MRS在法醫(yī)學(xué)中的研究及應(yīng)用

高 省，張 濤，倪春明，劉 燕，李 斌，于建云

（1.云南警官學(xué)院，云南 昆明 650223；2.嵩明縣公安局，云南 嵩明 651700；3.昆明醫(yī)科大學(xué)，云南 昆明 650500）

MRS是在磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型影像學(xué)分析診斷方法，是目前臨床上少有且可客觀、無損傷研究人體器官組織代謝、生化改變及化合物定量分析的方法。MRS可檢測到腦內(nèi)多種代謝物的變化，如N-乙酰天門冬氨酸（nacetylaspartateand，NAA）、膽堿類化合物（choline，Cho）、總肌酸（total creatine，Cr）、乳酸和脂肪（LL）、肌醇（myo-inosil，MI）等。 MRS 迄今已應(yīng)用于缺血性腦卒中、顱內(nèi)占位性病變、乳腺疾病、阿爾茨海默病、顳葉癲癇、膠質(zhì)瘤、阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征等疾病的實驗及臨床研究中[1-7]，而在國內(nèi)法醫(yī)學(xué)中研究及應(yīng)用的報道尚較少見到，本文主要對MRS在國內(nèi)外法醫(yī)學(xué)中的研究及應(yīng)用進行綜述，擬為法醫(yī)學(xué)實驗研究及鑒定工作提供參考。

1 1H-MRS概述

MRS可對氫、磷和碳等原子核進行測定，目前較為常用和成熟的方法是1H-MRS[8]。1H-MRS技術(shù)包括單體素（single voxel）和多體素（multivoxel）兩種。單體素波譜由于定位不精確，臨床實際應(yīng)用價值不高，故目前采用多體素波譜成像方法，以提高臨床應(yīng)用價值。

1H-MRS能檢測的代謝物主要有 NAA、Cho、Cr、LL、MI，以及各代謝物的比值，如 NAA/Cr、NAA/Cho、Cho/Cr等。

NAA由神經(jīng)元的線粒體產(chǎn)生，并運輸至神經(jīng)元胞漿中。其主要分布于成熟腦組織的神經(jīng)細胞及軸索，也可見于不成熟的少突膠質(zhì)細胞、星型膠質(zhì)細胞和軸突中。在腦缺血、癲癇、帕金森病、多發(fā)性硬化等疾病發(fā)生時，腦組織內(nèi)相應(yīng)神經(jīng)元會丟失進而引起NAA減少，所以通常認為NAA是神經(jīng)病理狀態(tài)的生物化學(xué)標志物。在正常腦實質(zhì)中，NAA含量很高，其共振峰位于2.02×10 ppm，在正常1H-MRS中NAA峰最高。腦部的損傷、病變及神經(jīng)元損傷都可檢測到NAA峰值下降。NAA值、NAA/Cr值、NAA/Cho值降低，可提示神經(jīng)元或軸突喪失、神經(jīng)功能紊亂或發(fā)生能量代謝障礙[9]。在腦白質(zhì)營養(yǎng)不良，多發(fā)硬化以及缺氧性腦病中均可檢測到NAA含量減少[10]。腦白質(zhì)海綿狀變性是目前唯一一種能引起NAA含量增加的疾病[11]。

Cho是乙酰膽堿的前體，主要包括磷酸膽堿和磷酸乙酰膽堿，其共振峰位于3.2×10 ppm，正常情況下是1H-MRS的第二高波峰。Cho是細胞膜密度和完整性的標志，存在于神經(jīng)膠質(zhì)細胞中。當神經(jīng)膠質(zhì)細胞增生及脫髓鞘改變時可見Cho增高。Cho值、Cho/Cr值增高，表明細胞分裂增值活躍、膜代謝異常增高，而下降則表明細胞缺失或損傷[12-13]。

Cr的共振峰位于3.03×10 ppm，正常情況下是1H-MRS的第三高波峰。Cr主要存在于神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞中，為細胞內(nèi)磷酸轉(zhuǎn)運系統(tǒng)和能量緩沖系統(tǒng)“能量代謝”的標志，是高能磷酸鹽的儲備形式和ADP及ATP的緩沖劑，與能量代謝密切相關(guān)。Cr在腦內(nèi)總量較為恒定，而且在病理狀態(tài)下變化較少，所以常作衡量比較其他代謝物變化的基準值。

