头颅磁共振波谱成像（MRS）基础与临床

MRS的原理和临床应用磁共振声能体系（Magnetic Resonance Spectroscopy，MRS）是一种基于核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）技术的谱学方法，用于研究生物体内各种物质的浓度、代谢水平以及分子结构。

与常见的磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）技术不同，MRS主要关注的是信号产生者的化学分子本身，它可以提供关于生物体内分子含量和代谢的信息，从而对生物体进行非侵入性的组织和代谢状态评估。

MRS的原理基于核磁共振现象，核磁共振是一种磁共振现象，其基本原理是核自旋在外磁场中被激发并释放能量的过程。

当核自旋受到外磁场的作用时，它具有不同的能级，其中能级之间的跃迁依赖于外加磁场的强度。

通过在外磁场中施加一种特定的脉冲序列，可以使得不同的核自旋产生不同的共振信号，这些信号可以被接收线圈捕捉到并转换成数据。

MRS技术可以在体内测量到许多核的共振信号，主要包括氢原子的共振信号（称为质子磁共振，Proton Magnetic Resonance，1H-MRS），以及磷、碳、氮、硫和氧等原子的共振信号。

这些信号的频率和强度可以提供体内不同物质的含量和分布信息。

MRS的临床应用广泛，主要包括以下几个方面：1.肿瘤诊断和治疗评估：MRS可以提供肿瘤组织内代谢物的浓度和代谢水平信息，从而对肿瘤进行定性和定量分析。

通过测量乳酸、胆碱、肌酸等代谢物的含量，可以实现对肿瘤的定位、分级和预后评估，以及肿瘤治疗的监测和评估。

2.神经代谢疾病诊断和研究：MRS可以用于研究和评估脑部神经疾病的代谢异常。

例如，通过测量谷氨酸和谷氨酸盐的比例，可以评估脑细胞的能量代谢情况，进而判断神经退行性疾病的程度和发展趋势。

3.心脏病诊断和研究：MRS可以用于评估心脏肌肉的代谢状态。

通过测量磷代谢物如磷酸肌酸和磷酸二酯等的含量和代谢速率，可以评估心脏肌肉的功能和损伤程度，提供对心脏病的更准确的诊断和治疗策略。

头颅磁共振波谱成像（MRS）基础与临床磁共振波谱（magnetic resonance spectrum,MRS）是最典型的分子成像技术之一，能够观察活体组织代谢和生化变化。

波谱成像的基础—化学位移现象在相同的磁场环境下，处于不同化学环境中的同一种原子核，由于受到原子核周围不同电子云的磁屏蔽作用，而具有不同的共振频率。

波谱分析就是利用化学位移研究分子结构。

常用的原子核有：1H MRS主要检测胆碱、肌酸、脂肪、氨基酸、乳酸等代谢物质；31P MRS主要用于能量代谢研究。

原子核的共振动频率与外加磁场强度有很规律的关系，化学位移如果以外加磁场运行频率的百万分之比数（PPM）值来表示，同一原子核在不同的外加磁场下其化学位移PPM值相同，不同的化合物可以根据其在频谱线频率轴上的共振峰的不同加以区别。

氢质子波谱注：上图纵轴代表物质的含量，横轴代表物质共振时的位置，单位为ppm(百万分之几）常见代谢产物的意义及共振峰位置1、NAA: N-乙酰天门冬氨酸，神经元活动的标志，仅存在神经元内，如其他出现异常，其峰值往往下降。

第一大主峰位于：2.02ppm2、Creatine:Cr肌酸，肌酸和磷酸肌酸的总和，脑组织能量代谢的提示物，峰度相对稳定，常作为波谱分析时的参照物。

第二大主峰位于：3.05ppm3、Choline:Cho胆碱，细胞磷脂代谢成分之一，细胞膜合成的标志，肿瘤细胞中其细胞代谢活跃，其峰值往往升高。

位于：3.20ppm4、Lipid:Lip脂质，细胞坏死提示物。

位于：0.9-1.3ppm5、Lactate:Lac乳酸，两个共振峰组成，TE=144时，双峰向上，TE=288时，双峰向下，正常细胞有氧代谢，检测不到。

缺氧时可出现，是无氧代谢的标志。

位于：1.33-1.35ppm6、Glutamate: Glx谷氨酰氨，脑组织缺血缺氧及肝性脑病时增加位于：2.1-2.4ppm7、MI:肌醇代表细胞膜稳定性判断肿瘤级别位于：3.8ppm谱线注：峰的位置决定了代谢产物，峰下面积代表相对含量MRS在颅脑疾病中的应用注：正常脑发育波谱一、癫痫磁共振波谱能早期发现癫痫病灶及其导致的细胞损害。

