研究氫質(zhì)子磁共振波譜（1H—MRS）在缺血性腦梗死中的應(yīng)用價值

doi：10.3969/j.issn.1007-614x.2013.20.55

摘 要 目的：應(yīng)用氫質(zhì)子磁共振波譜（1H-MRS）研究缺血性腦梗死的代謝物絕對濃度的變換特點及其演變規(guī)律，探討其在評估缺血性腦梗死中的價值。方法：通過表觀擴(kuò)散系數(shù)圖（ADC圖）精確定位氫質(zhì)子磁共振波譜，采用絕對定量方法，對30例不同時期缺血性腦梗死患者的NAA、Cr、Cho、mI、lac代謝物絕對濃度含量的變化進(jìn)行檢測，觀察不同分期腦梗死中各代謝物的變化特點。結(jié)果：在超急性期，腦梗死區(qū)NAA濃度較對側(cè)下降，但仍保持較高的水平；Cr濃度亦較對側(cè)輕度下降，Cho、mI濃度略有下降，lac濃度明顯升高。在急性期，腦梗死區(qū)NAA、Cr、Cho、mI濃度均較對側(cè)明顯下降，其中NAA濃度下降最為顯著，平均濃度只為對側(cè)的18.9%，而lac濃度繼續(xù)升高，并達(dá)到高峰。在亞急性期，腦梗死區(qū)NAA、Cr、Cho、mI濃度均較對側(cè)明顯下降，lac濃度開始下降，但仍持續(xù)較高水平。在慢性早期和晚期，NAA、Cr、Cho、mI濃度繼續(xù)維持很低的水平。Cr、Cho、mI與NAA均有平行下降趨勢，但沒有NAA、Lac變化顯著。結(jié)論：在腦梗死的MRS研究中，絕對定量技術(shù)能直觀、準(zhǔn)確地檢測缺血腦組織內(nèi)代謝物的動態(tài)演變過程，對深入研究腦梗死的發(fā)病機(jī)理有重要意義。

關(guān)鍵詞 腦梗死 磁共振氫質(zhì)子波譜 擴(kuò)散加權(quán)成像 代謝物

Abstract Objective：Application of proton magnetic resonance spectroscopy （1H-MRS） transform characteristics and evolution law of ischemic cerebral infarction metabolite concentration，explore the value evaluation of ischemic cerebral infarction.Methods：The apparent diffusion coefficient diagram （ADC diagram） precise positioning of proton magnetic resonance spectroscopy，using the absolute quantification method，changes of 30 cases patients with different stages of ischemic cerebral infarction of NAA、Cr、Cho、mI、lac metabolites of absolute concentrations were detected to observe the different characteristics of each metabolite，changes in the staging of cerebral infarction.Results：In super acute period of cerebral infarction area，NAA concentration is on the side down，but still maintained a higher level；the concentration of Cr is slightly to the contralateral side down，Cho，mI concentration decreased slightly，the concentration of Lac increased significantly.In the acute phase of cerebral infarction area，NAA，Cr、Cho、mI concentration was lower than contralateral decreased significantly，NAA concentration decreased most significantly，the average concentration of side 18.9%，while the lac concentration continues to increase， and reached a peak.In the subacute stage of cerebral infarction area，NAA、Cr、Cho、mI concentration was lower than contralateral decreased significantly，lac concentration began to decline，but still high level.In chronic early and late，NAA、Cr、Cho、mI concentration to maintain a very low level，Cr、Cho、mI and NAA have parallel downward trend，but no significant change in NAA、Lac.Conclusion：In the MRS study of cerebral infarction，absolute quantitative technology can accurately detect the dynamic evolution process.The metabolites within ischemic brain tissue，are of great significance to study the pathogenesis of cerebral infarction.

