MRS的原理和临床应用

MRS成像技术及临床应用总结<i>MRS成像技术、MRS分析的主要代谢产物、脑肿瘤―鉴别肿瘤和非肿瘤性病变、原发和转移鉴别、胶质瘤分级提示、鉴别放疗后复发和放射性脑坏死、颞叶癫痫-定侧、定量、血管性异常―梗死、脑缺氧、感染性病变--脑炎、脑脓肿</i>一MRS成像技术回波时间应用长、短TE确定的常规代谢物-N-乙酰天门冬氨酸(N-acetyl asparte, NAA)-肌酸（creatine, Cr)-胆碱（choline, Cho)-乳酸（lactate, Lac)仅短TE确定的代谢物-脂质（lipids, Lip)-谷氨酰胺和谷氨酸（glutamine and glutamate, Glx)-肌醇（myo-inositol, mI)如何选择长、短TE中等TE（144ms）PRESS用于肿瘤性病变。

易于显示Cho和Lac 峰，两者是肿瘤性病变的主要代谢改变短TE（30-35ms）PRESS用于其他的病理状态体素的位置和大小为提高1H MRS 敏感性，感兴趣区（ROI）要求有严格的边界，并避免来自邻近组织的干扰：●血管、血液、空气、脑脊液、脂肪、坏死区、金属、钙化● 颅骨，ROI距其至少约5～10mm● 邻近静脉窦体素越小，部分容积效应越小，但信噪比及空间分辨率降低如何确定Lac峰（Lac与Lip 共振频率基本相同）严格匀场后，Lac的共振呈双峰线（doublet)当TE为144ms时，Lac峰反转于基线下当选择长TE（270ms）时，Lip信号不再磁化，只能检测到Lac 二MRS分析的主要代谢产物NAA（N-乙酰门冬氨酸）：主要存在于神经元及其轴突，可作为神经元的内标物，其含量可反映神经元的功能状态。

含量降低表示神经元受损；峰值升高仅见于Canavan病（海绵状脑白质营养不良）。

第一大峰。

主要位于2.02ppm，正常浓度为6.5-9.7mmol，平均7.8mmol胆碱化合物（Cho ）主要是自由胆碱、细胞膜翻转的标志物，反映细胞增殖，其峰值升高见于肿瘤、炎症、慢性缺氧，降低见于卒中、脑病（肝性脑病、AIDS）等位于3.20ppm，正常浓度0.8-1.6mmol，平均1.3mmol肌酸类（Cr）<i>MRS成像技术、MRS分析的主要代谢产物、脑肿瘤―鉴别肿瘤和非肿瘤性病变、原发和转移鉴别、胶质瘤分级提示、鉴别放疗后复发和放射性脑坏死、颞叶癫痫-定侧、定量、血管性异常―梗死、脑缺氧、感染性病变--脑炎、脑脓肿</i>此峰由肌酸、磷酸肌酸、-氨基丁酸、赖氨酸和谷胱甘肽共同组成；是脑细胞能量代谢的提示物，在低代谢状态下增加，而在高代谢状态下减低。

MR波谱技术MR波谱(MRS)是无创伤、无辐射危害进行活体组织化学物质检测的唯一方法。

研究的是一定体积的组织中化学物质的含量和浓度。

它的扫描单位是体积，称为体素。

根据每次MRS扫描时设置的体素数量，可分为单体素成像和多体素成像(化学位移成像)。

一、MRS的基本原理1.化学位移现象因所处分子结构不同造成同一磁性原子核进动频率差异的现象被称为化学位移。

2.MRS简要原理以1H为例，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，由于受化学位移的影响，不同的代谢产物质子的进动频率有轻微差别，通过傅立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的进动频率，通常用百万分几(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成正比。

3.MRS的特点：①提供组织的代谢信息；②可用数值或谱线来表示；③对磁场均匀度的要求更高；④其对比分辨力与主磁场强度成正比；⑤信号较弱，常需进行多次平均，检查时间较长；⑥可用两种或两种以上代谢产物含量之比来反映组织的代谢变化；⑦可利用不同的磁性原子核(1H、31P、12C、23Na和19F)进行MRS检查；⑧常选择一种比较稳定的化学物质作为标准参照物。

二、MRS的常用技术临床上1H-MRS多用激励回波采集模式( STEAM)和点解析波谱( PRESS)两种技术STEAM : 通过3个不同方法的层面选择梯度场，将3个90°脉冲分别施加在相互垂直的层面上，三者相交得到一个点状容积信号。

优点是TE较短；缺点是信噪比较低。

PRESS:采用1个90°脉冲和2个180°相位重聚脉冲，其施加层面选择梯度场与STEAM相同，得到的是自旋回波信号。

优点是信噪比较高；缺点是TE较长。

三、MRS的临床应用MRS的临床应用：①脑肿瘤的诊断和鉴别诊断；②代谢性疾病的脑改变；③脑肿瘤治疗后复发与肉芽组织的鉴别；④脑缺血疾病的诊断和鉴别诊断；⑤前列腺癌的诊断和鉴别诊断；⑥弥漫性肝病；⑦肾脏功能检测和肾移植排斥反应等。

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。

Mrs的原理和应用1. Mrs的概述Mrs（Mind Reading System）是一种通过脑机接口技术（Brain-Computer Interface，BCI）实现读取人类大脑中思维信息的系统。

