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03张英魁–磁共振波谱成像-基本概念与临床应用

基本概念:化学位移与傅里叶变换

化学位移是MRS的物理基础。不同化合物中质子所处的化学环境不同,共振频率存在微小差异,这种差异可用赫兹数表示,如1.5T上水和脂肪的化学位移为220Hz。赫兹数随主磁场强度变化,在脉冲序列设计中有重要意义;而引入参考频率后计算出的无量纲ppm值不随场强变化,临床使用更方便。波谱成像时每种代谢物的ppm位置固定,变化的是其丰度。参考物质为四甲基硅烷(TMS),人体内不存在。

波谱成像不使用频率编码,而是通过傅里叶变换将时域信号转换为频域谱线,从而分辨不同代谢物的共振峰。这是理解波谱图的基础。

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波谱成像与化学位移成像的区别

单体素波谱成像只关注代谢物丰度,不考虑空间分布,称为波谱成像(Spectroscopy);2D或3D多体素波谱成像既关注代谢物丰度又关注空间分布,称为化学位移成像(Chemical Shift Imaging, CSI)。两者本质相同,只是提供的信息不同。多体素成像可同时获得多个体素的谱线,便于观察代谢物空间分布异质性。

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成像脉冲序列:STEAM与PRESS

STEAM序列采用三个90°射频脉冲采集刺激回波,单体素成像时三个脉冲伴随三个相互垂直的层面选择梯度,共交出成像体素,可获得更短的TE。其信噪比较PRESS约低50%,GE设备标记为PROBE_S,主要用于单体素短TE采集。

PRESS序列由一个90°射频脉冲后跟随两个180°脉冲组成,信噪比较高,但TE相对较长。两者可根据临床需求选择:短TE有利于显示T2弛豫时间短或浓度低的代谢物,但基线可能不平滑;长TE时乳酸峰倒置,便于识别。TE=35ms时乳酸峰正立。

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序列参数深度解读:激励次数与扫描模式

单体素波谱的激励次数(NEX)影响信噪比,增加NEX可提高谱线质量,但扫描时间延长。3D多体素波谱需设置体素厚度、FOV等参数,平衡空间分辨率与信噪比。

高级用户变量中的扫描模式(CV3)决定重建方式:常规选择波谱重建模式,可分析代谢物水平;选择-1时可重建体素定位和饱和带,用于验证饱和带施加情况。用户变量中可施加ROI周边精确饱和带(VSS),以减少感兴趣区外信号污染。

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临床应用与病例分享

MRS可用于病变诊断与鉴别诊断,提供代谢物水平信息。短TE有利于显示乳酸等代谢物,但需注意基线不平滑可能由微量代谢物混杂所致。治疗前后对比可观察代谢物变化,辅助疗效评估。

波谱分析需考虑部分容积效应,避免将周围正常组织信号误判为病变。对于气体等导致磁场不均匀的区域,波谱成像可能失败或结果不稳定。MRS对主磁场强度和均匀度有较高依赖性,成像区域选择至关重要。

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