1.5T1H-MRS在正常胰腺中的应用

曲源，夏迎洪，徐田勇，蒋杰

1.5T1H-MRS在正常胰腺中的应用

曲源，夏迎洪，徐田勇，蒋杰

【摘要】目的：探讨1.5T氢质子磁共振波谱成像（MRS）在活体正常胰腺中的应用价值及影响因素。方法：采用单体素点分辨波谱（PRESS）序列采集20例健康志愿者的正常胰腺波谱，分析脂质峰高（Lip）、峰下面积、脂质峰下面积（Lip）/组织内水峰下面积（InW）比值与年龄、身高体重指数（BMI）的相关性，分析胆固醇和不饱和脂肪酸的混合峰下面积（Chol +UnSat）/脂质峰下面积（Lip）比值与年龄、BMI的相关性。结果：1.5T活体胰腺MRS扫描成功率为90%（18/20）。Lip峰、TMA峰和Chol+UnSat混合峰显示率分别为100.0%（18/18）、89%（16/18）和100%（18/18）。Lip峰高与年龄、BMI呈正相关（r=0.715、0.356），有统计学意义（P=0.01、0.047），峰下面积与年龄、BMI呈正相关（r=0.503、0.135），与年龄有统计学意义（P=0.033），与BMI无统计学意义（P=0.593）。Lip/InW比值与年龄、BMI呈正相关（r=0.718、0.563），有统计学意义（P=0.01、0.015）。（Chol+Unsat）/Lip比值与年龄、BMI呈正相关（r=0.762、0.520），有统计学意义（P= 0.000、0.027）。Chol+Unsat峰下面积与年龄、BMI呈正相关（r=0.519、0.466），有统计学意义（P=0.004、0.000）。结论：1.5T磁共振波谱成像能够用于检测正常活体胰腺的主要代谢物并分析其谱线形态。

【关键词】胰腺；磁共振波谱学；磁共振成像

磁共振氢质子波谱成像技术能在活体状态下无创区分不同代谢物成分，从而反映组织的病理生理过程。目前，MRS已经广泛应用于颅脑、乳腺及前列腺疾病的诊断及鉴别诊断［1-3］。由于呼吸运动、胃肠运动及磁敏感伪影等因素的影响，肝脏、肾脏和胰腺等腹部器官的MRS临床应用较少［4-9］。胰腺代谢过程复杂，代谢产物尚不十分清楚，体外使用磁共振高分辨魔角旋转MR（high-resolution magnetic angle spinning，HRMAS），通过1H-MRS分析研究胰腺的代谢产物，但是1.5T磁共振扫描仪在胰腺MRS研究较少。本研究主要探讨1.5T活体胰腺组织1H-MRS扫描技术及主要代谢物的分布特征。

材料与方法

1.病例资料

搜集2013年4月-2013年12月20例健康自愿者。入选标准:无手术史及内分泌疾病，无服用影响代谢药物史。男15例，女5例，年龄20～50岁，平均年龄32岁；身高（1.63～1.81）m，平均（1.71±0.60）m，体重（54～90）kg，平均70kg，身高体重指数（body mass index，BMI）（11.94～27.80）kg/m2。受试者均了解检查目的，并于检查前签署知情同意书。受检于检查前4h禁食、禁水，为避免肠道蠕动产生的伪影，对没有禁忌症的受检者检查前肌肉注射山茛菪碱（654-2），剂量1mL。受检者检查前均接受平静呼吸训练，要求在呼气末屏住呼吸。

2.检查方法

采用GE 1.5T HDxt超导磁共振仪，8通道相控阵表面线圈。先行呼吸触发横轴面SSFSE T2WI扫描，扫描参数:TR 3000ms，TE 80ms，层厚4mm，层间距1mm；再行呼气末屏气横轴面和冠状面肝脏容积快速采集（liver acquisition with volume acceleration，LAVA）扫描，TR 3.9ms，TE 1.7ms，翻转角12°，用来做MRS定位图。单体素点分辨波谱成像。扫描参数:TR 1500 ms，TE 35 ms，体素大小15 mm× 15mm×15mm［10］，考虑到胰头处形态相对饱满，将体素置于此处，在体素周围施加六条饱和带，进一步抑制胰周脂肪干扰。自动预扫描所获得线宽小于12，抑水率大于90%，扫描时间为3分48秒，分次呼气末屏气，每次屏气位置保持一致直至完成扫描［4］。

