正常人腦1H-MRS代謝產物定量的相關影響因素分析＊

1.湖南省長沙市第一醫院放射科(湖南 長沙 410008)

2.湖南中醫藥大學第二附屬醫院放射科 (湖南 長沙 410007)

李玉欣1喻奇志1周曉玲1 鐘 正1江登科2周 明1

正常人腦1H-MRS代謝產物定量的相關影響因素分析＊

1.湖南省長沙市第一醫院放射科(湖南 長沙 410008)

2.湖南中醫藥大學第二附屬醫院放射科 (湖南 長沙 410007)

李玉欣1喻奇志1周曉玲1鐘 正1江登科2周 明1

目的探討不同回波時間(TE)、受檢者年齡、性別、側別對正常成人腦1H-MRS額葉及基底節區磁共振波譜(magneticresonance spectroscopyMRS)代謝物定量的影響。方法通過對17位健康志愿者(20-60歲)采用多體素點分辨波譜(PRESS)序列進行1H-MRS檢查，TE分別采用30ms、135ms，對比雙側額葉及基底節區同一感興趣區NAA/Cr，Cho/Cr值，并且按照TE、年齡、性別、左右分組比較各組間結果。結果(1)TE為135時可以獲得更高質量的圖像；長、短TE兩組間左右額葉及基底節區NAA/Cr比值及左右基底節區Cho/Cr比值對比有顯著性差異。(2)在同一TE參數下，左右額葉對稱部位感興趣區NAA/Cr值對比有顯著差異，而性別對波譜代謝物相對定量值的無顯著影響；(3)雙側額葉NAA/CR及右側基底節區NAA/CR值與年齡呈顯著負相關。結論不同回波時間、年齡及側別對MRS代謝物會產生影響，而性別對MRS代謝產物無影響。

磁共振成像；磁共振波譜；影響因素

MRS掃描所獲得的代謝物信息依賴于掃描設備及參數等各方面的因素，相關因素包括設備場強、脈沖序列及TR和回波時間(echo time TE)的選擇、體素大小及感興趣區(ROI)的確定、飽和帶的放置以及勻場的優化等方面。本研究利用1H-MRS多體素PRESS序列對正常人進行顱腦MRS掃描，通過研究額葉及基底節區代謝物的特點分析長、短TE、受檢者年齡、性別以及側別對MRS代謝物定量的影響，為MRS在神經系統疾病研究及臨床應用中提供客觀、基礎參考依據。

1 材料與方法

1.1 一般資料 受檢人員收集正常成年志愿者17例，男5例，女12例，年齡為20～60歲，入組標準：①右利手；②無神經及精神性疾病，智力發育正常；③無顱腦外傷史及手術史；④無藥物及酒精依賴；⑤無其他系統嚴重疾病，無MRI檢查禁忌。 MRT1WI、T2WI 上無腦實質器質性病變者。排除噪聲大、基線不穩以及峰值間重疊的MRS結果。所有受檢者知情且同意檢查。

1.2 設備 SIEMENS Avanto 1.5T超導型磁共振機

1.3 掃描參數 全部受檢者行常規MRI及MRS掃描。先行常規MRI，包括橫斷面矢狀面T1WI、T2WI，橫斷面FLAIR，矢狀面T1WI。T2WI參數：TR 2800ms，TE96ms；T1WI參數：TR 510ms，TE 12ms；FOV 230mm×230mm，層厚5.0mm，間隔0.5mm，矩陣156×256，層數為19層。1H-MRS采用Csi-SE(Press序列)，TE分別采用30ms及135ms進行掃描，TR 1500ms，TE 135ms/30ms；激勵次數4次，帶寬1.860 kHz，掃描容積：80×80×15mm，感興趣區容積16×16×15mm。

1.4 圖像后處理及測量評價圖像采用工作站(Leonardo－the medical workstation) 獲得波譜圖。首先對MRS圖像進行評價，不能滿足診斷需求的作脫失處理。感興趣區選取基底節最大層面上包括額葉深部白質及尾狀核頭部。觀察受檢者圖像及N-乙酰天冬氨酸(NAA)、膽堿(Cho)、肌酸(Cr)峰值并記錄感興趣區NAA、Cho、Cr數值及NAA/Cr、Cho/Cr比值。