磁共振波谱分析及其临床应用磁共振波谱分析（MagneticResonanceSpectroscopy，简称MRS）是一种利用磁共振技术和护理的有效的、安全的、精准的检测方法，可以提供有关脑内代谢活性的重要信息。

在临床医学方面，它为研究神经系统疾病和更好地处理病人提供了新的途径。

由于能够捕捉脑内部分子结构变化的能力，MRS已经在脑部疾病研究、脑发育检测、婴儿健康检测、精神疾病检测、头部损伤诊断、脑梗塞的早期病情识别等领域取得了重要进展。

第一，磁共振波谱分析技术简介。

MRS是指利用特定的磁共振仪器来测量植入体内移动部位（如局部血管或关节空间）的磁共振信号，以及当周围磁场激发后，部位细胞内化学元素在共振条件下释放出的电磁信号，以及从激发谱中提取的特征信号，从而确定元素数量和组分，进而推测细胞和组织特征的一种技术。

MRS可以在实验室和临床中进行，具有良好的灵敏度，可以检测出低于普通化学分析能力的含量，得到准确的测量结果，并具有很好的重现性。

第二，磁共振波谱分析在临床检测和疾病诊断中的应用。

MRS可以捕捉内部分子结构变化，可以检测脑内特定组分的变化，并可以根据感兴趣区域的脑活动有效地检测和评价其中的代谢活性状态。

目前，MRS在神经病学、脑科学和精神病学等领域的应用越来越广泛，已经发展成为一种精准、安全的脑内疾病诊断方法。

例如，MRS在研究阿尔茨海默病方面具有重要作用。

研究发现，病患和正常人之间病灶部位的神经元凋亡和胞质混乱程度差别明显，MRS可以检测患者中克林酸和乙酰丙酸的含量及变化，从而为阿尔茨海默病（Alzheimer disease）的检测和病情评估提供了有价值的依据。

此外，MRS还在研究多发性硬化症（multiple sclerosis）方面取得了重要进展，可以用来检测病灶中的可溶性磷脂酰乙酸的变化，有助于早期发现病灶，从而提高治疗效果。

此外，MRS同样可以在检测和管理神经发育障碍和脑损伤方面发挥重要作用。

简单认识磁共振波谱（MRS）
磁共振波谱（MR spectroscopy，MRS）是⽬前唯⼀能⽆创伤地探测活体组织化学特性的⽅法。

磁共振波谱研究⼈体细胞代谢的病理⽣理改变，⽽常规MRI则是研究⼈体器官组织⼤体形态的病理⽣理改变，但⼆者的物理学基础都是核共振现象。

正常⼈的脑MRS
MR波谱变化可反映神经元⽣长分化，脑能量代谢和髓鞘分化⽡解过程改变。

通过定量分析脑组织代谢产物的MRS，可了解脑组织的发育成熟度，同时也提⽰我们在观察病理性波谱时，应考虑到年龄相关性变化。

在许多疾病中，代谢改变先于病理形态改变，⽽MRS对这种代谢改变的潜在敏感性很⾼，故能提供信息以早期检测病变。

正常⼈有很⾼的NAA/Cr值，NAA下降提⽰神经元的缺失和破坏。

Cho和Cr在神经元和神经胶质细胞内均被发现，但细胞研究证明，星形胶质和少突胶质细胞内Cho和Cr含量明显⾼于神经元，故Cho和 Cr增加提⽰有神经胶质增⽣。

由于NAA减少或Cho、Cr增加，导致了 NAA/（Cho ＋Cr）上值降低，上值常作为反映神经元功能的指标。

mrs技术的原理及临床应用1. 什么是mrs技术？MRS全称为磁共振波谱技术（Magnetic Resonance Spectroscopy），是一种非侵入性的方法，通过使用核磁共振（NMR）技术来获取生物体内的化学信息。