Key words Cerebral infarction；1H-MRS；Diffusion weighted imaging；Metabolite

近年來，MRS的應(yīng)用使腦梗死的研究深入到細(xì)胞代謝的水平[1]。相對定量法雖有一定的優(yōu)點，但代謝物比值的改變并不能準(zhǔn)確地反映具體代謝物水平的變化情況，甚至出現(xiàn)錯誤的結(jié)果[2]。我們采用絕對定量方法，通過表觀擴(kuò)散系數(shù)圖（ADC圖）精確定位氫質(zhì)子磁共振波譜，應(yīng)用波譜（1H-MRS）對30例不同時期缺血性腦梗死患者各種不同代謝物絕對濃度含量的變化進(jìn)行檢測，觀察不同分期腦梗死中各代謝物的變化及其演變規(guī)律，以評估1H-MRS在腦梗死診斷的應(yīng)用價值，試圖為探討個體化治療方案提供一種客觀觀察指標(biāo)。

資料與方法

本組患者30例，均經(jīng)MR常規(guī)及擴(kuò)散加權(quán)成像明確診斷為腦梗死，其中男18例，女12例，年齡20～82歲，平均51.2歲。病例分期采用公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)[3]，參照全國第四屆腦血管病學(xué)術(shù)會議修訂的腦梗死診斷標(biāo)準(zhǔn)對腦梗死進(jìn)行分期。根據(jù)起病至MR檢查時間分為5期：超急性期（≤6小時）6例，急性期（7～24小時）10例，亞急性期（3～10天）8例，慢性早期（11天～1個月）3例，慢性晚期（>1個月）3例。全部病例均有明確的腦梗死發(fā)病時間，除外出血性及腔隙性腦梗死。腦梗死對側(cè)相應(yīng)腦組織區(qū)常規(guī)MRI及DWI掃描無異常改變。

MRI檢查方法、程序：采用Siemens 1.5T超導(dǎo)型MR機(jī)，患者仰臥位，頭顱相控陣線圈，所有患者先行常規(guī)掃描，包括橫軸位自旋回波序列（SET1WI）（TR-400ms、TE-7.8ms）；液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列（FLAIR）（TR-8500ms，TE-135ms）和橫軸位、矢狀位、冠狀位快速自旋回波序列（TSET2WI）（TR-3550ms、TE-101ms）。DWI橫軸位，采用單次激發(fā)快速自旋回波-平面回波（SSH-SE-EPI）序列（TR-3200ms、TE-89ms），層厚5mm，層距2mm，三向同性擴(kuò)散，在X、Y、Z軸3個方向上選用擴(kuò)散系數(shù)，DWI序列啟用2個擴(kuò)散梯度場（b1=0，b2=1000），并自動生成1幅DWI的示蹤圖（ADC圖）[4]。1H-MRS應(yīng)用化學(xué)位移成像進(jìn)行單體素采集，點解析波譜（PRESS）序列（TR-1500ms、TE-288ms），選取腦梗死病灶中心區(qū)和對側(cè)相應(yīng)部位的正常腦組織（鏡像區(qū)）為感興趣區(qū)（ROI），感興趣區(qū)以DWI發(fā)現(xiàn)病灶為標(biāo)準(zhǔn)，選擇ADC值最低處測定代謝物質(zhì)。ROI大小約15mm×15mm×15mm或20mm×20mm×20mm，波譜采集時間約7.2分鐘。應(yīng)用Siemens波譜分析軟件完成信號平均、相位校正、基線校正。

評價指標(biāo)：①主要觀察的代謝物：氮-乙酰天門冬氨酸（NAA）2.02ppm；膽堿類復(fù)合物（Cho）3.22ppm；肌酸（Cr）3.03ppm或3.94ppm；肌醇（mI）3.56ppm和乳酸（lac）1.33ppm。②定量分析方法：采用絕對定量方法，得出具體代謝物NAA、Cr、Cho、mI、lac的絕對濃度。

