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编号:11111560
正常人脑氢质子磁共振波谱的研究
http://www.100md.com 2005年10月1日 郭世萍 鱼博浪 孙亲利 范 帆 张 明 王 斐
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    参见附件(316KB,4页)。

     摘要:目的建立正常人脑额叶、基底节和海马各部位氢质子波谱的正常值标准。方法 对160例健康志愿者(青年组和老年组各80例)额叶、基底节和海马进行波谱研究,测定各部位NAA、Cr、Cho的峰下面积并计算NAA/Cr、NAA/Cho、NAA/(Cr+Cho)、Cr/NAA、Cr/Cho、Cr/(NAA+Cho)、Cho/NAA、Cho/Cr、Cho/(Cr+Cho)。结果 正常人脑上述比值无性别和部位差异(P>0.05),青年组与老年组间部分比值有显著性差异(P<0.05)。结论 氢质子波谱测定应以波峰下面积的比值作为诊断标准,不需要考虑部位和性别因素,但需考虑年龄因素。

    关键词:氢质子;磁共振波谱;人脑;代谢物;正常值

    Study of proton magnetic resonance spectroscopy in normal human brainGuo Shiping, Yu Bolang, Sun Qinli, Fan Fan, Zhang Ming, Wang Fei

    (Imaging Center, First Hospital of Xian Jiaotong University, Xian 710061, China)ABSTRACT: Objective To establish the normal standard value of the metabolites by studying 1HMRS in frontal lobe, basal ganglia and hippocampus. Methods 1HMRS was carried out in right lateral of frontal lobe, basal ganglia and hippocampaus of 160 healthy subjects(80 young healthy subjects and 80 old healthy subjects). We measured the area within the spectra of Nacetylaspartate (NAA), creatine / phosphocreatine (Cr), choline compounds (Cho) in the right side of frontal lobe, basal ganglia and hippocampaus of the healthy subjects and studied NAA/Cr, NAA/Cho, NAA/(Cr+Cho), Cr/NAA, Cr/Cho, Cr/(NAA+Cho), Cho/NAA,Cho/Cr, Cho/(Cr+Cho). Results The ratios of NAA/Cr,NAA/Cho,NAA/(Cr+Cho),Cr/NAA, Cr/Cho, Cr/(NAA+Cho), Cho/NAA,Cho/Cr and Cho/(Cr+Cho) in the same parts of normal human brain showed no genderrelated differences, and no significant difference was found in different parts of the same group(P>0.05); some ratios in the three parts between the young group and old group showed significant difference(P<0.05). Conclusion When using 1HMRS, the ratios of the area within the spectra of NAA, Cr and Cho should be taken as clinical diagnostic criteria. There is no need to consider the factors of gender and position when using the normal value, while the factor of age should be considered, however.

    KEY WORDS: proton; MRS; human brain; metabolites; normal value

    氢质子磁共振波谱(proton magnetic resonance spectroscopy 1HMRS)可以无创性提供脑的有关代谢信息,是中枢神经系统疾病鉴别诊断的重要方法之一。但是,到目前为止尚未见到有关正常人脑组织各部位代谢物1HMRS的系统性研究报告,临床应用尚缺乏正常值标准。为此,我们应用单体素氢质子波谱技术对160例健康志愿者的正常脑组织进行了研究,分别测定了正常人额叶、基底节和海马的常见代谢产物的峰下面积,以建立正常值标准,为脑内疾病的1HMRS诊断提供依据。

     1 材料与方法

    1.1 研究对象

    健康志愿者160例,分两组:青年组80例,男43例,女37例,年龄20~40岁,平均年龄31.2岁;老年组80例,男41例,女39例,年龄55~75岁,平均年龄64.0岁。健康志愿者均为右利手。入选标准:无精神、神经疾患及家族史,无脑外伤、脑手术病史,无高血压、糖尿病,临床及常规磁共振检查未见异常。

    1.2 仪器设备

    采用Philips Gyroscan intera 1.5 T超导型磁共振扫描系统。

    1.3 检查技术

    使用头线圈,自旋回波,1HMRS采用快速T2WI轴位及冠状位定位,层厚为5mm,无间隔。结合轴位和冠状位确定右侧额叶、右侧基底节及右侧海马的感兴趣区(voxel of interesting, VOI),VOI为正方体,体素大小为20mm×20mm×20mm。选择VOI时尽量避开脑沟裂及侧脑室的脑脊液,颅底的骨及脂肪。采用点解析波谱序列(point resolved spectroscopy, PRESS),TR=2000ms,TE=135ms,激励200次,采集次数128次,接收/发射增益调节、体素内匀场、水抑制和无水扫描均由自动扫描程序完成。

    1.4 波谱后处理

    波谱的后处理包括相位校正和基线校正。

    1.5 波峰测量

    测定的代谢产物包括N乙酰基天门冬氨酸(Nacetyl aspartate, NAA)、肌酸复合物(creatine, Cr)和胆碱复合物(choline, Cho)。各代谢物水平的测定以波峰下面积为准。

