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Radiology:质子磁共振波谱分析在中枢神经系统疾病中的应用(下)

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发表于 2020-5-24 09:37:25 | 显示全部楼层 |阅读模式
小儿疾病:缺氧缺血性疾病、遗传性代谢疾病和创伤性脑损伤早在1990-1991年,1H磁共振波谱就被用于儿童大脑成像,它是许多专业学术健康中心和儿童医院常规成像协议的一部分。对于新生儿来说,定量评估缺氧缺血引起的脑Lac是临床脑损伤最早的影像学指标之一(图4),而持续的高Lac与较差的预后相关。波谱学可以作为评估低温疗法治疗效果的一种手段,低温疗法是一种经过证实的用于围产期窒息的神经保护疗法。尽管罕见,但遗传性代谢疾病是神经儿科中的重要疾病。在某些遗传性代谢疾病中,临床症状是由于代谢产物的积累引起的,这些代谢产物要么具有神经毒性,要么会干扰正常功能。如果在MR波谱中可以看到积聚的物质,则可以使用其在波谱中的存在或升高来进行诊断。由于在体内无创地检测代谢缺陷的独特能力,磁共振波谱在临床上已被证实对患有代谢异常的新生儿有用。例如,丙酮酸(加上Lac和/或丙氨酸)和琥珀酸的存在分别是丙酮酸和琥珀酸脱氢酶复合物缺陷的早期指标。在非酮症性高血糖血症中,特别是在长TEs时,检测到升高的甘氨酸水平是临床诊断,尽管脑出血在高甘氨酸水平的解释中存在混淆。 tNAA水平明显升高是Canavan病的诊断标志。在其他遗传性疾病中,可以通过MR波谱法检测出由于合成或运输减少而引起的代谢物减少。缺乏或严重降低的tCr水平提供了有限的对三种潜在的遗传缺陷的鉴别诊断:在未治疗的有Cr合成缺陷(胍基乙酸甲酯甲基转移酶或精氨酸:甘氨酸氨基转移酶缺乏症)的儿童中观察到最低的tCr水平,并且治疗导致至少部分脑tCr正常化(图5)。与健康对照组相比,患有铬转运蛋白缺乏症的男性的大脑中tCr浓度降低了四到五倍。这些病人不论是否加精氨酸和甘氨酸都无法从Cr治疗中受益。在案例研究中描述了由于NAA合成缺陷而导致的tNAA缺失。如果单个或多个代谢物发生较小的变化,则需要仔细定量MR波谱并与公认的正常值进行比较。由于对健康儿童进行成像的局限性,在儿科人群中获得这些数据非常具有挑战性,但是由于代谢物水平的发展变化,它们尤其重要。通过使用来自接受MR成像和波谱检查的儿童的规范性数据来调查可疑的神经系统疾病,可以克服这一挑战。事实证明,该方法可用于亨特综合征,粘多糖类和丙酸血症。     外伤性脑损伤是14岁以下儿童致残和死亡的主要原因。为了有效的临床治疗,需要客观的方法来评估长期预后,尤其是对于昏迷的患者。在一个患有颅脑外伤的儿童队列中,回归模型包括年龄,初始Glasgow昏迷量表和视网膜出血的存在,并在发病后第一个月内补充了tNAA / tCr比值和MR波谱-可见的Lac,可以区分好预后和坏预后。在儿童溺水事故中,基于tNAA、Lac、Glu和Gln的MR波谱指数被证明能够正确区分好结果和坏结果——没有假阳性结果。这些数据支持MR波谱结合临床手段预测结果的临床实用性。脱髓鞘疾病磁共振波谱在遗传性白质脑病的鉴别诊断中单独或与其他半定量MR技术一起起着重要作用。MR波谱学为至少三种不同的代谢特征提供了有价值的组织病理生理学信息a)低髓鞘化,(b)白质稀疏,和(c)脱髓鞘,在一项对70名儿童的研究中,这些特征是通过tCho/tCr和tNAA/tCr比值来区分的。造血干细胞移植目前是遗传性脱髓鞘疾病(如X连锁肾上腺白细胞营养不良,异色性白细胞营养不良和球状细胞白细胞营养不良)的唯一治疗选择。 MR波谱用于监测具有高基因型变异性的X联肾上腺皮质营养不良的神经系统无症状患者的脱髓鞘发作。随访中正常出现的白质中的mIns / tNAA和tCho / tNAA比值的间隔升高是造血干细胞移植治疗的指征(图6)。用tNAA评估实质性组织变性之前进行的造血干细胞移植可使临床稳定。在新诊断为青少年或成人变色性脑白质营养不良的患者中,MR成像和MR波谱相结合可用于判断脑组织炎症状态。尽管即使在异色性白细胞营养不良的早期阶段,mIns通常也会增加,但只要tNAA仍在正常范围内,就表明需要进行造血干细胞移植。
