MRS的基本概念与临床应用（二）

娄 晶，王光彬

（1.山东省济南市中医医院，山东 济南250012；2.山东省医学影像学研究所，山东 济南250021）

3 前列腺1 H－MRS的信号特点及临床应用

3.1 前列腺1H－MRS的正常谱线及各种代谢物的信号特点 枸橼酸盐（citrate，Cit）、胆碱类化合物（choline，Cho）和肌酸（creatine，Cr）是前列腺1HMRS中最易观察到的代谢物，也是最有价值的指标（图4）。临床上常测量Cit与Cho＋Cr的比率来鉴别肿瘤组织和非肿瘤组织。①Cit：化学位移大约位于2.6～2.7ppm，是活体细胞线粒体内三羧酸循环的重要代谢产物，为精液的组成成分。正常和增生前列腺组织的分泌细胞可分泌Cit，其腺管有浓缩分泌液的能力，其内Cit浓度较高（约1.2mmol），为其他软组织的3～10倍［15］；而前列腺癌组织无法分化形成能存储高浓度Cit的腺管，不同程度减少或丧失了分泌和浓缩Cit的能力，因此在前列腺癌组织内Cit的浓度很低。②Cho：化学位移大约位于

3.2 ppm，Cho化合物包括胆碱（Choline）、磷酸胆碱（phosphocholine，PC）、甘油磷酸胆碱（glycerophosphocholine，GPC）、乙醇胺（ethanolamine）、磷酸乙醇胺（phosphoethanolamine）等，均与细胞膜的合成与降解有关。前列腺癌和前列腺增生时细胞的增殖速率加快导致Cho的水平上升，因此在前列腺癌和前列腺增生组织内Cho的浓度升高。③Cr：化学位移大约位于3.0ppm，与Cho共振峰部分重叠，不易分离，往往与Cho合并计算。Cr参与体内的能量代谢。文献［16］报道，Cr的浓度在前列腺癌、前列腺增生和正常前列腺组织内差异无统计学意义。另外，在活体前列腺MRS上可以分辨其他的代谢物波峰，如脂质（lipid，Lip）、肌醇（myoinositol－，mI）和多胺（polyamine，POL）。脂质的共振峰位于0.5～2.2ppm，如果扫描时不行脂肪抑制或脂肪抑制效果不好，在MRS上为最显著的波峰。

3.2 前列腺1H－MRS的临床应用 前列腺癌的MRS研究最早开始于20世纪80年代末。随着高场强MR机的出现，特别是直肠内表面线圈的开发应用，前列腺的MRS研究逐渐从实验室研究进入到临床应用阶段。目前，1H－MRS和MRI能无创地评价前列腺癌的解剖分布及肿瘤生物学特征，在前列腺癌的诊断、分级及治疗后随访中有重要的临床应用价值。

3.2.1 前列腺1H－MRS不同解剖区域的波谱特征正常前列腺的代谢物水平存在明显的区带性分布差异，前列腺外周带（peripheral zone，PZ）腺体含有高水平的Cit和中等量的Cho，且不随年龄发生变化；中央区腺体Cit含量约为PZ组织的1／4，且随年龄增长逐步降低［17］。不同解剖区域的平均Cho水平差异无统计学意义。

3.2.2 MRS在前列腺良、恶性病变鉴别诊断中的应用 MRS可通过测量Cho、Cr和Cit等的浓度与比值，在前列腺良、恶性病变鉴别诊断中发挥重要作用，克服常规MRI的局限性。据报道［18］：前列腺增生的Cit和Cho水平与PZ相近，分别约为后者的0.84和1.14，其中（Cho＋Cr）／Cit约为0.61；而前列腺癌的Cit水平显著下降，约为正常PZ浓度的32%，Cho水平明显增高，约为正常PZ的1.58倍，其（Cho＋Cr）／Cit约为2.10。