LL 表示乳酸（Lac）及脂質(zhì)（Lip）值。 在正常情況下，Lac在腦組織中含量十分低，且在正常波譜中沒有Lac峰。當正常的有氧氧化過程被無氧糖酵解所代替，例如在發(fā)生腦缺血、低氧、癲癇、代謝異常、巨細胞聚集時，乳酸水平會明顯增高。Lac峰通常出現(xiàn)于1.33 ppm處，且表現(xiàn)為雙峰。Lac升高及堆積是線粒體功能障礙的標志，代表有氧氧化出現(xiàn)障礙，糖酵解加速。細胞膜Lip的馳豫時間非常短，在中等或長回波時間（TE）時通?？床坏剑诙蘐E中可見。Lip峰位于0.8～1.5 ppm之間，且較寬大。

MI是膠質(zhì)細胞及髓鞘破壞的標志。MI是一種單糖，峰值位于3.56 ppm處。在腦組織內(nèi)，MI主要在膠質(zhì)細胞內(nèi)合成，神經(jīng)元內(nèi)無MI，且MI不能通過血腦屏障。MI含量增高提示膠質(zhì)增生或膠質(zhì)細胞體積增大，主要見于膠質(zhì)細胞增多癥、星形細胞增多癥、Alzheimer癡呆等病變。此外，由于NAA、Cho、Cr的峰值會受到許多因素的影響，而它們的比值卻相對比較穩(wěn)定，因此，在研究時通?？疾炱谙嗷ケ戎怠?/p>

2 1H-MRS在法醫(yī)學(xué)中的研究及應(yīng)用

1H-MRS在國內(nèi)外的法醫(yī)學(xué)中均有研究和應(yīng)用。在國內(nèi)，楊天潼等[14]利用1H-MRS技術(shù)推斷不同溫度下的死亡時間，探討不受外界環(huán)境溫度影響下推斷死亡時間的可行性，研究表明NAA/Cr、Cho/Cr的死后變化與時間呈強相關(guān)性且受環(huán)境溫度影響不大，可用于不同溫度下死亡時間的推斷。該研究團隊還分別利用單體素1H-MRS和多體素1H-MRS進行死亡時間的推斷研究[15-16]。其中單體素1H-MRS結(jié)果顯示死后24 h內(nèi)兔腦NAA、Cho、Cr呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律，并與死亡時間相關(guān)程度較高，可用于對一定條件下死亡時間的推斷；同時，多體素1HMRS研究結(jié)果顯示NAA/Cr、Ch/Cr的死后變化與時間呈強相關(guān)性，可用于死亡時間推斷。吳一輝等[17]對一位49歲的被匕首刺傷導(dǎo)致右尺神經(jīng)完全離斷的中國男子進行MRS研究，在受傷后4個月該患者接受了手術(shù)，并在傷后6、12、18、24個月進行1HMRS檢測，結(jié)果顯示，在手術(shù)前IMCL/Cr、EMCL/Cr值與健側(cè)比較是升高的，隨著恢復(fù)期的延長，IMCL/Cr、EMCL/Cr值逐漸接近于健側(cè)，該研究表明，IMCL/Cr和EMCL/Cr的變化可能與周圍神經(jīng)的損傷恢復(fù)有關(guān)。

