常脑组织的波谱与肿瘤组织有显著差异，由于细胞的成分不同，各种不同种类的脑肿瘤的波谱具有显著差别。
3.1 胶质瘤
1H-MRS可以无创地探测胶质瘤的代谢信息,但必须与MRI 提供的解剖信息结合,才能提高胶质瘤诊断的准确性。因胶质瘤起自星形细胞,由异常增殖的星形细胞形成,肿瘤细胞密度增加,侵犯正常神经元或使其完整性破坏或(和)功能缺陷，因而胶质瘤典型1H-MRS表现为NAA显著下降，Cr轻度下降，Cho 显著升高，且随着胶质瘤恶性度升高出现异常增高的Lac峰或Lip峰。NAA、NAA/ Cr 降低是起源于神经肿瘤波谱的特点[7]。
3.2 脑转移瘤
尽管1H-MRS不能对转移瘤的来源作出判断，但大多数转移瘤有相似的MRS 表现：Cho显著升高，NAA、Cr下降或消失，Cho/Cr比值升高，可出现Lac 峰和Lip 峰，这与肿瘤细胞增殖旺盛和有丝分裂增加，导致细胞膜代谢异常增高，能量耗竭，无氧糖酵解增加有关[8]。理论上讲转移瘤与脑膜瘤均缺乏神经元，所以MRS表现为NAA峰消失，但是由于肿瘤与周边正常组织分界不清(和)或肿瘤较小，超过MRS的体素，容易和周边正常组织产生容积效应，所以转移瘤可有NAA峰。Sijens 通过与MRI对比研究，发现尽管1H-MRS不能识别肿瘤来源，却能区分常规影像不能鉴别的孤立性转移灶，并可对转移瘤进行分期，早期(仅含有Cho)，中期(含有Lip峰和Cho峰)，晚期(含有Lac峰和低的Cho 峰)[9]。, http://www.100md.com(张振光 张峰睿 尉胜男 田伟)
[关键词]脑肿瘤; 磁共振氢质子波谱; 鉴别诊断
[中图分类号] R739.41[文献标识码] B[文章编号] 1005-0515(2011)-02-025-02
Research status quo in diagnosis of Common brain tumors with the proton magnetic resonance spectroscopy
ZHANG Zhen-guang,ZHANG Feng-rui Wei sheng-nan ,TIAN Wei*
, http://www.100md.com
(Dept.of MRI,The 1st Affiliated Hospital of Kunming Medical University，Kunming Yunnan 650032,China)
[Abstract] Magnetic resonance spectroscopy (MRS) is the more advanced Magnetic resonance imaging technology at present. MRS can provide more valuable information than normal Magnetic resonance imaging. MRS contribute to early diagnosis and differential diagnosis of disease because metabolism changes is earlier than morphologic abnormalities in the most disease, but the research of its clinical application is still in the exploratory stage. This article reviews the fundamental principle of the proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) and its clinical application in diagnosis of Common brain tumors.
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[Keywords]brain tumor； 1H-MRS; differential diagnosis
