研究氫質子磁共振波譜（1H—MRS）在缺血性腦梗死中的應用價值

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

摘 要 目的：應用氫質子磁共振波譜（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律，探討其在評估缺血性腦梗死中的價值。方法：通過表觀擴散系數圖（ADC圖）精確定位氫質子磁共振波譜，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行檢測，觀察不同分期腦梗死中各代謝物的變化特點。結果：在超急性期，腦梗死區NAA濃度較對側下降，但仍保持較高的水平；Cr濃度亦較對側輕度下降，Cho、mI濃度略有下降，lac濃度明顯升高。在急性期，腦梗死區NAA、Cr、Cho、mI濃度均較對側明顯下降，其中NAA濃度下降最為顯著，平均濃度只為對側的18.9%，而lac濃度繼續升高，并達到高峰。在亞急性期，腦梗死區NAA、Cr、Cho、mI濃度均較對側明顯下降，lac濃度開始下降，但仍持續較高水平。在慢性早期和晚期，NAA、Cr、Cho、mI濃度繼續維持很低的水平。Cr、Cho、mI與NAA均有平行下降趨勢，但沒有NAA、Lac變化顯著。結論：在腦梗死的MRS研究中，絕對定量技術能直觀、準確地檢測缺血腦組織內代謝物的動態演變過程，對深入研究腦梗死的發病機理有重要意義。

關鍵詞 腦梗死 磁共振氫質子波譜 擴散加權成像 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的應用使腦梗死的研究深入到細胞代謝的水平[1]。相對定量法雖有一定的優點，但代謝物比值的改變并不能準確地反映具體代謝物水平的變化情況，甚至出現錯誤的結果[2]。我們采用絕對定量方法，通過表觀擴散系數圖（ADC圖）精確定位氫質子磁共振波譜，應用波譜（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律，以評估1H-MRS在腦梗死診斷的應用價值，試圖為探討個體化治療方案提供一種客觀觀察指標。

資料與方法

本組患者30例，均經MR常規及擴散加權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。病例分期采用公認標準[3]，參照全國第四屆腦血管病學術會議修訂的腦梗死診斷標準對腦梗死進行分期。根據起病至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病時間，除外出血性及腔隙性腦梗死。腦梗死對側相應腦組織區常規MRI及DWI掃描無異常改變。

MRI檢查方法、程序：采用Siemens 1.5T超導型MR機，患者仰臥位，頭顱相控陣線圈，所有患者先行常規掃描，包括橫軸位自旋回波序列（SET1WI）（TR-400ms、TE-7.8ms）；液體衰減反轉恢復序列（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，三向同性擴散，在X、Y、Z軸3個方向上選用擴散系數，DWI序列啟用2個擴散梯度場（b1=0，b2=1000），并自動生成1幅DWI的示蹤圖（ADC圖）[4]。1H-MRS應用化學位移成像進行單體素采集，點解析波譜（PRESS）序列（TR-1500ms、TE-288ms），選取腦梗死病灶中心區和對側相應部位的正常腦組織（鏡像區）為感興趣區（ROI），感興趣區以DWI發現病灶為標準，選擇ADC值最低處測定代謝物質。ROI大小約15mm×15mm×15mm或20mm×20mm×20mm，波譜采集時間約7.2分鐘。應用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：①主要觀察的代謝物：氮-乙酰天門冬氨酸（NAA）2.02ppm；膽堿類復合物（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 果

各期腦梗死區及對側相應區域腦組織代謝物絕對濃度比較，見表1。

腦梗死區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象和化學位移作用對一系列原子核及其化合物進行分析的方法。是目前惟一能無創性研究活體組織代謝、生化變化及化合物定量分析的技術。化學位移（chemical shift）是同一種原子核，位于不同的化學結構中，由于周圍電子云的結構、分布和運動狀態不同，其進動頻率也有差別。這種在相同環境條件（溫度、pH值、均勻外磁場等）下，同一原子核由于所處的分子結構不同所致的進動頻率出現差異的現象被稱為化學位移現象。例如：1H在H2O和脂類（-CH3）具有不同的化學環境，則有不同的進動頻率：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（化學環境不同），其周圍磁場強度會有細微變化，共振頻率會有所差別—化學位移。化學位移是MRS的基礎，正是由于不同化合物之間存在著頻率差異（化學位移不同），MRS才可能將不同的化合物分辨開來。