3.2.3 前列腺癌的诊断 前列腺癌1H－MRS以Cit、POL减低而Cho含量增加为其主要特征（图5）。其中，Cit减低反映了在肿瘤细胞中枸橼酸代谢由合成向分解方向上的转变；Cho含量的增加则可能归因于肿瘤细胞增殖导致的细胞膜更新速度加快。在前列腺癌的 MRS研究中，通常以（Cho＋Cr）／Cit作为诊断前列癌的代谢物指标，其平均比值显著高于前列腺良性增生和正常的前列腺组织；采用前列腺区带标准化阈值法区分良、恶性病变具有较高的准确性。应用图像融合软件，MRS数据可以叠加到前列腺的MRI断面解剖图像上形成彩色的代谢物数据分布图，从而直观地描述出肿瘤的位置和大小。因此，联合应用MRS／质子磁共振波谱成像（MRSI）能提高前列腺定位活检诊断前列腺癌的敏感性和特异性。此外，前列腺内微小癌灶的准确定位对实施肿瘤主动性监测和局部消融治疗具有重大临床价值。

3.2.4 前列腺癌的分级和临床分期 组织学上前列腺癌可分为高分化和低分化腺癌。低分化癌恶性度高，生物侵袭性高，患者预后差。前列腺癌的Cit含量水平与肿瘤的病理学分级有关联，高分化癌组织中Cit含量降低，而低分化肿瘤中缺失。大多数前列腺癌为低恶性肿瘤，区分前列腺内“惰性”肿瘤可以避免对患者的过度治疗。在前列腺癌伴有包膜外侵犯时，MRSI测得的各叶内肿瘤体积分数较无包膜外侵犯的肿瘤显著增高，能对前列腺癌灶进行无创性评估，不受观察者的主观性因素影响。

3.2.5 前列腺癌的治疗计划 前列腺癌 MRI／MRSI分期的前瞻性设计对高分化肿瘤的治疗方案具有重要价值。一般来讲，放疗前前列腺癌包膜外扩散超出5mm是预后不良的指标，往往提示需要实施积极治疗方案。文献［19］报道，图像融合软件结合MRI／MRSI资料进行放射治疗剂量－容积规划能降低对膀胱、直肠及股骨头的照射剂量，对前列腺肿瘤区域实施优化剂量照射。

4 肝脏1 H－MRS的信号特点及临床应用

4.1 肝脏1H－MRS正常谱线及各种代谢物的信号特点1H－MRS因实施方便、SNR高而采集时间相对短，临床上比31P－MRS应用更广泛，在参数选择上需采用更多信号平均次数和尽可能大的体素，并需要进行充分的预扫描校正和有效的水抑制以保证波谱质量。肝脏1H－MRS几个较明显的共振峰包括（图6）：①Lip：化学位移位于0.8～2.3ppm；②Cho：化学位移大约位于3.22ppm，胆碱及其衍生物是细胞膜磷脂代谢中的重要成分，峰值增高可能意味着细胞膜磷脂合成增加，而在肿瘤组织中胆碱成分的增减是细胞增殖活跃的结果；③mI、糖原和葡萄糖基（Glyc＋Gluc）的未分裂共振峰：化学位移位于3.35～3.90ppm；④谷氨酸胺（Gln）和谷氨酸盐（Glu）的复合物（Gln＋Glu，Glx）：化学位移位于2.2～2.6ppm；另外，还有位于4.0ppm处不恒定的未知名峰。现阶段，1H－MRS主要用于脂肪肝、肝纤维化的诊断与分级，以及肝脏肿瘤的诊断与治疗评价。