如果单个或多个代谢物发生较小的变化,则需要仔细定量MR波谱并与公认的正常值进行比较。由于对健康儿童进行成像的局限性,在儿科人群中获得这些数据非常具有挑战性,但是由于代谢物水平的发展变化,它们尤其重要。通过使用来自接受MR成像和波谱检查的儿童的规范性数据来调查可疑的神经系统疾病,可以克服这一挑战。事实证明,该方法可用于亨特综合征,粘多糖类和丙酸血症。     外伤性脑损伤是14岁以下儿童致残和死亡的主要原因。为了有效的临床治疗,需要客观的方法来评估长期预后,尤其是对于昏迷的患者。在一个患有颅脑外伤的儿童队列中,回归模型包括年龄,初始Glasgow昏迷量表和视网膜出血的存在,并在发病后第一个月内补充了tNAA / tCr比值和MR波谱-可见的Lac,可以区分好预后和坏预后。在儿童溺水事故中,基于tNAA、Lac、Glu和Gln的MR波谱指数被证明能够正确区分好结果和坏结果——没有假阳性结果。这些数据支持MR波谱结合临床手段预测结果的临床实用性。
神经退行性疾病
     神经退行性疾病,如阿尔茨海默病、帕金森病、亨廷顿病、肌萎缩性侧索硬化症和脊髓小脑失弛缓症,都是使人衰弱的疾病,导致进行性神经退行性变和死亡。神经退行性疾病在1H MR谱上的特征是tNAA的减少,
通常局限于受退行性过程影响的区域。tNAA水平反映病理严重程度(图8),并与横断面研究的临床措施相关。一致地,tNAA/tCr在轻度认知障碍转化为痴呆的受试者中比那些保持稳定的受试者更低。因此,tNAA/tCr比值或tNAA
浓度可能是一种有价值的疾病进展的预后指标,无论是单独使用还是与体积测量联合使用。
其他与神经退行性变相关的1H MR谱改变包括Glu水平降低、tCho水平升高和mIns水平升高。mIns的升高可能与胶质或小胶质激活有关,这是这些疾病的一个特征。早于tNAA浓度下降(图8)、萎缩以及相关的神经元丢失和认知障碍之前,痴呆症患者的mIns水平就已经出现升高,这在家族性阿尔茨海默病的症状前携带者和额颞叶变性突变患者中得到了证实。1H MR波谱也可用于监测神经退行性疾病的治疗反应。例如,阿尔茨海默氏病患者多奈哌齐治疗期间tNAA浓度的短暂升高与短期功能反应有关,这表明tNAA还反映了功能完整性和恢复能力。其他研究表明,多奈哌齐治疗后的mIns / tCr比值降低,加兰他敏治疗后的阿兹海默病患者的Glu水平升高。
癫痫癫痫是一种常见疾病,全世界的患病率为0.5%-1.0%。癫痫发作的具体病因可能各不相同,60%-70%的患者对药物有反应。剩下的30%-40%的患者可以进行有效的手术干预。在更常见的局灶性癫痫中,如果癫痫发作的区域能被明确定义,手术结果会得到改善。常规磁共振成像可以准确定位癫痫发作区域,例如,通过识别单侧海马萎缩或皮质发育畸形。然而,磁共振成像常常是阴性或模糊的(例如,双侧受累),在某些情况下,在磁共振成像中看到的病变可能与通过侵入性脑电图测量识别的癫痫发作的病灶不匹配。由于脑功能和代谢之间存在密切的生理关系,磁共振谱学已被广泛用于更好地了解和定位人类癫痫。tNAA浓度和tNAA/tCr比值的异常对检测癫痫发作灶损伤的大脑是有用的。磁共振波谱成像技术也已扩展到神经递质,例如,在超高电场强度下评估癫痫患者的γ-氨基丁酸。颞叶癫痫最常见的异常是内侧颞叶硬化,单侧颞叶切除常能有效治疗。多模态评估包括头皮或颅内脑电图、常规MR成像和/或PET代谢成像,通常用于内侧颞叶硬化的致痫区偏侧。对包含22项研究(19项研究以1.5 t进行)的1H MR文献进行综合分析表明,同侧MR谱异常与术后良好的预后相关。tNAA/tCr和/或tNAA/(tCr + tCho)比值降低是致痫区最常见的MR谱指标。对于常规MR成像无异常的患者或脑电图记录中具有双侧癫痫发生区的患者,MR波谱可能为术前决策提供潜在的帮助。然而,在癫痫的外科手术计划的背景下,MR波谱学仍被认为是研究工具。当3.0T或更高场强的MR系统得到更广泛的应用时,这种情况可能会改变。磁共振波谱也可用于评估儿童癫痫,低tNAA浓度是疾病状态的重要指标。