國外關(guān)于1H-MRS在法醫(yī)學(xué)中的研究及應(yīng)用報告較多。Ith等[18]對羊模型和人的腦組織進行1HMRS檢測，觀察腦組織代謝物的變化，并進行法醫(yī)學(xué)死亡時間的推斷，研究發(fā)現(xiàn)在死后3天左右，三甲基銨、丙酸鹽、丁酸鹽等代謝物開始出現(xiàn)。Treen等[19]回顧性分析了1H-MRS對精神分裂疾病患者檢測后谷氨酸的異常情況是否與精神疾病相關(guān)，這將為法醫(yī)精神病學(xué)的鑒定提供客觀的檢測方法和證據(jù)資料。Durieux等[20]利用1H-MRS對21例智力正常自閉癥男子和29例正常對照組進行谷胱甘肽（GSH）檢測，結(jié)果表明，實驗組和對照組皮層和皮層下腦組織GSH的含量沒有差異，GSH含量的變化與臨床病情程度也無相關(guān)性，所以1H-MRS檢測到皮層和皮層下腦組織內(nèi)GSH的含量不是自閉癥的一個生物指標。Schmidt等[21]利用31P-MRS對尸體進行研究，旨在研究MRS作為法醫(yī)取證的工作，特別是對于死亡時間的確定，結(jié)果顯示31P-MRS代謝物對于確定拋尸時間作用很大。因此，MRS可能會是以后進行尸檢的一種影像學(xué)方法。Henigsberg等[22]應(yīng)用1H-MRS對抗抑郁治療的抑郁癥合并創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙患者進行NAA、CHO、Cr值檢測，結(jié)果顯示NAA/Cr值沒有差異、CHO/Cr值升高。Oksala[23]等利用MRI對痛風(fēng)病人的死亡原因進行研究，結(jié)果證實其死亡原因與的腦白質(zhì)變化密切相關(guān)。Scheurer等[24]利用1H-MRS追蹤檢測一只死后羊的頭顱模型，并觀察腦代謝物的變化，以發(fā)現(xiàn)一種能定量和客觀推斷死亡時間的方法。Banaschak[25]等通過1H-MR研究豬的動物模型，監(jiān)測死后豬腦組織內(nèi)代謝物的變化，該研究將為推斷死亡時間提供新的方法。

以上研究將為法醫(yī)臨床學(xué)診斷腦震蕩、腦損傷、軸索損傷、傷殘及傷情鑒定提供更多的影像學(xué)依據(jù)；為法醫(yī)病理學(xué)的死亡時間推斷提供一種可能更為客觀、準確的影像學(xué)方法，為死亡原因提供了又一新的檢測方法；為法醫(yī)精神病學(xué)中各種精神疾病的鑒定提供一種更為客觀和可以定量的檢測方法。相信隨著MRS檢測方法的不斷成熟和完善，MRS在法醫(yī)學(xué)實踐中將會得到更加廣泛的應(yīng)用。

[1]申云霞，婁明武，王秀榮，等.缺血性腦卒中腦溫度的磁共振波譜研究[J].北華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2016，17（1）:85-88.

[2]肖小艷，侯波，肖艷，等.探討磁共振成像在顱內(nèi)占位性病變手術(shù)前后的應(yīng)用價值[J].湖南師范大學(xué)學(xué)報（醫(yī)學(xué)版），2015，12（6）：92-93.

[3]潘兆春，袁永豐，劉紅霞，等.磁共振檢查在乳腺疾病診斷中的價值及技術(shù)要點[J].現(xiàn)代醫(yī)學(xué)，2016，44（1）:72-76.

[4]Henigsberg N1， Kalember P， Hraba P， et al.1-H MRS Changes in Dorsolateral Prefrontal Cortex after Donepezil Treatment in Patients with Mild to Moderate Alzheimer's disease[J].Coll Antropol， 2011，35（S1）:159-162.

[5]高才良，楊染，曾文兵，等.1H-MRS在顳葉癲癇中的定位診斷研究[J].川北醫(yī)學(xué)院學(xué)報，2015，30（6）:785-789.

[6]張玉琴，徐海東，董海波，等.3.0T氫質(zhì)子磁共振波譜成像在膠質(zhì)瘤術(shù)前分級及術(shù)后隨訪中的應(yīng)用[J].醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志，2016，26（2）:194-197.

[7]穆新暖，王濱，劉泉源，等.初步探索用多體素質(zhì)子磁共振波譜揭示CPAP治療中重度OSAHS男性患者的療效[J].磁共振成像，2016，7（2）:102-106.

[8]莊華梅，何德.核磁共振技術(shù)及其在生命科學(xué)中的應(yīng)用[J].生物磁學(xué)，2005，（4）:58-61.