4.2 肝脏1H－MRS的临床应用

4.2.1 脂肪肝的诊断与分级 脂肪肝是以肝细胞内脂肪过度沉积为特征的病理改变。按肝细胞内脂肪含量，脂肪肝的严重程度分为0～Ⅲ级：0级，脂肪含量＜5%；Ⅰ级，6%～33%；Ⅱ级，34%～66%；Ⅲ级，＞66%。1H－MRS能直接显示脂肪酸分子内不同种类质子的信号强度，被认为是肝脏脂肪定量分析最准确的MRI技术。三酰甘油在波谱上显示的脂质共振峰包括：－CH3，位于0.9ppm；－CH2，位于2.0 ppm和2.2ppm；－CH，位于5.3ppm，其中最主要的是－CH3和－CH2基团的共振峰，通常－CH 共振峰因邻近水的共振峰被“淹没”（图7）。据文献［20］报道，可以用脂质分数来量化肝脏脂肪浸润程度，脂质分数为脂肪信号峰下面积（0.5～3.0ppm）与所有峰下面积（0.5～5.5ppm）的比值。1H－MRS技术及数据后处理过程较其他评价脂肪肝的技术复杂，限制了它在脂肪肝诊断中的应用。

4.2.2 肝纤维化的诊断与分级 肝纤维化和肝硬化是各种慢性肝病的共同结局，肝纤维化最终导致肝硬化、肝功能异常、门静脉高压等严重病情，且肝硬化患者发生肝癌的风险会显著增加。肝组织活检被认为是诊断肝纤维化的金标准，但其为有创检查，并不适合大面积的人群筛查和长时间的临床随访。Cho等［21］认为，1H－MRS对肝炎后肝纤维化的诊断与分级具有潜在应用价值。通过对慢性肝炎患者的Glx、糖原－葡萄糖复合物及Cho峰下面积的测量，并计算出与Lip峰的相对比值，结果表明，这些代谢物比值与肝脏的病理组织学特征呈显著正相关，可能与肝内Lip含量下降或其他代谢产物相对增加有关。

4.2.3 肝脏肿瘤的诊断与治疗评价 肝内局限性病灶的1H－MRS中，Cho类化合物共振峰是重点关注的对象，在肿瘤组织中Cho成分的增减被认为是细胞增殖活跃的结果。据文献［22］报道，MRS能反映出肝细胞肝癌从发生至发展的各个阶段代谢物水平的改变，Cho／Lip呈渐进性增加。此外，1H－MRS还应用于肝细胞癌治疗后的随访。Cho化合物的信号强度与活性肿瘤组织之间有显著的关联，绝大多数肝细胞肝癌在TACE术后表现为Cho化合物峰下降。

5 乳腺1 H－MRS的信号特点及临床应用

5.1 乳腺1H－MRS正常谱线及各种代谢物的信号特点 磁共振动态增强（DCE－MRI）诊断乳腺癌的敏感性达100%，但特异性较低，而MRS可以无创地分析乳腺肿块内的化合物成分，提高了MRI诊断乳腺癌的特异性，是对DCE成像的重要补充。MRS诊断乳腺癌主要依靠磷酸胆碱（P－Cho）峰，其与乳腺癌细胞增生紧密相关，可以作为乳腺癌的生物标记。

P－Cho：化学位移大约位于3.23ppm，在 MRS上对应总胆碱峰（tCho）。tCho峰信号主要来自所选体素中的磷酸胆碱、甘油磷酸胆碱及游离胆碱等，牛磺酸、肌酐、卵磷脂及葡萄糖等物质也有贡献。牛磺酸、甘油磷酸胆碱、肌醇等共振峰位于3.28～3.35ppm（图8）；水峰也是乳腺波谱曲线中重要的峰之一，其化学位移位于4.74ppm。P－Cho升高，一般提示细胞增生活跃或细胞数目增多。

另外，乳腺腺体内含有较多的脂肪组织，在MRS谱线上可见到高而宽大的波峰，可作为对照的波峰。

5.2 乳腺1H－MRS的临床应用 评估乳腺病变性质：正常乳腺细胞向不典型增生细胞、肿瘤细胞转变的过程中，胞内代谢发生变化，Cho的浓度逐渐增加。Cho峰升高，一般提示细胞增生活跃或细胞数目增多，而乳腺癌细胞与正常乳腺上皮细胞相比，乳腺癌细胞中胆碱运转速度和胆碱酶活性较正常乳腺上皮细胞升高数倍，Cho浓度增高，有助于区分乳腺病灶的良、恶性（图9）。文献［23］报道，单独使用MRS，诊断乳腺癌的敏感性为83%，特异性为85%；对于40岁以下的年轻妇女，单独使用 MRS诊断乳腺癌的敏感性和特异性均为100%。此外，MRS谱线分析还可以提供MRI诊断乳腺癌的阳性预测值，避免患者接受不必要的活检。