通过对脑电信号的分析和处理，Mrs能够解码人类大脑中的思维活动，并将其转化为可理解的形式。

2. Mrs的原理Mrs系统主要基于脑电图（Electroencephalogram，EEG）信号的采集和分析。

在使用Mrs之前，需要在被试者头部安装脑电采集设备，通常是一组电极阵列。

这些电极会记录下被试者大脑中的脑电信号。

Mrs通过对脑电信号进行处理和分析，实现以下几个步骤：2.1 数据采集Mrs系统使用脑电设备采集被试者的脑电信号。

脑电信号是由大脑神经元的电活动产生的微弱电流，可以通过安装在头部的电极阵列记录下来。

2.2 信号处理采集到的脑电信号经过一系列的信号处理操作，包括滤波、放大和去噪等。

这些处理操作旨在提高信号质量，去除噪声和干扰。

2.3 特征提取在信号处理完成后，Mrs系统会从脑电信号中提取出一些特征，比如频谱特征、时域特征等。

这些特征能够反映出被试者的思维活动。

2.4 模式识别提取的特征将被输入到模式识别算法中，用于从中识别和解码被试者的思维活动。

常用的模式识别算法包括支持向量机（Support Vector Machine，SVM）、人工神经网络等。

2.5 可视化输出Mrs系统将解码的思维活动转化为可理解的形式，通常是通过图形界面的方式展示出来。

被试者可以通过观察界面上的反馈信息了解到自己的思维活动。

3. Mrs的应用Mrs系统具有广泛的应用前景，尤其在医学和人机交互领域有着重要的价值。

3.1 医学领域Mrs系统在医学领域具有重要的研究和应用意义。

例如，可以利用Mrs系统帮助研究脑部疾病和神经系统紊乱的机制，如帕金森病、癫痫等。

此外，Mrs系统还可以为脑机接口辅助治疗提供支持，比如帮助瘫痪患者恢复运动能力。

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。

MRS的原理和解读来源：山东省脑瘤整理MRS是目前临床中唯一无创性研究人体器官、组织代谢、生化改变和化合物定量分析的方法。

自1984年Koeze应用磷磁共振波谱以来，MRS得到了广泛的应用和发展，有助于研究脑组织生理和疾病时的生化改变，进行肿瘤成分的分析。

同时根据肿瘤的质子波谱与正常脑组织以及水肿区波谱的不同，进行量化分析，它对于观察肿瘤的生物学特性，确定肿瘤性质、范围、检测肿瘤的发展变化、对治疗的反应、复发等有重要作用。

原理与方法MRS是一种利用磁共振现象和化学位移作用，进行一系列特定原子核及其化合物分析的方法。

将人体置入外加主磁场中，核沿主磁场方向做陀螺样进动，核所受的磁场主要有主磁场决定。

但是，也与核的磁旋比γ、核外电子云及临近质子的电子云有关。

电子云的作用会屏蔽主磁场的作用，使的核所受的磁场强度小于外加主磁场。

这种由于电子云的作用产生的磁场差异被称为化学位移。

当施加90 射频脉冲（radio frenquency pulse，RFP）后，使它们从Z轴自旋到X轴上，停止Rf后，自旋核便以进动方式回到它们原来的Z轴位置，称为驰豫（relaxation）。

接收线圈在驰豫时间内能接收到一种随时间变化而呈指数衰减的信号——自由感应衰减信号（free indication decay，FID）。

经过傅立叶转换产生了按频率分布的函数值，即磁共振波谱。

对于给定的外磁场，不同核所处的化学环境不一样，从而产生Lamour 进动频率的微小差别，导致磁共振波谱的差别。

能代表其特性的参数有磁共振频率、峰值、半高宽度。

半高宽度受横向驰豫时间T2、外磁场的均匀度及样品内在因素的影响，并反映其变化。

同时可测曲线下面积，因共振峰面积与共振核数目成正比，反映化合物浓度，因此可用来定量分析。

临床应用临床上质子磁共振波谱通常用的定位方法包括深度分辨表面波谱（Depthresolved coil spectroscopy,DRESS）技术、点分辨表面波普(point-resolved surface coil spectroscopy)技术、活体内图像选择波谱（image-selected in vivo spectroscopy）、激励回波采样(stimulated-echo method, STEAM)模式。

磁共振波谱（MR spectroscopy，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。

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。

磁共振波谱mRS）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。

一、MRS的原理磁共振信号的共振频率由两个因素决定①旋磁比r，即原子的内在特性②核所处位置的磁场强度。

核所受的磁场主要由外在主磁场（B。

）来诀定，但是核所受的磁场强度也与核外电子云及邻近原子的原子云有关。

电子云的作用会屏蔽主磁场的作用，使着核所受的磁场强度小于外加主磁场。

这种由于电子云的作用所产生的磁场差别被称为化学位移。

因此，对于给定的外磁场，不同核所处的化学环境不一样，从而产生共振频率的微小差别，导致磁共振谱峰的差别，从而识别不同代谢产物及其浓度。

MRS可检测许多重要化合物的浓度，根据这些代谢物含量的多少可以分析组织代谢的改变，1H-MRS可测定12种脑代谢产物和神经递质的共振峰，N-乙酸门冬氨酸(NAA)、肌酸（Cr）磷酸肌酸（PCr）胆碱（cho）肌醇（MI）谷氨酸胺Gln）谷氨酸盐（Glu)乳酸（Lac）等。

生物中，许多生物分子都有31P，这些化合物参与细胞的能量代谢和与生物膜有关的磷脂代谢，31P－MRS被广泛用在对脑组织能量代谢及酸碱平衡的分析上，可以检测磷酸肌酸(PCr人无机磷酸盐(PI）α- ATP、β-ATP、γ—ATP的含量和细胞内的PH值。

二、MRS的临床应用1．正常人的脑MRSMR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。

NAA是哺乳动物神经系统中普遍存在的化合物，几乎所有的NAA均存在于神经对内，目前将NAA作为反映神经元功能的内标物。

正常人有很高的NAA／Cr）值，NAA下降提示神经元的缺失和破坏。

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。

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。