氢质子磁共振波谱(proton magnetic resonance spectroscopy,1H-MRS)是磁共振功能成像(functional magnetic resonance imaging , fMRI)中的一个重要方面。脑肿瘤是神经系统常见病、多发病。常规MRI检查对肿瘤的诊断往往是依据典型的信号、形态、部位、瘤周水肿、强化程度与方式及占位效应等作出结论，但对肿瘤细胞增殖、正常神经元与轴突破坏、肿瘤内部缺氧、早期微小坏死、肿瘤微血管生成、肿瘤分级及肿瘤侵犯的确切范围等情况不能作出准确判定，故在技术上仍存在较大的局限性[1]。MRS是无创、无射线辐射伤害，而进行活体组织化学物质检测的的唯一方法，可提供组织的代谢信息。能对人脑生理和病理状态下的功能活动进行有效评价，不但为神经系统研究提供直观有效的研究手段，而且也为许多脑神经疾病的诊断提供了重要的功能性信息。近年来有研究表明，1H-MRS为MRI的研究和临床应用开辟了一个全新领域。
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1 MRS的基本原理：
MRS成像的基本原理与MRI相同，但MRS首先对某目标区域施加带宽较宽的射频脉冲，其频率范围涵盖所要检测代谢产物中质子的进动频率，然后采集该区域发出的MR信号(FID或回波信号)，由于受化学移位的影响，不同的代谢物质的进动频率有轻微的差别，通过傅里叶转换得一系列谱线代表不同的代谢物质。其横坐标表示不同物质中质子中质子的进动频率，通常用百万分之几(ppm)来标示代谢产物中质子进动频率与标准物质进动频率的差别，波峰下面积与目标区域内某特定代谢产物的含量呈正比。MRS是目前唯一能够无创性检测活体组织能量代谢、生化改变及化合物定量分析的一种新技术。其可利用不同磁性原子核(1H、31P、12C、23Na、和19F)进行MRS检查。但常选择一种比较稳定的化学物质作为标准参照物。例如1H –MRS则采用三甲基硅烷作为标准物，而31P-MRS采用磷酸肌酸作为标准物。其中以1H-MRS 在临床上的应用最多。
2 1H-MRS的各种代谢物的特点及其波峰的意义：
, 百拇医药
N-乙酰天冬氨酸(NAA)：是神经元及其轴突的标志物，它的降低与神经元缺失及其轴突损伤有关。其高浓度存在于神经细胞内。因此大脑生物化学中它被认为神经元标志物，主要位于神经元和轴突内，它在脑内含量的变化可反映神经元的功能状况。NAA的含量降低，表示该区域内神经元受损。脑肿瘤性病变的病理状态下，由于肿瘤细胞侵犯神经元，可导致该区域的神经元功能受损或神经元减少，从而神经元明显降低；胆碱(Cho)：反映脑内总胆碱含量，包括胆碱、磷酸胆碱、甘油磷酸胆碱，在细胞内是脂质代谢的终末，胆碱参与细胞膜的构成，与细胞膜磷酸脂有关。Cho增高反映细胞膜转运活跃，在病理状态下，神经细胞膜及髓鞘的神经脂类崩解、细胞增殖及细胞膜修复等因素可造成Cho增高；肌酸(Cr)：是脑细胞能量代谢的标志物，波峰比较稳定，常作为内参照。胶质瘤Cr 轻度降低可能与肿瘤代谢有关；乳酸(Lac)：在正常脑组织内探测不到，乳酸增高或乳酸峰反转与肿瘤生长速度﹑缺氧及糖酵解增加有关；脂质(Lip)：增高提示肿瘤组织坏死，脂质从细胞膜或髓鞘中释放。Lip与肿瘤的侵袭性有关，它的出现强烈提示高级别星形细胞瘤或转移瘤[2-6]。
, http://www.100md.com
3 MRS在脑肿瘤中的应用
正常脑组织的波谱与肿瘤组织有显著差异，由于细胞的成分不同，各种不同种类的脑肿瘤的波谱具有显著差别。
3.1 胶质瘤
1H-MRS可以无创地探测胶质瘤的代谢信息,但必须与MRI 提供的解剖信息结合,才能提高胶质瘤诊断的准确性。因胶质瘤起自星形细胞,由异常增殖的星形细胞形成,肿瘤细胞密度增加,侵犯正常神经元或使其完整性破坏或(和)功能缺陷，因而胶质瘤典型1H-MRS表现为NAA显著下降，Cr轻度下降，Cho 显著升高，且随着胶质瘤恶性度升高出现异常增高的Lac峰或Lip峰。NAA、NAA/ Cr 降低是起源于神经肿瘤波谱的特点[7]。
3.2 脑转移瘤
尽管1H-MRS不能对转移瘤的来源作出判断，但大多数转移瘤有相似的MRS 表现：Cho显著升高，NAA、Cr下降或消失，Cho/Cr比值升高，可出现Lac 峰和Lip 峰，这与肿瘤细胞增殖旺盛和有丝分裂增加，导致细胞膜代谢异常增高，能量耗竭，无氧糖酵解增加有关[8]。理论上讲转移瘤与脑膜瘤均缺乏神经元，所以MRS表现为NAA峰消失，但是由于肿瘤与周边正常组织分界不清(和)或肿瘤较小，超过MRS的体素，容易和周边正常组织产生容积效应，所以转移瘤可有NAA峰。Sijens 通过与MRI对比研究，发现尽管1H-MRS不能识别肿瘤来源，却能区分常规影像不能鉴别的孤立性转移灶，并可对转移瘤进行分期，早期(仅含有Cho)，中期(含有Lip峰和Cho峰)，晚期(含有Lac峰和低的Cho 峰)[9]。, http://www.100md.com(张振光 张峰睿 尉胜男 田伟)