它通过测量生物体内不同化合物的特定核的能量水平，从而识别和定量不同类型的化学物质，如代谢物、神经递质和细胞标志物。

MRS技术在临床医学和科学研究中被广泛应用，对于疾病的诊断、治疗和监测起到了重要的作用。

2. MRS技术的原理MRS技术的原理基于核磁共振（NMR）原理，该原理是研究原子和分子结构的一种重要方法。

核磁共振是由磁场和无线电频率辐射引起的原子核的行为，通过外加峰度和射频脉冲可以引起原子核的能量状态发生变化，进而产生特定的回波信号。

这些回波信号经过信号处理和傅里叶变换等复杂的数学算法处理后，可以得到生物体内不同核的能谱信息。

3. MRS技术的临床应用3.1 代谢物测定MRS技术可以用于非侵入性地测定生物体内的代谢物含量及其浓度。

通过测量特定核的能谱信息，医生可以了解患者体内不同代谢物的水平，从而辅助诊断和治疗疾病。

例如，通过测量脑部组织中的乳酸浓度，可以帮助判断患者是否存在脑缺氧等问题。

3.2 肿瘤诊断MRS技术在肿瘤诊断中发挥着重要作用。

肿瘤组织与正常组织在代谢物的含量和比例上存在差异，通过比较肿瘤组织和周围正常组织的代谢物谱图，可以帮助医生确定肿瘤的类型、分级和活动程度。

这对于制定适当的治疗方案和预测疗效有重要意义。

3.3 神经系统疾病监测MRS技术还可以应用于神经系统疾病的监测和研究。

通过测量大脑中特定区域的代谢物浓度变化，医生可以了解神经系统疾病的发展过程和病情变化，从而进行及时干预和治疗。

例如，对于阿尔茨海默病等神经退行性疾病，MRS技术可以提供有关脑内代谢物变化的线索。

3.4 乳腺癌筛查MRS技术在乳腺癌筛查中也有应用，可以通过测量乳腺组织中的代谢物谱图来判断是否存在恶性肿瘤。

磁共振波谱成像的基本原理、序列设计与临床应用磁共振波谱(MR Spectroscopy， MRS)是医学影像学近年来发展的新的检查手段，作为一种无创伤性研究活体器官组织代谢、生化变化及化合物定量分析的方法，随着MRI、MRS装置不断改进，软件开发及临床研究的不断深入，人们通过MRS对各种疾病的生化代谢的认识将不断提高，为临床的诊断、鉴别、分期、治疗和预后提供更多有重要价值的信息。

1H MRS可对神经元的丢失、神经胶质增生进行定量分析，31P磁共振波谱可对心肌梗塞能量代谢变化进行评价。

MRS以分子水平了解人体生理上的变化，从而对疾病的早期诊断、预后及鉴别诊断、疗效追踪等方面，做出更明确的结论。

本文从MRS波谱成像的基本原理和序列设计方面简要作一介绍。

一磁共振波谱的基本原理在理想均匀的磁场中，同一种质子(如1H)理论上应具有相同的共振频率。

事实上，当频率测量精度非常高时会发现，即使同一种核处在相同磁场中，它们的共振频率也不完全相同，而是在一个有限的频率范围内。

这是由于原子核外的电子对原子核有磁屏蔽作用，它使作用于原子核的磁场强度小于外加磁场的强度，其屏蔽作用大小用屏蔽系数s来表示，被这种屏蔽作用削弱掉的磁场为sB，与外加磁场方向相反。

外加磁场越强sB越大，原子核实际感受到的磁场强度与外加磁场强度之差越大。

此外，s还与核的特性和化学环境有关。

核的化学环境指核所在的分子结构，同一种核处在不同的分子中，甚至在同一分子的不同位置或不同的原子基团中，它周围的电子数和电子的分布将有所不同。

因而，受到电子的磁屏蔽作用的程度不同，如图1所示。

考虑到电子的磁屏蔽作用，决定共振频率的拉莫方程应表示为:w=gBeff=gB0(1-s)由上式可知，在相同外加磁场作用下，样品中有不同化学环境的同一种核，由于它们受磁屏蔽的程度(s的大小)不同，它们将具有不同的共振频率。

如在MRS中，水、NAA(N-乙酰天门冬氨酸)、Cr(肌酸)、Cho(胆碱)、脂肪的共振峰位置不同，这种现象就称为化学位移(Chemical Shift)。

磁共振MRS技术在颅脑肿瘤鉴别诊断中的临床应用分析摘要：目的：通过对脑肿瘤患者行MRS检查与病理检查，研究氢质子磁共振波谱(1H－MRS)成像对脑内肿瘤的诊断价值。

方法选取我院2019年1月至2021年6月颅内占位性病变患者65例作为研究对象，行头颅磁共振波谱成像检查及病理检查明确颅内占位性病变的性质，并回顾性分析其影像学检查结果。