質子磁共振波譜檢測腦的代謝物反映在圖譜上是不同化學位移的共振峰。所能探測到的化合物表現為特定頻率上的峰。譜線：MRS譜線的橫軸代表化學位移，即頻率，單位是ppm（頻率的百萬分之幾）。縱軸是化合物的信號強度，其峰高度或峰下面積與該化合物的濃度成正比。化合物的特定化學結構會造成其表現為特定形態的峰。不同代謝產物的化學位移不同，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，主要位于神經元上，是公認的神經元密度標志物，反映神經元的功能狀況。NAA降低提示神經元的脫失或功能障礙。②Cho-膽堿類復合物（甘油磷酸膽堿、磷酸膽堿和膽堿）：位于3.22ppm，參與細胞膜構成，與細胞膜磷脂代謝有關；Cho升高，反映細胞增殖和膜轉運增加。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是糖無氧酵解產物，在正常腦組織中通常檢測不到。常出現于缺血缺氧時。Lac升高是線粒體功能障礙的標志，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；星形細胞內的一種重要的滲透遞質，參與調節滲透壓，營養細胞及生成表面活性物質；作為星形細胞的標志物。⑥Glx-谷氨酰胺及谷氨酸復合物：位于2.2～2.4ppm；一種興奮性神經遞質，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：本組病例最早于發病4小時在腦梗死灶內發現NAA開始下降。本研究結果顯示在超急性期NAA即有下降，但仍能保持較高的水平，提示腦缺血區仍有較多數量存活的細胞，神經元功能仍大部分存在，進一步從活體細胞水平上證實了此時段是臨床進行溶栓治療的最佳時間段，因此超急性期（發病6小時之內）的治療干預必定能挽救大多數神經元，此期NAA的減少更大程度上表明了神經元功能的減低[5]。隨著病程延長，梗死區NAA水平呈進行性明顯下降。超急性期之后NAA下降速度較快，于發病后48小時（急性期）降至第一個較低值，平均濃度只為對側的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持續下降，至恢復期（慢性期）降至最低值，并維持較低水平。說明48小時之內神經元死亡加劇，但尚未降至最低值，治療仍能阻止NAA進一步減低；之后神經元死亡逐漸達到低谷，NAA的改變則更可能取決于神經元數目的丟失，當NAA耗盡則提示腦組織的軟化、壞死達到高峰，標志著梗死形成神經元出現不可逆損傷。在梗死發展過程中，NAA的下降是缺血后腦損傷的一個標志物，NAA在腦中風后6～24小時開始明顯下降，NAA在梗死區分布不均勻，中心區域下降較周圍明顯。NAA下降的水平反映了組織病理學損傷的嚴重程度，NAA下降程度越大，丟失的神經元越多，其含量可作為評估腦梗死病人預后的指標。②Lac變化及意義：本組最早于發病4小時在腦梗死灶內發現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，進一步證實Lac的增高是腦梗死早期的一個敏感指標。腦梗死后Lac存在一個動態演變過程，在超急性期Lac即明顯升高，急性期顯著升高，并達到高峰，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重，來不及建立側支循環，反映此期腦血流灌注不足達到最嚴重狀態。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、壞死達到高峰，梗死組織自身的側支循環得以良好建立，而一旦供氧恢復，Lac則可參加三羧酸循環而徹底氧化，因此應得以部分清除；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等認為，Lac升高在腦梗死最初24～48小時與無氧代謝有關，而后期則為梗死區小膠質細胞和巨噬細胞的浸潤所致。因此Lac可以作為局部低灌注的標志物，可作為無氧代謝的早期指標。Lac的出現及升高程度代表了梗死的程度及嚴重性，Lac與多倫多中風評分（TSS）、Barthel指數評分（BI）以及梗死灶體積顯著相關，闡明了Lac濃度預示著損傷程度。因此根據lac、NAA絕對定量的變化，可對腦梗死進行分期。③Cr變化及意義：肌酸（Cr）也隨發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明顯的能量代謝障礙，從而導致高能磷酸代謝物減少，說明神經元對缺血的反應非常敏感。④Cho變化及意義：本組結果顯示膽堿（Cho）亦隨發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下降，進一步闡明梗死區內神經細胞壞死.丟失逐漸增多，細胞的密度在持續下降[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元死亡，膠質細胞亦死亡。

1H-MRS在腦梗死診斷中的應用價值：1H-MRS作為目前惟一能從活體組織中監測細胞內代謝物變化的檢查技術，能敏感地檢測活體中腦缺血后腦內代謝物的動態演變過程，絕對定量能直觀、準確地反映缺血腦組織的生化改變及其發生、發展規律，有助于了解腦梗死發生發展的過程：如正常神經元及神經膠質細胞功能障礙或死亡，細胞膜轉運減慢或消失，能量代謝下降，可以導致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表現較為顯著，是診斷和監測腦梗死的有效手段。因此根據lac、NAA絕對定量的變化，可對腦梗死進行分期，在急性期腦梗死后MRS上發現Lac峰，而NAA峰正常或略低，提示腦缺血半暗帶存在，仍可進行溶栓治療。以NAA下降和Lac升高的程度來評價腦梗死的進展比簡單的依賴時間窗應該更能準確判斷腦缺血狀態，兩者變化也可能代表了治療窗終結，可以為選擇治療時機提供信息，且對深入研究腦梗死的發病機理有重要意義。Cr、Cho峰在腦缺血后均表現下降，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，單獨應用價值不大。

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

參考文獻

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