結(jié) 果

各期腦梗死區(qū)及對側(cè)相應(yīng)區(qū)域腦組織代謝物絕對濃度比較，見表1。

腦梗死區(qū)代謝物絕對濃度變化的縱向比較，見表2。

討 論

磁共振波譜（MRS）的基本原理及譜線：MRS是一種利用核磁共振現(xiàn)象和化學(xué)位移作用對一系列原子核及其化合物進(jìn)行分析的方法。是目前惟一能無創(chuàng)性研究活體組織代謝、生化變化及化合物定量分析的技術(shù)?；瘜W(xué)位移（chemical shift）是同一種原子核，位于不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)中，由于周圍電子云的結(jié)構(gòu)、分布和運動狀態(tài)不同，其進(jìn)動頻率也有差別。這種在相同環(huán)境條件（溫度、pH值、均勻外磁場等）下，同一原子核由于所處的分子結(jié)構(gòu)不同所致的進(jìn)動頻率出現(xiàn)差異的現(xiàn)象被稱為化學(xué)位移現(xiàn)象。例如：1H在H2O和脂類（-CH3）具有不同的化學(xué)環(huán)境，則有不同的進(jìn)動頻率：在1.5T主磁場中，H2O和脂類中的1H的共振頻率分別為63.75Hz及210Hz（相差3ppm）。相同1H原子核由于其所處不同化合物中（化學(xué)環(huán)境不同），其周圍磁場強(qiáng)度會有細(xì)微變化，共振頻率會有所差別—化學(xué)位移?；瘜W(xué)位移是MRS的基礎(chǔ)，正是由于不同化合物之間存在著頻率差異（化學(xué)位移不同），MRS才可能將不同的化合物分辨開來。

質(zhì)子磁共振波譜檢測腦的代謝物反映在圖譜上是不同化學(xué)位移的共振峰。所能探測到的化合物表現(xiàn)為特定頻率上的峰。譜線：MRS譜線的橫軸代表化學(xué)位移，即頻率，單位是ppm（頻率的百萬分之幾）?？v軸是化合物的信號強(qiáng)度，其峰高度或峰下面積與該化合物的濃度成正比?；衔锏奶囟ɑ瘜W(xué)結(jié)構(gòu)會造成其表現(xiàn)為特定形態(tài)的峰。不同代謝產(chǎn)物的化學(xué)位移不同，其變化能反映人體能量代謝的病理生理變化。

常見化合物的化學(xué)位移及其作用：1H-MRS可檢測到的主要代謝物：①NAA-氮-乙酰天門冬氨酸：位于2.02ppm，主要位于神經(jīng)元上，是公認(rèn)的神經(jīng)元密度標(biāo)志物，反映神經(jīng)元的功能狀況。NAA降低提示神經(jīng)元的脫失或功能障礙。②Cho-膽堿類復(fù)合物（甘油磷酸膽堿、磷酸膽堿和膽堿）：位于3.22ppm，參與細(xì)胞膜構(gòu)成，與細(xì)胞膜磷脂代謝有關(guān)；Cho升高，反映細(xì)胞增殖和膜轉(zhuǎn)運增加。③Cr/PCr-肌酸/磷酸肌酸：位于3.03ppm（少量位于3.94ppm），作用：高能磷酸鹽的儲備形式及ATP和ADP的緩沖劑；其含量相對較穩(wěn)定，常被作為1H MRS相對定量測量時的參照物。④lac-乳酸：位于1.33ppm，PRESS序列，TE=144ms時，呈倒置雙峰；TE=288ms時，呈正置雙峰。Lac是糖無氧酵解產(chǎn)物，在正常腦組織中通常檢測不到。常出現(xiàn)于缺血缺氧時。Lac升高是線粒體功能障礙的標(biāo)志，說明有氧代謝途徑障礙、糖酵解加速，Lac堆積。⑤mI-肌醇：位于3.56ppm；星形細(xì)胞內(nèi)的一種重要的滲透遞質(zhì)，參與調(diào)節(jié)滲透壓，營養(yǎng)細(xì)胞及生成表面活性物質(zhì)；作為星形細(xì)胞的標(biāo)志物。⑥Glx-谷氨酰胺及谷氨酸復(fù)合物：位于2.2～2.4ppm；一種興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，在缺氧、肝性腦病或腦腫瘤等時升高。