结果全部脑肿瘤患者的肿瘤实质区均表现为N－乙酰天门冬氨酸(NAA)与肌酸(Cr)降低，而胆碱(Cho)峰升高。

各种脑肿瘤之间代谢产物的峰值有差异，颅内肿瘤患者MＲ增强检查配合核磁共振波谱成像对肿瘤的检出率为92.31%，特别是对额颞叶肿瘤的诊断更为准确。

结论颅脑肿瘤患者采用MRS技术诊断利于鉴别各肿瘤类型，为临床拟定治疗方案提供准确参考，在颅脑肿瘤诊断、鉴别中具有重要价值。

关键词：磁共振MRS技术；颅脑肿瘤；鉴别诊断引言颅脑肿瘤因肿瘤发生于颅腔，是1种颅脑占位性病变，会引发运动障碍、视力丧失、感觉障碍等表现的一种脑部病变，随着病情的发展，会损害患者的大脑功能，重者甚至会导致死亡。

目前主要检查手段包括头颅CT及头颅磁共振成像(MRI)，相比而言，磁共振检查由于没有骨伪影干扰及其多序列、多参数成像而对疾病的诊断意义更大[1]。

核磁共振波谱成像(MRS)属于分子影像学的一门新技术，是以生物体内固有分子作为分子探针，可以直接观测到许多与病理生理过程有关的代谢产物及其体内的分布和变化过程[2]。

鉴于此，本研究进一步分析磁共振MRS技术在脑肿瘤鉴别诊断中的应用价值。

现报告如下。

1资料与方法1.1一般资料选取2019年1月至2021年6月在我院就诊的颅内占位性病变65例患者作为研究对象。

纳入标准性别不限，年龄22～74岁，平均(42.28±7.69)岁;病人一般状况良好，临床资料齐全。

排除标准安装人工心脏起博器者、人工瓣膜置换术后、人工关节、或体内金属固定物、妊娠期及哺乳期妇女、幽闭恐惧症患者[3]。

磁共振波谱分析及其临床应用磁共振波谱分析（MagneticResonanceSpectroscopy，MRS）是运用磁共振成像技术的一种技术，是一种医学诊断的重要方法，属于一种非侵入性检查。

它将一定的磁共振信号，在频率范围内进行分解，从而可以检测出不同的物质，从而实现诊断的目的。

MRS技术检测从磁共振图像中获取的信息，具有丰富的成分、多层次、高灵敏度、快速准确、精细进行多方位分析及预测的特点，并不受临床手段受限等方面的影响，直接检测和分析实体组织内，非水分子成分及比例，其分析结果用来支持病变及良恶性诊断等，其临床应用范围越来越广泛。

MRS技术在脑部检查中应用最为广泛。

脑的MRS检查可通过检测和分析大脑内脂肪酸、乙酰乙酸、谷氨酸、丙酮酸、乙酸、丙酯等物质及其它和酯等物质，快速准确地分析脑部疾病，有助于精准诊断、早期治疗。

MRS技术可用于精准诊断、早期治疗痴呆、帕金森综合症、多发性硬化症、脑膜炎、脑血栓症、脑血管性疾病、脑外伤等，从而有效提高了脑部检查的精准性，使大多数病症的诊断更加准确，有利于提高脑部疾病的治疗效率。

MRS技术还用于肝脏检查，可以检测肝脏内的脂肪酸、乙酰乙酸、丙氨酸、丙酮酸等物质，清楚地了解肝脏病变程度，及时发现肝脏病变，从而能够有效地及早发现肝癌等肝脏病症，提高对肝脏疾病的诊断效果。

MRS技术在肝脏检查方面，可用于检测肝脏病症的诊断，诊断各种肝硬化、肝衰竭和肝癌等，有助于及早发现疾病，使肝病的治疗效果更加准确，从而提高治疗效率。

MRS技术在心脏病检查中也会被大量使用，它可以检测到心脏组织中的各种物质，包括乳酸、葡萄糖、谷氨酸、肌酐等物质。

通过MRS技术，能够检测病症的活动程度和变化，有助于准确诊断以及指导治疗。

MRS技术在临床界有着重要的意义，如肝、心脏、脑部等疾病的早期发现、准确诊断以及指导治疗等，都需要MRS技术来支持，因此MRS的应用领域将越来越广，将会在临床检查中发挥重要的作用。

磁共振波谱成像（MRS）解读及临床意义MRS是目前能够进行活体组织内化学物质无创性检测的唯一方法，MRI提供的是正常和病理组织的形态信息，而MRS则可以提供组织的代谢信息。