3.谱线分析

在主机以SAGE（Spectra Analysis by General E-lectric，GE公司提供的波谱分析商业软件）软件处理扫描得到的谱线，经过零填充、傅里叶变换、基线校正和相位校正等步骤，最后函数拟合积分得到各代谢物峰下面积及峰高。

4.统计学处理

统计学分析采用SPSS 13.0软件，相关数据用均数±标准差（x±s）表示，用直线相关分析检验年龄、BMI 与LIP峰高、峰下面积的相关性，以及中脂质（Lip）峰下面积/组织内水（InW）峰下面积比值、胆固醇和不饱和脂肪酸（Chol+UnSat）的混合峰下面积/脂质（Lip）峰下面积比值、Chol+Unsat峰下面积与年龄、BMI的相关性，以P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.正常志愿者在体胰腺MRS表现

20个正常胰腺中，获得满意谱线的有18个，扫描检查成功率为90%（18/20），这说明1.5T MRI可进行胰腺1H-MRS成像。主要代谢物如下:Chol+Un-Sat（C6of cholesterol and unsaturated protons of the olefinic region of fatty acids）混合峰位于5.4～5.6ppm，信号主要来自于胆固醇的C6键和脂肪酸中未饱和的烯键（100%，18/18）；组织内水峰位于4.7ppm，信号来自于未完全抑制的组织内水（Internal Water，InW）信号（100%，18/18）；TMA峰（trimethylamine moiety of choline metabolites，三甲胺）位于3.2ppm，信号主要来自于胆碱的三甲胺部分（89%，16/18）；Lip峰位于1.3ppm，信号主要来自于脂肪酸、甘油三酯和磷脂质的亚甲基（100%，18/18），0.9ppm处的信号主要来自于脂肪酸、甘油三酯、磷脂质和胆固

醇的甲基（83%，15/18）；2.1～2.2以及2.5～2.6ppm处的信号偶尔可见胆固醇、脂肪酸和氨基的甲烯基（89%，16/18）［6］。

图1　a）MRS谱线，从左到右分别为5.4～5.6ppm的Chol+UnSat峰，4.7ppm未抑制完全的水峰（抑水率为90%），3.2ppm的TMA峰，2.1～2.2以及2.5～2.6ppm偶尔可见胆固醇、脂肪酸和氨基的甲烯基（Met），1.3ppm的亚甲基（Lip1）和0.9ppm的甲基（Lip2）；b）1例正常志愿者胰腺MRS定位像。 图2 a）MRS谱线，从左到右分别为5.4～5.6ppm的Chol +UnSat峰，2.1～2.2和2.5～2.6ppm的甲烯基（Met）重叠在一起，1.3ppm的亚甲基（Lip1）和0.9ppm的甲基（Lip2）亦重叠在一起，4.7ppm的水峰和3.2ppm的TMA峰都未显示；b）另1例正常志愿者胰腺MRS定位像。

2.Lip峰高、峰下面积与年龄、BMI的相关性。采用SAGE 7软件对MRS原始扫描数据进行处理，Lip峰高与年龄、BMI呈正相关（r=0.715、0.356），有统计学意义（P=0.01、0.047），峰下面积与年龄、BMI呈正相关（r=0.503、0.135），峰下面积与年龄有统计学意义（P=0.033），与BMI无统计学意义（P=0.593，表1）。

表1　Lip峰高、峰下面积与年龄、BMI相关性分析

3.Lip/InW比值与年龄、BMI呈正相关（r= 0.718、0.563），有统计学意义（P=0.01、0.015）。（Chol+Unsat）/Lip比值与年龄、BMI呈正相关（r= 0.762、0.520），有统计学意义（P=0.000、0.027）。Chol+Unsat峰下面积与年龄、BMI呈正相关（r= 0.519、0.466），有统计学意义（P=0.004、0.000，表2）。