[9]Chang K，Adleman N，Dienes K，et al.Decreased N-acetylaspartate in Children with Familial Bipolar Disorder[J].Biol Psychiatry， 2003，53（11）：1059-1065.

[10]Rosen Y，Lenkinski RE.Recent Advances in Magnetic Resonance Neurospectroscopy[J].Neurotherapeutics， 2007，4（3）:330-345.

[11]Castillo M， Kwock L， Scatliff J， et al.Proton MR Spectroscopy in Neoplastic and Non-neoplastic Brain Disorders[J].Magn Reson Imaging Clin N Am， 1998，6（1）:1-20.[12]Inazu M，Takeda H，Matsumiya T.Molecular and Functional Characterization of an Na+-independent Choline Transporter in rat Astrocytes[J].J Neurochem， 2005，94（5）:1427-1437.

[13]Matsumura A， Isobe T， Anno I， et al.Kawamura H.Correlation Between Choline and MIB-1 index in Human Gliomas.A quantitative in Proton MR Spectroscopy Study[J].J Clin Neurosci， 2005，12（4）:416-420.

[14]楊天潼，李振偉，劉良，等.磁共振波譜技術(shù)推測不同溫度下的死亡時間[J].法醫(yī)學(xué)雜志，2008，24（2）:85-89.

[15]楊天潼，李振偉，劉良，等.單體素1H-MRS推斷死亡時間的初步研究[J].中國法醫(yī)學(xué)雜志，2008，23（4）:220-222.

[16]楊天潼，李振偉，劉良，等.多體素1H-MRS推斷不同溫度下死亡時間的研究[J].中國法醫(yī)學(xué)雜志，2008，23（6）:379-382.

[17]Yihui Wu， Bo Yang， Qiyuan Bao， et al.Magnetic Resonance Spectrum Technique in the Follow-up of an Ulnar Nerve Injured Patient[J].Plast Reconstr Surg Glob Open，2015，3（5）：1-3.

[18]Ith M，Bigler P，Scheurer E，et al.Observation and Identification of Metabolites Emerging During Postmortem Decomposition of Brain Tissue by Means of in Situ 1H-magnetic Resonance Spectroscopy[J].Magn Reson Med，2002，48（5）:915-920.

[19]Treen D， Batlle S， Mollà L， et al.Are there Glutamate Abnormalities in Subjects at High Risk Mental state for Psychosis A Review of the Evidence[J].Schizophr Res，2016，171（1-3）:166-175.

[20]Durieux AM，Horder J，Mendez MA，et al.Cortical and Subcortical Glutathione Levels in Adults with Autism Spectrum Disorder[J].Autism Res， 2015，（20）：1522.

[21]Schmidt TM， Wang ZJ， Keller S， et al.Postmortem 31P magnetic Resonance Spectroscopy of the Skeletal Muscle:α-ATP/Pi Ratio as a Forensic Tool[J].Forensic Sci Int， 2014，（242）:172-176.

[22]Henigsberg N，Bajs M，Hrabac P，et al.Changes in Brain Metabolites Measured with Magnetic Resonance Spectroscopy in Antidepressant Responders with Comorbid Major Depression and Posttraumatic Stress Disorder[J].Coll Antropol，2011，35（S1）:145-148.

[23]Oksala NK，Oksala A，Pohjasvaara T，et al.Age Related white Matter Changes Predict Stroke Death in Long Term Follow-up[J].J Neurol Neurosurg Psychiatry， 2009，80（7）:762-766.

[24]Scheurer E，Ith M，Dietrich D，et al.Statistical Evaluation of Time-dependent Metabolite Concentrations:Estimation of Post-mortemIntervals Based on in situ1H-MRS of the Brain[J].NMR Biomed， 2005，18（3）:163-172.

[25]Banaschak S1，Rzanny R，Reichenbach JR，et al.Estimation of Postmortem Metabolic Changes in Porcine Brain Tissue Using 1H-MR Spectroscopy-preliminary Results[J].Int J Legal Med， 2005，119（2）:77-79.