1.5 統計學方法 對結果利用IBM SPSS21軟件獨立樣本t檢驗、配對t檢驗，相關性分析進行統計分析，選取P≤0.05為差異有顯著統計學意義。

2 結 果

17例研究對象均取得滿意MRS圖像。TE為135ms、30ms，各代謝物位置相同，NAA位于2.02ppm，Cho位于3.24ppm，Cr位于3.04ppm。(1)長、短TE對代謝物影響：對其中11名研究對象采用不同TE值進行MRS掃描，圖像對比：TE為135ms時圖像基線更平穩，波峰質量更高；代謝物定量分析：左、右額葉Cho/Cr比值無顯著性差異，左、右額葉及基底節區NAA/Cr比值及左、右基底節區Cho/Cr比值均有顯著性差異(P值見表1)。(2)側別對代謝物影響：TE135ms時，選取左右對稱部位感興趣區進行各組比值對比顯示，左右額葉對稱部位感興趣區NAA/Cr值對比有顯著差異(P=0.030)，右額葉NAA/Cr值為(1.47±0.38)，高于左側(1.30±0.34)。而左右額葉Cho/ Cr、基底節區NAA/Cr、Cho/Cr比值差異無顯著性(見表2)。(3)年齡與代謝物的相關性：TE為135ms時，17例研究對象MRS額葉及基底節區NAA/Cr值、Cho/Cr與年齡的相關性分析顯示，左右額葉及右側基底節區NAA/Cr值與年齡成顯著負相關(見表3)。(4)性別對代謝物影響：TE為135ms時，17例研究對象按男女分組對比，左右額葉、基底節區對稱部位NAA/Cr值、Cho/Cr比值均無顯著差異(P＞0.05)。

表1 TE135ms與TE30ms兩組間額葉、基底節區NAA/Cr、Cho/Cr比值對比

表2 左、右兩側額葉和基底節區NAA/Cr、Cho/Cr比值對比

3 討 論

磁共振波譜成像是目前唯一一種無創性觀察活體組織代謝的技術。氫質子磁共振波譜(1H－magneticresonance spectroscopy，1H－MRS)通過采集人體內除水和脂肪外的其他化合物原子核中氫質子的磁共振信號，反映了不同化合物的種類及濃度。常用的分析腦組織的代謝物有：N－乙酰天門冬氨酸(N－acetylaspartate，NAA)存在于神經元胞體及其軸索中，代表神經元的密度和活力，NAA減低代表神經元功能減退或脫失；膽堿化合物(choline，Cho)是細胞膜的成分，反映膜的更新，其升高代表膜合成增加；肌酸/磷酸肌酸(creatine，Cr)對腦細胞中的能量依賴系統有重要作用，在疾病時Cr值也維持一定的穩定性，因此常作為對照值；H-MRS檢測的腦代謝物異常常常早于結構或形態的變化，將它所反映的信息與常規MRI結合，將神經影像學從單純形態學研究上升到分子水平上的探索。由于代謝產物絕對值測定受到諸多因素的干擾，因此通常采用H-MRS代謝產物的比值進行研究，常用的如NAA/Cr、Cho/Cr和NAA/(Cho＋Cr)等。

MRS成像的質量取決于設備及參數選擇等各方面因素，合理的選擇成像參數是其關鍵。本研究中在體素定位上選擇多體素選擇法(multi voxel selection,MVS)以便于完成一個層面較大范圍、雙側對稱區域、多個部位的評價。另外一個重要參數為TE，TE不同,顯示的代謝產物也不同，常用的TE有270ms、144ms、135ms及30ms，本文中選取常用的135ms及30ms進行對比研究，二者均可以顯示NAA、Cr、Cho峰值，在長TE時,基線更平穩，且代謝物波峰質量更佳，且兩組所測得的左右額葉及基底節區NAA/Cr比值及左右基底節區Cho/Cr比值對比有顯著性差異。因此在進行同類研究對比時必須要保證在同樣的設備及參數設置下才具有可比性。但長TE對部分代謝產物如Lip、谷氨酰胺和谷氨酸(Glx)、mI等短T2物質不敏感，只有在短TE時才能顯示,才能檢測到波譜[1]，但因本組研究對象均為正常人，故未將這些代謝物納入研究范圍。因此在臨床研究中應根據疾病及研究目的的不同需要選擇合理的TE參數。

本研究還發現男女兩組同一部位NAA/Cr、Cho/Cr比值無顯著差異，說明性別對腦組織代謝物濃度無顯著影響，與國內黃海東等對正常人額葉及基底節區MRS研究結果一致[2-3]。但正常人左右額葉對稱部位感興趣區NAA/Cr值對比有顯著差異，而左右額葉Cho/ Cr、基底節區NAA/Cr、Cho/Cr比值差異無顯著性，這一結果與國內關于右利手健康人大腦半球不對稱性研究一致[4]。對這種差異的解釋可能為大腦半球的偏側化。