大家都清楚在很多疾病的发生过程中，代谢改变往往是早于形态改变的，因此磁共振波谱所能提供的代谢信息无疑有助于疾病的早期诊断,那么MRS是如何成像的。

技术原理·利用原子核化学位移现象成像不同化合物的相同原子核，相同化合物不同原子核之间由于所处的化学环境不同，其周围磁场有轻微变化，共振频率会有差别，这种情况称为化学位移现象，共振频率的差别就是MRS的原理基础·MRS表示方法横轴表示化学位移（频率差别）单位为百万分之一（ppm）纵轴表示信号强度峰高和峰值下面积反映某化合物的存在和量，与共振原子核的数目成正比SV PRESS TE=35ms•NAA波（N－乙酰天门冬氨酸）：波峰在2.02ppm。

仅存在于神经系统，由神经元的线粒体产生，是神经元密度和活力的标志。

所有能够导致神经元损伤和丢失的病变都可以表现有NAA波降低和NAA/Cr比值降低，包括脑肿瘤、脑梗死、脑炎等。

•Cho波（胆碱）：波峰在3.20ppm。

胆碱参与细胞膜的合成和降解，与细胞膜磷脂代谢有关，并且是神经递质乙酰胆碱的前体。

Cho波增高说明细胞膜更新加快、细胞密度大，通常为肿瘤细胞增殖所致。

•Cr波（肌酸）：波峰在3.05ppm。

包括肌酸（Cr）、磷酸肌酸（PCr），存在于神经元和胶质细胞中，为能量代谢物质。

在同一个体脑内不同代谢条件下，Cr＋PCr的总量恒定，即信号较稳定，故常用来作参比值。

脑肿瘤时，因为肿瘤对能量代谢需求高可导致Cr降低。

•Lac波（乳酸）：波峰在1.33~1.35ppm，为无氧代谢产物。

正常情况下细胞能量代谢以有氧氧化为主，1H-MRS检测不到。

而在缺血/缺氧或者高代谢状态如恶性肿瘤时，乳酸信号强度增加。

包含两个明显的共振峰，称为“双尖波”，在较短TE（136ms、144ms）时表现为倒置双峰，在较长TE（272ms,288ms）时表现为正向双峰。

磁共振波谱技术在医学中的应用磁共振波谱技术（MRS）是一种能够测量人体内部化学物质含量和分布的无损成像技术。

其基本原理是：通过利用核磁共振的原理，将人体分子中的氢离子激发到高能态，然后测量其复原过程中发送的特定频率以检测其所在分子的种类和浓度。

近年来，随着此项技术的快速发展，MRS 在医学领域得到了广泛的应用。

它具有无创性、无放射性、全身性和定量性的优点，成为现代医学诊断和治疗的重要手段之一。

以下是 MRS 在医学中的具体应用：一、诊断神经系统疾病MRS 技术可以检测人体神经系统组织中各种代谢产物，如 N-乙酰天冬氨酸（NAA）、肌酸（Cr）、胆碱（Cho）等，并测量它们的浓度。

这些代谢产物的浓度变化可以反映神经系统疾病的早期发生和恶化程度。

例如，NAA 是神经元的强有力标志，其浓度下降可以提示疾病的发生和后续恶化。

在 Alzheimer 病中，NAA 的降低率较高，而在多发性硬化症中，NAA 和 Cr 的浓度均较低。

二、诊断肿瘤MRS 技术还可以监测肿瘤代谢产物，因为肿瘤组织细胞代谢特征与正常组织细胞不同。

局部化 MRS 技术可以定量测量肿瘤中的乳酸、丙酮酸、胆碱等代谢产物，通过这些代谢产物的数量和种类，可以识别出肿瘤是良性的还是恶性的，并了解其扩散程度。

例如，前列腺癌中，胆碱浓度较高，而乳酸浓度较低，可以用来鉴别癌变和正常组织。

三、诊断肝病MRS 技术可以测量肝脏中的脂肪含量、乳酸含量和 ATP 含量等代谢产物的变化，为肝病的诊断和治疗提供了重要的指导。

例如，在肝脏脂肪变性的病人中，脂肪酸酰基转移酶等代谢酶的活性降低，脂肪的酶解也会减缓，从而导致脂肪积累。

MRS 技术可以测量肝脏中的脂肪含量，从而检测出这种疾病。

四、评估心脑血管疾病风险通过 MRS 技术，可以评估患者的心脑血管疾病风险。

例如，高胆固醇、高血糖等代谢异常会增加血管内皮细胞凋亡，导致血管壁变薄和血管分泌物质的过量释放。

MRS 可以显示出这些变化，进而判断患者的心脑血管疾病风险。