急性脑卒中和脑缺血在急性卒中患者的临床管理决策中,MR成像的作用有限,通常是由于缺乏即时可用的成像单元和与患者相关的MR成像安全信息。在超急性期进行血栓溶解或采取任何其他形式的治疗干预措施的决定是基于临床依据,并且仅涉及计算机断层扫描以排除脑出血或非常大的缺血性病变,这些病变通常具有不良的预后。弥散加权和灌注MR成像是检测急性缺血的出色成像技术,但在可快速获得MR成像的专业急性卒中门诊以外,很少使用它们。同样,中风超急性期(超过4.5小时)后,1H MR波谱法具有很大的潜力,可用于评估缺血性脑的几个关键特征以进行预后评估,例如缺血的严重程度,神经元功能障碍和损伤。临床前研究表明,缺血脑实质tNAA在脑缺血后6小时呈线性下降,随后24小时呈缓慢下降趋势,缺血后和慢性脑梗死脑实质tNAA浓度甚至可能低于体内1H MR检测水平。tNAA水平的测量可能影响患者的管理;tNAA的严重降低似乎与临床卒中综合征和更广泛的梗死有关,这两项指标的临床预后均较差。后续MR波谱数据中tNAA的降低与持续缺血和进展性梗死有关。Lac是另一种具有临床应用价值的脑卒中代谢物。乳糖是非氧化性葡萄糖消耗的最终产物,通常被认为是缺氧和/或缺血的标志。缺血组织核心的Lac升高与最终梗死面积和临床结果相关。在大脑梗死患者中观察到Lac伴随tNAA降低而导致预后不良。梗死性脑实质中持续数周持续升高的Lac水平与炎性巨噬细胞有关,因此,tNAA和Lac的定量代谢物数据对于评估缺血的性质和预测发生新的缺血事件的风险具有价值。技术考虑MR波谱法在临床问题上的任何应用都始于有关脉冲序列和参数的决定。通常,这种选择取决于疾病(表2)。当受影响的大脑区域被很好的定义时,单体素波谱学是首选的方法,并在选定的感兴趣的体积中提供稳健的代谢物定量,而在病理焦点不清楚、存在多个病变或病变是异质性的疾病中,多体素MR波谱成像是可选方法。例如,MR波谱成像在定位相关癫痫组织状态的准确评估(表1)和大肿瘤异质性的研究中具有优势。在许多异常情况下,可以将单体素波谱与多体素波谱成像结合使用;例如,多体素波谱成像首先识别病变的位置和单体素波谱定量代谢产物,可以可靠地从高质量、短TE波谱中识别病变。所有主要的临床MR成像供应商都提供MR波谱序列,主要是使用基本的PRESS和STEAM序列(表1)。此外,其他最先进的单体素波谱和MR波谱成像序列已经在一些临床平台上实现,它们比基本STEAM和PRESS序列具有各种优势。对于MR神经波谱学的特定临床应用而言,哪种场强是最佳的,这是对实践中的神经放射科医生和临床试验人员的另一个重要问题。尽管3.0 T由于其在信噪比和波谱分辨率方面的潜在优势,正逐渐成为超过1.5 T的MR波谱的首选平台,值得注意的是,场强度并不是波谱信息内容的唯一决定因素。事实上,在1.5 T时获得的符合波谱质量标准的波谱比在3.0 T时获得的低质量的波谱提供了更可靠的代谢物信息。在大多数应用中,临床MR波谱可以在1.5或3.0 T下成功进行。虽然还在评估临床MR波谱学在3.0 T以上磁场的潜在增益,但有报道称7.0 T时的波谱和空间分辨率有了显著的提高。例如,在7.0 T时可以发现以前难以发现的低浓度代谢物的改变。对于MR波谱成像,在7.0 T时标称空间分辨率可降低至0.14 mL。最后,不可低估由所选脉冲序列、参数和场强产生的波谱质量的重要性。对于基于MR波谱数据的可靠临床决策,获得高质量、无人工的波谱至关重要。磁共振波谱中伪影的来源和形式已在附录E1中详细综述。在单体素波谱学的大多数应用中,基于预定义质量标准的此类伪影的检测和波谱的排除依赖于人类专家,而MR波谱成像数据的自动质量评估则优先。图9提供了一个实用指南,以确定波谱是否适合临床使用。关于临床MR波谱数据采集选择的进一步考虑,包括脉冲序列、参数、场强和射频线圈,以及波谱质量评估的建议,详见附录E1。


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