表2　3组峰下面积与年龄、BMI相关性分析

讨 论

磁共振波谱成像通过探测活体组织中各代谢物浓度变化，间接反映疾病的病理特征及演变过程。但是，胰腺1H-MRS由于多种因素限制，其临床应用较少。目前，国内报道的胰腺1H-MRS多在3.0T超高场中完成，其优点在于信噪比高，化学位移比1.5T高一倍，有利于检出多个代谢物。但场强越高，磁敏感效应越重，从而影响代谢物的显示及谱线质量。本研究采用1.5T磁共振，场强明显低于HR-MAS NMR （600.13MHz），所以分辨力与后者相差较大，本研究无法分辨很多离体实验发现的代谢物，但是本研究得到的代谢产物与相关文献报道一致［10］。

胰腺属于腹膜后位器官，周围存在大量的脂肪，这些对胰腺波谱成像的开展提出了非常高的要求。因为胰腺周围存在大量的脂肪成分而胰腺器官本身很小，所以在成像方式选择上首选单体素，因为单体素扫描比较容易克服脂肪污染问题，但也对体素位置选择提出了很高的要求。考虑到胰头形态相对饱满，将体素置于此处，在体素周围施加六条饱和带，进一步抑制胰周脂肪干扰。在波谱定位时从三维方向准确判断体素位置，尽可能避免在成像体素内包含脂肪成分。波谱体素大小不但会影响信噪比，还影响谱线的线宽和抑水率等。由于胰腺器官本身很小，综合考虑信噪比和谱线质量影响，体素选用15mm×15mm×15mm，在体素定位时切忌为了避免脂肪污染而盲目减小体素体积［11］。一般来说，正常组织的水含量要远远高于其它代谢物，所以点分辨波谱成像（point resolved spectroscopy，PRESS）序列常规使用化学位移选择饱和技术（chemical shift selective saturation，CHESS）进行水抑制，以突出显示微小含量的代谢物；本研究为了测量Lip/InW比值，在research模式下通过指令sup＿method关掉压水脉冲，从而显示出水峰。通过以上扫描策略，本研究胰腺波谱扫描成功率为90%（18/20），另有2例志愿者因为肠道准备不佳而采集失败。

Chol+UnSat峰位于5.4～5.6ppm处，与胆固醇和脂肪酸的不饱和烯键有关，是一种对细胞功能具有重要作用的小分子，参与调节腺泡细胞的胞吐作用及胰高血糖素的分泌等，发生癌变时胰腺正常细胞被肿瘤细胞代替，故病变区域Chol+UnSat合成降低［9］。本研究发现Chol+Unsat峰下面积、（Chol+Unsat）/ Lip比值与年龄、BMI皆呈正相关，之前的研究多未涉及这一点［8-9］。有研究发现当受试者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲线上Chol+Un-Sat/Lip比值的临界点取0.295时，MRS诊断胰腺癌的敏感度、特异度和准确率分别为55%、86%和77%。

一般认为3.2ppm处是胆碱复合物峰，包括胆碱（free choline，Cho）、磷酸胆碱（phosphocholine，PC）和甘油磷酸胆碱（glycerophosphocholine，GPC）等，但Katz-Brull等［6］研究认为，3.2ppm主要来自于胆碱的三甲胺部分，TMA是细胞膜磷脂的代谢产物，它的升高反映细胞膜合成增加、细胞增殖加快或细胞膜降解增多。苏天昊等［8］认为，过高的Lip峰可能会掩盖TMA峰的显示，但是Lip峰主要位于1.3ppm，TMA峰主要位于3.2ppm处，两者相差较大；本研究中TMA峰显示率为89%（16/18），显示成功率较高，这可能有助于进一步开展临床研究。目前在颅脑、乳腺和前列腺疾病的诊断中，恶性肿瘤一般表现为Cho升高，但马霄虹等［9］的研究结果显示胰腺癌病变区域的Cho/InW减低，与其他部位的肿瘤所得结果不同，可能与以下两点有关:①胰腺导管腺癌肿瘤细胞密度较正常胰腺组织减低，因为Cho是细胞膜磷脂双分子层的重要成分，所以在细胞分布较少的肿瘤区域Cho相应降低；②胰腺癌为乏血供肿瘤，肿瘤局部无氧呼吸增加，能进入磷脂代谢环的三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）减少，导致Cho合成减少。