對比分析研究各期腦梗死區(qū)1H-MRS各代謝物濃度變化的臨床意義：①NAA變化及意義：本組病例最早于發(fā)病4小時在腦梗死灶內(nèi)發(fā)現(xiàn)NAA開始下降。本研究結(jié)果顯示在超急性期NAA即有下降，但仍能保持較高的水平，提示腦缺血區(qū)仍有較多數(shù)量存活的細(xì)胞，神經(jīng)元功能仍大部分存在，進(jìn)一步從活體細(xì)胞水平上證實了此時段是臨床進(jìn)行溶栓治療的最佳時間段，因此超急性期（發(fā)病6小時之內(nèi)）的治療干預(yù)必定能挽救大多數(shù)神經(jīng)元，此期NAA的減少更大程度上表明了神經(jīng)元功能的減低[5]。隨著病程延長，梗死區(qū)NAA水平呈進(jìn)行性明顯下降。超急性期之后NAA下降速度較快，于發(fā)病后48小時（急性期）降至第一個較低值，平均濃度只為對側(cè)的18.9%，而至亞急性期，平均濃度1.07mmol/kg，與急性期相比無顯著性差異。此后NAA持續(xù)下降，至恢復(fù)期（慢性期）降至最低值，并維持較低水平。說明48小時之內(nèi)神經(jīng)元死亡加劇，但尚未降至最低值，治療仍能阻止NAA進(jìn)一步減低；之后神經(jīng)元死亡逐漸達(dá)到低谷，NAA的改變則更可能取決于神經(jīng)元數(shù)目的丟失，當(dāng)NAA耗盡則提示腦組織的軟化、壞死達(dá)到高峰，標(biāo)志著梗死形成神經(jīng)元出現(xiàn)不可逆損傷。在梗死發(fā)展過程中，NAA的下降是缺血后腦損傷的一個標(biāo)志物，NAA在腦中風(fēng)后6～24小時開始明顯下降，NAA在梗死區(qū)分布不均勻，中心區(qū)域下降較周圍明顯。NAA下降的水平反映了組織病理學(xué)損傷的嚴(yán)重程度，NAA下降程度越大，丟失的神經(jīng)元越多，其含量可作為評估腦梗死病人預(yù)后的指標(biāo)。②Lac變化及意義：本組最早于發(fā)病4小時在腦梗死灶內(nèi)發(fā)現(xiàn)Lac。本組超急性期、急性期和亞急性期的所有病例均可見抬高的Lac峰，進(jìn)一步證實Lac的增高是腦梗死早期的一個敏感指標(biāo)。腦梗死后Lac存在一個動態(tài)演變過程，在超急性期Lac即明顯升高，急性期顯著升高，并達(dá)到高峰，亞急性期開始有不同程度下降，到慢性期逐漸消失。急性期Lac濃度最高，而此期NAA濃度下降到了非常低的水平，說明此期腦組織缺血非常嚴(yán)重，來不及建立側(cè)支循環(huán)，反映此期腦血流灌注不足達(dá)到最嚴(yán)重狀態(tài)。腦缺血7～14天后（亞急性期后期至慢性期）Lac水平明顯下降近乎消失，此期腦組織軟化、壞死達(dá)到高峰，梗死組織自身的側(cè)支循環(huán)得以良好建立，而一旦供氧恢復(fù)，Lac則可參加三羧酸循環(huán)而徹底氧化，因此應(yīng)得以部分清除；另外Lac是小分子水溶性，能自由通過血腦屏障，也有利于其清除。Federico等認(rèn)為，Lac升高在腦梗死最初24～48小時與無氧代謝有關(guān)，而后期則為梗死區(qū)小膠質(zhì)細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的浸潤所致。因此Lac可以作為局部低灌注的標(biāo)志物，可作為無氧代謝的早期指標(biāo)。Lac的出現(xiàn)及升高程度代表了梗死的程度及嚴(yán)重性，Lac與多倫多中風(fēng)評分（TSS）、Barthel指數(shù)評分（BI）以及梗死灶體積顯著相關(guān)，闡明了Lac濃度預(yù)示著損傷程度。因此根據(jù)lac、NAA絕對定量的變化，可對腦梗死進(jìn)行分期。③Cr變化及意義：肌酸（Cr）也隨發(fā)病時間延長逐漸降低，超急性期Cr濃度已有明顯下降，隨著梗死時間的延長，急性期至亞急性期Cr濃度呈逐步下降的態(tài)度，至慢性期降到較低水平，與NAA下降趨勢基本一致，但下降幅度不及NAA。提示超急性期由于腦缺血而出現(xiàn)明顯的能量代謝障礙，從而導(dǎo)致高能磷酸代謝物減少，說明神經(jīng)元對缺血的反應(yīng)非常敏感。④Cho變化及意義：本組結(jié)果顯示膽堿（Cho）亦隨發(fā)病時間延長而逐漸下降，Cho在超急性期即輕度下降，急性期和亞急性期下降顯著，到慢性期近乎消失，但下降速度較NAA、Cr明顯低，且其最低值仍高于NAA、Cr。腦梗死后Cho濃度隨著時間的延長而持續(xù)下降，進(jìn)一步闡明梗死區(qū)內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞壞死.丟失逐漸增多，細(xì)胞的密度在持續(xù)下降[6]。⑤mI變化及意義：在超急性期變化不明顯，在急性期、亞急性期則下降明顯，到慢性期保持在極低水平或消失。說明了腦梗死后不但神經(jīng)元死亡，膠質(zhì)細(xì)胞亦死亡。