    1.6 统计学处理

    对所有测量结果利用SPSS10.0软件进行计算机统计学处理,计算NAA/Cr、NAA/Cho、NAA/(Cr+Cho)、Cr/NAA、Cr/Cho、Cr/(NAA+Cho)、Cho/NAA、Cho/Cr和Cho/(Cr+Cho)的值,数据用±s表示,分别采用t检验、单因素方差分析统计试验结果,以P<0.05为有显著性差异。

     2 结 果

    正常人额叶、基底节、海马1HMRS上可清楚地看到NAA、Cho、Cr的波峰高耸,其中Cho位于δ=3.2、Cr位于δ=3.0、NAA位于δ=2.0,匀场和水抑制好时,Cho与Cr振峰分离良好。在正常人均未见到乳酸峰(lactate, Lac)。

    2.1 不同性别波峰下面积比值的比较

    按照不同性别,分别统计青年组和老年组脑不同部位的NAA/Cr、NAA/Cho、NAA/(Cr+Cho)、Cr/NAA、Cr/Cho、Cr/(NAA+Cho)、Cho/NAA、Cho/Cr和Cho/(Cr+Cho)的比值,进行配对t检验,结果显示各组脑不同部位上述比值男女间均无显著性差异(P>0.05)。

    2.2 不同年龄组波峰下面积及比值的比较

    因为波峰下面积及比值无性别差异,在统计各年龄组波峰下面积和比值时不再分性别。对正常人青年组和老年组不同部位NAA、Cr、Cho波峰下面积及NAA/Cr、NAA/Cho、NAA/(Cr+Cho)、Cr/NAA、 Cr/Cho、Cr/(NAA+Cho)、 Cho/NAA、 Cho/Cr和 Cho/(Cr+Cho)的比值进行统计,计算平均值及标准差(表1)。此结果可以作为国人氢质子波谱检查的正常参考值。表1 不同年龄组各部位的波峰下面积与比值(略)

    2.3 正常人组内不同部位波峰下面积及比值的比较

    对正常人组内不同部位的NAA/Cr、NAA/Cho、NAA/(Cr+Cho)、Cr/NAA、Cr/Cho、Cr/(NAA+Cho)、Cho/NAA、Cho/Cr和 Cho/(Cr+Cho)的比值进行单因素方差分析,结果显示组内不同部位波峰下面积比值均无显著性差异。

    2.4不同年龄组间各部位波峰下面积及比值的比较

    将不同年龄组NAA、Cr、Cho的峰下面积及NAA/Cr、NAA/Cho、NAA/(Cr+Cho)、Cr/NAA、Cr/Cho、 Cr/(NAA+Cho)、 Cho/NAA、 Cho/Cr和Cho/(Cr+Cho)的比值进行t检验,结果显示青年组与老年组之间Cho和Cr的峰下面积及Cr/NAA、Cr/(NAA+Cho)、Cho/NAA和Cho/(NAA+Cr)比值有显著性差异。

     3 讨 论

    3.1 额叶1HMRS研究的意义

    额叶1HMRS可用于家族性精神分裂症\[1\]、幼儿孤僻症等的研究。这些疾病常规磁共振(magnetic resonance imaging, MRI)检查均无异常发现,但1HMRS可能有异常发现,如Cecil\[2\]发现精神病患者额叶NAA/Cr下降,而Cho/Cr在额叶轻度升高。Gruber \[3\]发现抑郁症患者额叶NAA/Cr、Cho/Cr和MI/Cr均有显著下降。Murphy发现幼儿孤僻症额叶NAA、Cr和Cho 显著升高,升高的NAA与强迫行为有关\[4\] 。

    我们通过青年组和老年组健康志愿者额叶1HMRS研究比较,发现青年组和老年组额叶NAA、Cr、Cho波峰下面积及比值均有明显差异。这说明在正常人老化过程中,额叶代谢产物也发生变化,一方面提示我们在判断额叶波谱结果时,不应把正常老化过程中的波谱变化误认为异常或病变;另一方面也提示我们可以利用1HMRS 对额叶的发育和老化过程进行监测和判断,对鉴别正常老化过程和病理性老年痴呆症很有价值。

    3.2 基底节1HMRS研究的意义

    基底节是许多颅脑疾病的好发部位之一,在常规MRI检查过程中,有些累及基底节的病变常很难发现或显示,能够显示的基底节病变鉴别诊断也较困难。

    Firbank等\[5\]人研究了27 例阿尔茨海默氏病(Alzheimer disease, AD)患者和进行性核上瘫(progressive supranuclear palsy, PSP)患者,发现AD患者豆状核的NAA轻度下降(5%),PSP患者豆状核NAA显著下降,而这两种疾病在常规MRI检查时基底节均表现正常。另外,也可根据NAA降低的程度区别这两种疾病。

    帕金森综合征也较常见,但常规MRI检查显示基底节有改变者很少。1HMRS比常规MR检查敏感,表现为基底节区NAA/Cr比值显著降低,Cho/Cr 比值显著升高\[6\],可以成为帕金森综合征早期诊断的一种有效方法。