监测乳腺癌新辅助化疗疗效：新辅助化疗可以缩小晚期乳腺癌病灶的体积，提高手术切除成功率和实施保乳手术的可能，改善患者预后。大多数MRS研究使用tCho峰高变化或水／脂峰高比变化评估化疗疗效。MRS能在DCE－MRI显示病灶形态变化之前检测到肿瘤细胞内的代谢变化，在治疗的极早期预测患者对化疗的反应，减少不必要的化疗毒性伤害，及早更换有效的化疗方案，具有重要的临床意义。但MRS评估化疗疗效的最佳指标和最佳时间仍待进一步研究［24］。

目前，MRS作为无创性地研究人体器官组织代谢及生化改变、进行化合物定量分析的唯一方法，应用越来越广泛，可对疾病治疗后的功能恢复、功能性重建进行深入的研究，并且可以定性、定量地检测药物治疗的疗效，为临床诊断、治疗及评估预后提供可靠依据。相信随着技术的不断进步，MRS必将在疾病诊治中发挥越来越重要的作用。

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图4 正常前列腺的1 H－MRS谱线，枸橼酸盐（Cit）峰位于2.6～2.7ppm，峰值最高；胆碱类化合物（Cho）、肌酸（Cr）峰分别位于3.2ppm、3.0ppm，2个共振峰部分重叠，不易分离，常需合并计算；此波谱（Cho＋Cr）／Cit显示为0.668，属于正常前列腺组织的谱线 图5 65岁，男，右侧外周叶前列腺癌 图5a T2WI像MRS体素的定位区域，其中1区、2区分别为C图、B图谱线 图5b 左侧外周叶正常前列腺体素的1 H波谱及病理图片，谱线Cit峰较高，Cho＋Cr较低 图5c 右侧外周叶前列腺癌体素的1 H波谱及病理图片，谱线Cit峰较低，Cho＋Cr较高 图6 健康志愿者肝脏波谱 图6a T2WI定位像显示MRS的ROI至少离肝脏边缘1cm，避免大血管的干扰 图6b 肝脏1 H－MRS显示巨大的水和脂质（Lip）峰，三酰甘油主要的共振峰分别由－CH3和－CH2各基团中的氢质子贡献，位于0.9ppm和1.3～1.6ppm，其他肝组织代谢物共振峰通常比水和脂质小而难以区分 图7 肝细胞肝癌在TACE术后2d的1 H－MRS 图7a 肝脏CT平扫显示肝右叶下缘肿瘤区碘油沉积（箭头） 图7b MRI定位像显示MRS的ROI位于肿瘤区域 图7c 肿瘤TACE治疗前、后的1 H－MRS比较显示治疗后Cho显著减低，而由于碘油沉积肿瘤治疗后Lip峰明显增高（0.9～1.4ppm） 图8 健康志愿者乳腺MRI图像与MRS谱线 图8a 乳腺MRI显示ROI在乳腺组织的定位 图8b TR＝2 000s，TE＝135s时采集，Lip峰位于1.33ppm，总胆碱峰（tCho）位于3.28ppm，水峰位于4.74ppm图9 乳腺癌MRI图像与MRS谱线 图9a 增强T1WI显示体素位置于浸润性导管癌病变组织内 图9b MRS谱线示Cr峰位于3.04 ppm，磷酸胆碱峰（P－Cho）位于3.23ppm，Lip峰位于0.90ppm、1.33ppm，P－Cho峰明显升高，提示病灶为恶性

（续完）