1H-MRS在腦梗死診斷中的應(yīng)用價值：1H-MRS作為目前惟一能從活體組織中監(jiān)測細(xì)胞內(nèi)代謝物變化的檢查技術(shù)，能敏感地檢測活體中腦缺血后腦內(nèi)代謝物的動態(tài)演變過程，絕對定量能直觀、準(zhǔn)確地反映缺血腦組織的生化改變及其發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，有助于了解腦梗死發(fā)生發(fā)展的過程：如正常神經(jīng)元及神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞功能障礙或死亡，細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運減慢或消失，能量代謝下降，可以導(dǎo)致NAA、mI、Cho和Cr降低，但是，由于乏氧造成糖酵解增加，使Lac明顯增高。其中NAA.Lac表現(xiàn)較為顯著，是診斷和監(jiān)測腦梗死的有效手段。因此根據(jù)lac、NAA絕對定量的變化，可對腦梗死進(jìn)行分期，在急性期腦梗死后MRS上發(fā)現(xiàn)Lac峰，而NAA峰正?；蚵缘?，提示腦缺血半暗帶存在，仍可進(jìn)行溶栓治療。以NAA下降和Lac升高的程度來評價腦梗死的進(jìn)展比簡單的依賴時間窗應(yīng)該更能準(zhǔn)確判斷腦缺血狀態(tài)，兩者變化也可能代表了治療窗終結(jié)，可以為選擇治療時機(jī)提供信息，且對深入研究腦梗死的發(fā)病機(jī)理有重要意義。Cr、Cho峰在腦缺血后均表現(xiàn)下降，Cho、Cr與NAA均有平行下降趨勢，但沒有NAA、Lac變化顯著，可作為其他代謝物的參考值，單獨應(yīng)用價值不大。

臨床上腦梗死發(fā)生4小時以內(nèi)的患者，常規(guī)MRI常常難以顯示缺血區(qū)，而MRS改變則很明顯，說明1HMRS出現(xiàn)異常改變比常規(guī)MRI早，并且1HMRS的改變不受模糊效應(yīng)的影響（3周左右），為腦梗死的診斷提供了一種新的影像學(xué)檢查方法。

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