    还有很多病变容易累及基底节,包括一氧化碳中毒、维生素B1缺乏症、肝豆状核变性、亚急性坏死性脑病、病毒性脑炎、基底节梗死等。这些疾病在常规MRI上均表现为基底节长T1长T2信号,使鉴别诊断困难,但波谱改变可能不同,如CO中毒引起的基底节病变Cho明显升高,NAA及NAA/Cho降低,基底节梗死和亚急性坏死性脑病以出现明显的Lac为特征,前者发生在老年人,后者见于儿童\[7\]。

    3.3 海马1HMRS研究的意义

    海马1HMRS研究的主要意义在于原发性癫痫的诊断。癫痫是临床最常见的症状之一,分为原发性癫痫和继发性癫痫。继发性癫痫可利用常规MRI检查发现脑内病变,并确定病变的性质,而原发性癫痫常规MRI检查无异常表现。一般认为,80%的原发性癫痫与海马硬化有关,而常规MRI对海马硬化的显示和发现很不敏感,所以研究一种能够敏感显示海马硬化的影像学检查方法对原发性癫痫的诊断和治疗非常重要。

    海马硬化时,因为胶质增生和神经元损伤,1HMRS表现为NAA降低,Cho增高,NAA/(Cho+Cr)比值降低。通常认为NAA/(Cho+Cr)比值是海马硬化最可靠的判断指标\[8,9\],但由于以往临床波谱研究多为配对比较,正常健康志愿者样本量少,对海马区比值正常值范围也不完全相同,对临床影像学诊断带来困难。本研究结果显示正常青年组和老年组海马NAA/(Cho+Cr)比值有显著的不同,青年组NAA/(Cho+Cr)比值为0.72±0.11,老年组NAA/(Cho+Cr)比值为0.64±0.19,老年组NAA/(Cho+Cr)比值明显小于青年组,在临床使用时需要注意。

    原发性癫痫患者NAA降低及发作次数越多,患病时间越长,NAA降低和Cho升高越明显,NAA/(Cho+Cr)比值降低也越明显,在临床诊断时也应注意。

    海马1HMRS研究对Alzheimer病的诊断也有意义。Block发现AD患者双侧海马均有NAA/Cr的显著下降,Cho/Cr比值无变化,提示AD患者海马的神经元完整性受到破坏\[10\]。

     参考文献

    [1\]Block W, Bayer TA, Tepest R, et al. Decreased frontal lobe ratio of Nacetyl aspartate to choline in familial schizophrenia: a proton magnetic resonance spectroscopy study \[J\]. Neurosci Lett, 2000,289(2):147-151.

    [2\]Cecil KM, Lenkinski RE, Gur RE, et al. Proton magnetic resonance spectroscopy in the frontal and temporal lobes of neuroleptic naive patients with schizophrenia \[J\]. Neuropsychopharmacology, 1999,20(2):131-140.

    [3\]Gruber S, Frey R, Mlynarik V, et al. Quantification of metabolic differences in the frontal brain of depressive patients and controls obtained by 1HMRS at 3 Tesla \[J\]. Invest Radiol, 2003,38(7):403-408.

    [4\]Murphy DG, Critchley HD, Schmitz N, et al. Asperger syndrome: a proton magnetic resonance spectroscopy study of brain \[J\]. Arch Gen Psychiatry, 2002,59(10):885-891.

    [5\]Firbank MJ, Harrison RM, OBrien JT. A comprehensive review of proton magnetic resonance spectroscopy studies in dementia and Parkinson's disease \[J\]. Dement Geriatr Cogn Disord, 2002,14(2):64-76.

    [6\]黄海东,邓敬兰,宦怡,等. 脑质子磁共振波谱在早期帕金森病诊断中的价值 \[J\]. 实用放射学杂志, 2004, 20(6):486-488.

    [7\]鱼博浪.中枢神经系统CT和MR鉴别诊断 \[M\]. 西安:陕西科学技术出版社, 2005.495-498.

    [8\]Vermathen P, Ende G, Laxer KD, et al. Hippocampal Nacetylaspartate in neocortical epilepsy and mesial temporal lobe epilepsy \[J\]. Ann Neurol,1997, 42(2):194-199.

    [9\]Ranjeva JP, ConfortGouny S, Le Fur Y, et al. Magnetic resonance spectroscopy of brain in epilepsy \[J\]. Childs Nerv Syst, 2000, 16(4):235-241.

    [10\]Block W, Jessen F, Traber F, et al. Regional Nacetylaspartate reduction in the hippocampus detected with fast proton magnetic resonance spectroscopic imaging in patients with Alzheimer disease \[J\]. Arch Neurol, 2002, 59(5):828-834.

    基金项目:陕西省科技攻关项目(No.2004K-12G3)

    作者简介:郭世萍(1976),女(汉族),在读硕士. Tel: 82655178; Email: guoshiping@hotmail.com

    (西安交通大学第一医院影像中心,陕西西安 710061)

    (编辑韩维栋)

    收稿日期:20050302

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