按照組織學及其他方法的影像學研究，大腦從發育成熟至衰老過程中會出現一系列形態結構的變化，如神經元、髓鞘、膠質細胞，存在其中的代謝物濃度隨之變化，因此考慮年齡可能是影響MRS腦代謝產物的因素之一。本組17例研究對象左右額葉及右側基底節區NAA/Cr值與年齡成顯著相關，證實了這一觀點。NAA水平會隨著部位和年齡變化而變化[5-7]；在＞50歲年齡階段正常人NAA/Cr比值逐漸降低、Cho/Cr比值逐漸增高。因為白質內的NAA主要存在于白質纖維束的軸突內，因此NAA/Cr比值的下降，預示白質神經纖維的傳導速度的降低，可能為老年人執行功能下降的生理學基礎[8]。

該研究結果有助于在臨床應用及相關疾病的MRS研究中選擇合適的參數, 對不同的代謝物進行更充分地顯示,同時在今后的研究中需要考慮到大腦半球的偏側性及年齡這些影響因素對結果的影響，以便得出更為精確的結論。但本文受研究對象樣本量較小、年齡偏中青年等因素影響，有待于大樣本量進一步證實。

[1]Mu llinsPG ,Chen H, Xu J, et al.Comparativereliability of p rotonspectroscopy t echniques design ed t o improve detect ion of J-cou pled met abolites[J].M agnReson M ed,2008, 60(4):964-969

[2]黃海東,顧建文,楊春敏等.正常人額葉質子磁共振波譜研究[J].實用醫學雜志,2008,24(10):1718-1720.

[3]黃海東,鄧敬蘭,宦怡等.正常人基底節區質子磁共振波譜研究[J].中國醫學影像技術雜志,2004,20(3):388-390.

[4]曾慶師,等.磁共振波譜評價大腦半球代謝物的偏側優勢[M].維普資訊,2006,555-558.

[5]Stiles J, Jernigan TL.The basics of brain development[J]. Neuropsychol Rev,2010,20(4): 327-348.

[6]Jayasundar R.Human brain: biochemical lateralization in normal subjects[J].Neurol India,2002,50(3):267.

[7]Zhu XX, Zheng L, Lu GM, et al. Multivoxel 1H MRS determination of distribution in different regions of the metabolites of normal brain tissue[J].Chin J Med Imaging,2005,13(4):257-259.

[8]O'Sullivan M,etal.Evidence for cortical“disconnection”as a mechanism of age-related cognitive decline[M].AAN Enterprises,2001,57(4):632-638.

(本文編輯: 汪兵)

Analysis Aboutaffected Factors in quantitative1H Magneticresonance Spectroscopy Metabolite Concentrationsin Healthy Adults*

LI Yu-xin, YU Qi-zhi, ZHOU Xiao-ling, et al.,
Department of Radiology, The first hospital of changsha in hunan province, hunan 410008, hunan province, China

ObjectiveTo investigate the effect of echo time, age, gender and the difference between right and left on metabolite quantity in front lobe and basal ganglia of MR spectroscopy in healthy adults.MethodsMRS were employed in 17 right-handed healthy volunteers (5 male and 12 female, age range 20～60years, average age 48.5±16.5) used multi-voxel PRESS sequence with diffent TE(30ms and 135ms).Voxels were selected at the same areas of bilateral frontal white matter and basal ganglia, N-acetylaspartate(NAA), choline-containing compounds(Cho) and creatine(Cr) and NAA/Cr Cho/Cr were measured. And compared each statistical index between right and left, male and female.Results(1) We could got higher quality imagingsused PRESS135.And the NAA/Cr ratios in the frontal white matter and basal ganglia using PRESS135 and PRESS35 sequence had significant difference. However, there had no difference between them about the concentrations of Cho/ Cr in the basal ganglia. (2) The NAA/Cr had significant difference between right and left frontal white matter at the same TEs. However, no significant gender effects were found in the concentrations and their ratios. (3)Significant negative-correlation between age and NAA/Cr ratios were observed in the bilateral frontal white matter and right basal ganglia area.ConclusionThis study demonstrated that different echo time, age laterality differences may affect the metabolicratios measured by MR spectroscopy, but there had no gender differences in both side of frontal white matter and right basal ganglia.

Magnetic Resonance Imaging; Magnetic Resonance Spectroscopy; Affected Factors

R445.2

A

湖南省衛生廳科研計劃課題項目(編號：B2014-146)

10.3969/j.issn.1672-5131.2017.03.004

2017-02-08

喻奇志