Lip峰主要由1.3ppm的亚甲基和0.9ppm的甲

基组成，亚甲基和甲基显示率分别为100%（18/18）和83%（15/18），但是无法排除部分受检者亚甲基峰过于高大而掩盖甲基的可能性。本研究发现Lip峰高、峰下面积与年龄、BMI呈正相关，而峰下面积与BMI相关性无统计学意义，这与之前的研究结果基本一致［8］。随着年龄增长，胰腺脂肪浸润增加，本组研究样本数太少，无法建立有效的不同年龄组对比分析。马霄虹等［9］认为脂质与胰腺的生化代谢无关。而在动物模型研究中，Lee等［12］发现由于细胞中的脂肪蓄积，通过脂质凋亡导致细胞功能异常。胰腺癌的病理特点是结缔组织反应性增生取代脂肪成分，Lip在病变区域降低，与病理特征相对应［9］。

本研究存在如下不足:病例数较少，男女比例相差较大，无法建立正常胰腺代谢物1H-MRS数据库；另外，较长的扫描时间可能会导致状态差的患者无法配合扫描。受各种因素的限制，胰腺MRS到目前为止还没有像颅脑、乳腺和前列腺MRS那样广泛地应用于临床。总之，1.5T1H-MRS可用于检测并分析正常活体胰腺，进行半定量分析，其临床应用价值有待进一步开发。

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•腹部影像学•

作者单位：830001 乌鲁木齐，新疆维吾尔自治区人民医院磁共振室（曲源、夏迎洪、蒋杰）；201203 通用电气（中国）医疗集团（徐田勇）

Application of 1.5T1H-MRS in normal pancreas

QU Yuan，XIA Yin-hong，XU Tian-yong，et al.Department of MRI，People's Hospital of Xinjiang Urgur Autonomous Region，Urumqi 830011，P.R.China

【Abstract】Objective:To explore the application value and efficacy factors of 1.5Tproton magnetic resonance spectroscopic imaging（MRS）of normal pancreas in vivo.Methods:Single voxel point resolved spectroscopy（PRESS）sequence was used to acquire the spectrum of normal pancreas in 20healthy volunteers.The peak height of lipids（Lip），area underneath peak and the ratio of area under the peak of lipid（Lip）with the area under peak of water within tissue（InW）and the ratio correlation with age and body mass index（BMI）were analyzed.Furthermore，the ratio of area under the mixed peak of cholesterol and unsaturated fatty acids（Chol+UnSat）with the area under the peak Lip and its correlation with age and BMI were analyzed.Results:The success rate of 1.5T1H-MRS scanning of the normal pancreas in vivo was 90%.The rates of displaying Lip peak，TMA peak and Chol+UnSat mixed peak were 100.0%（18/18），89%（16/18）and 100%（18/18），respectively.Positive correlations between the amplitude of Lip peak with the age and BMI were existed（r=0.715and 0.356），with significant statistic difference（P=0.01and 0.047）.There was significant positive correlations between the area underneath the peak of Lip with the age and BMI（r=0.503and 0.135），significant statistic difference with the age was existed（P=0.033），yet there was no statistical difference with BMI（P=0.593）.There were significant positive correlations between Lip/InW with age and BMI（r=0.718and 0.563）with statistic differences（P=0.01and 0.015），respectively.There were significant positive correlations between（Chol+Unsat）/Lip with age and BMI（r=0.762and 0.520，P=0.000and 0.027），respectively.Significant positive correlations were existed between the area underneath the peak of（Chol+Unsat）with the age and BMI（r=0.519and 0.466，P=0.004and 0.000），respectively.Conclusion:1.5T1H-MRS can be used to detect the major metabolites of normal pancreas in vivo，also the spectral morphology could be analyzed.

【Key words】Pancreas；Magnetic resonance spectroscopy；Magnetic resonance imaging

收稿日期:（2014-02-18 修回日期:2014-05-13）

通讯作者，蒋杰，E-mail:qure＿1@sina.com

作者简介：曲源（1979-），女，山东人，副主任技师，主要从事MR技术工作。

DOI:10.13609/j.cnki.1000-0313.2015.05.016

【中图分类号】R516；R445.2

【文献标识码】A

【文章编号】1000-0313（2015）05-0575-04