英国伯明翰大学医学院：磁共振波谱（MRS）临床应用——优化、质量 控制和理解

磁共振波谱(MRS)临床应用:优化、质量 控制和理解 Nigel davies Lead MRi Physicist University Hospitals Birmingham NHS Foundation Trust Email:nigeldavies@nhs.net University Hospitals NHS Delivering the best in care Birmingham NHS Foundation Trust

磁共振波谱（MRS）临床应用：优化、质量 控制 和理解 Nigel Davies Lead MRI Physicist University Hospitals Birmingham NHS Foundation Trust Email: nigel.davies@nhs.net

概要 MRS原理 MRS方法综述 MRS临床应用综述 MRS的局限性和陷阱 MRS优化 ·质量保证、质量控制和标准化 ·MRS量化及理解 高场磁共振证实 ·分类器和决策辅助系统(DSS) 未来的发展 University Hospitals图s Delivering the best in care Birmingham NHS Foundation Trust

2 概要 • MRS原理 • MRS方法综述 • MRS临床应用综述 • MRS的局限性和陷阱 • MRS优化 • 质量保证、质量控制和标准化 • MRS量化及理解 • 高场磁共振证实 • 分类器和决策辅助系统（DSS） • 未来的发展

磁共振成像&波谱 MR成像 MR波谱 University Hospitals PHS Delivering the best in care Birmingham NHS Foundation Trust

3 MR 成像 MR 波谱 磁共振成像 & 波谱

MRS原理 将MR信号作为非空间频率编码的频率函数来分析 特定分子的波谱图形取决于它的化学属性 分解谱线可以提供关于组织的生物化学和代谢物的信息 提高的敏感性和特异性 改善的诊断及组织特性描述 University Hospitals s Delivering the best in care Birmingham NHS Foundation Trust

4 4 MRS原理 • 将MR信号作为非空间频率编码的频率函数来分析 • 特定分子的波谱图形取决于它的化学属性 • 分解谱线可以提供关于组织的生物化学和代谢物的信息 – 提高的敏感性和特异性 – 改善的诊断及组织特性描述

MRS原理:共振原子核选择 核 相对丰度 磁共振敏感性 H 99.98 100% 31P 100% 6.6% 13c 1.1% 0.016 19F 100% 83% 17 0.04 0.029% University Hospitals FHS Delivering the best in care Birmingham NHS Foundation Trust

5 MRS原理：共振原子核选择 核 相对丰度 磁共振敏感性 1H 99.98% 100% 31P 100% 6.6% 13C 1.1% 0.016% 19F 100% 83% 17O 0.04% 0.029%

MRS原理:分子间的相互作用 化学位移 成键电子的磁屏蔽引起的拉曼频率位移→化学特性 J-耦合 分子内自旋-自旋相互作用引起的调制 引起谱峰“分裂”→双峰,三峰etc. 谱线外观取决于TE(e.g. Lactate 6 University Hospitals NHS Delivering the best in care Birmingham NHS Foundation Trust

6 • 化学位移 – 成键电子的磁屏蔽引起的拉曼频率位移  化学特性 • J-耦合 – 分子内自旋-自旋相互作用引起的调制 – 引起谱峰“分裂”  双峰, 三峰 etc. – 谱线外观取决于TE （e.g. Lactate） MRS原理：分子间的相互作用

MRS原理:化学位移 拉曼频率: 感应电流 (楞次定律) o=y Beff IBsh 化学环境决定Be B 电子屏蔽 O (谱峰频移∝B。) 自旋-自旋交互作用 谱峰分裂vsTE&Bo 电子“云” Beff=B0-3sh University Hospitals WHS Delivering the best in care Birmingham NHS Foundation Trust

7 MRS原理：化学位移 拉曼频率：  =  Beff • 化学环境决定Beff – 电子屏蔽 （谱峰频移  B0） – 自旋-自旋交互作用 （谱峰分裂 vs TE & B0） Beff = B0-Bsh B0 O H Bsh H 感应电流 （楞次定律） 电子 “云

MRS原理:J耦合 质子自 分子 旋核 能级 有有 △o1-0 RC—R △O2- B △o2+6 RaCE △O1+6 H 波谱: 28 26 △O1 频率(o) △O2 University Hospitals NHS Delivering the best in care Birmingham NHS Foundation Trust

MRS原理： J-耦合 波谱： H2 C H1 C 分子： 质子自 旋核 能级 R2 R3 R4 R5 ∆1 -δ ∆2 -δ ∆1+δ ∆2+δ B0 ∆1 ∆2 2δ 2δ 频率 ()

MRS原理:谱线理解 Creatine(Cr) N-Acetyl Aspartate(NAA) Choline(Cho) C—NH CH CH NH HO一CH2-CH2-N-CH3 峰下面积∝(代谢物浓度× 对应质子的数目) CHa CH NA△ 与B无关的频率度量,以 TMSP为参考频率 (ppm=百万分之一) 八 Decreasing shielding, Increasing frequency(ppm) University Hospitals NHS Delivering the best in care Birmingham NHS Foundation Trust

MRS原理：谱线理解 Choline (Cho) Creatine (Cr) N-Acetyl Aspartate (NAA) Decreasing shielding, Increasing frequency (ppm) 与B0无关的频率度量，以 TMSP为参考频率 （ppm = 百万分之一） 峰下面积（代谢物浓度 × 对应质子的数目)

MRS方法:概述 空间定位 单体素MRS ·点解析波谱( PRESS) 2D& 3D MRSI 相位编码 PRESS 快速自旋谱成像 质子回波平面谱成像(PEPS| 螺旋MRS 水抑制 波谱后处理及分析 University Hospitals OHS Delivering the best in care Birmingham NHS Foundation Trust

10 MRS方法：概述 • 空间定位 – 单体素MRS • 点解析波谱（PRESS） – 2D & 3D MRSI • 相位编码PRESS • 快速自旋谱成像 • 质子回波平面谱成像（PEPSI） • 螺旋MRSI • 水抑制 • 波谱后处理及分析