二维J-分解谱在脑代谢物定量检测中的应用
发布时间：2020-10-14 07:19
磁共振频谱技术(Magnetic Resonance Spectroscopy,MRS)是目前临床无损定量检测脑内代谢物浓度的最有效方法之一,它具有无损、快速、灵敏度高等特点。大量的临床研究表明,组织器官的功能正常与否和代谢物的浓度直接相关,比如大脑内的γ-氨基丁酸(gamma-amino butyric acid, GABA)是重要的神经传导物质,其浓度的改变可能会导致诸如抑郁、癫痫、帕金森氏、精神分裂等病症。N-乙酰氨基酸(N-acetylaspautate, NAA)代谢异常,可能会导致静止性脑梗死。除此之外,肌酸(creatine phosphocreatine, Cr)、谷氨酸(glutamate)、胆碱(cytosolic choline, Cho)等代谢物浓度的改变,均可导致相应的病症。包括食管癌的产生也和其主要氨基酸的含量改变有密切关系。但是由于临床磁共振机器磁场强度较低,导致所采集的谱图的谱峰重叠、信噪比差等不利因素,加之受到采集时间、大分子物质和水峰等因素的影响,使得代谢物浓度的定量检测成为世界性的难题。尽管很多学者对这一问题进行了大量研究,但大多都停留在相对浓度和一维频谱(1D MRS)阶段。如何准确的测定脑内代谢物的绝对浓度,已成为摆在各国科学家面前的重大课题。本课题在高场强下,利用二维J-分解谱,获取了二维J-分解谱一维截图,参照对比一维定量的结果,对大脑内GABA、Cr、NAA的绝对定量问题进行的深入研究。研究结果表明,二维J-分解谱技术,可以有效地缓解谱峰重叠现象。通过计算7.5Hz, 12.5Hz的截图谱峰,可以准确地计算出主要代谢物GABA,Cr,NAA的浓度。与其它方法相比,本方法可同时计算多种代谢物的浓度。具有快速、准确等特点。可以预见在不久的将来,二维J-分解谱将成为磁共振定量检测重要方向。
【学位单位】：汕头大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：R445.2
【部分图文】：
波峰分离不清、信噪比低的现象依然没有得到改善，谱图质量仍有待提高。图 1-1 a）GABA 标准物在 400MHz 的一维谱图 b）小鼠脑代谢物提取物在 400MHz 的一维谱图c）1.5T 频谱经 MRUI 处理后的谱图 d）1.5T 频谱经 LCModel 处理后的谱图Fig.1-1 a) Pure GABA spectrum in Bruker 400MHz b) spectra of mice’s brain in Bruker 400MHzc) 1.5T spectrum processed by MRUI soft package d) 1.5T spectrum processed by LCModel software目前，提高谱图质量主要有以下四种途径：1、提高磁场强度[6]， 2、开发相应的脉冲序列和发展相应的谱编辑技术[7-9]，3 、发展相应的后处理技术[10-13]，4、增加谱图的维数[14]。根据 Bloch 定理，提高磁场强度，可正比例地提高检测信号的强度。但由于强磁场条件下所产生的生物效应尚未明确，目前临床应用的磁共振机器都是低于 3.0T的磁共振机器。因此依靠第一种途径提高谱图质量的思路受到限制。所以提高谱图的质量主要是从后三个方面来考虑的。现在大量的 MRS 研究还大都停留在一维和相对定量阶段，相对定量比较简单，可以抵消由于机器和人为引起的偏差，但也有它明显的不足，比如两种代谢物浓度同时降
图 2-1 a)平衡态 b)激发态Fig 2-1 a) equilibrium state b) excitation state在静止状态和平衡位置时，原子核的磁化矢量 M 和外加静磁场 B0的方向是一致的能级的粒子数分布符合 Boltzmann 分布。当原子核受到一定的脉冲作用后，磁化矢量将偏离外加磁场，产生一个由 B0施加于 M 的力，磁化矢量是由核自旋引起的。这种运动称为 Larmor 进动。进动的磁化矢量在 xy 平面上有一个分量，如果外部有一个线圈接受磁化矢量则会产生感应信号。信号经过放大和处理就成为 NMR 信号[14-16]。以上为经典理论对 NMR 现象的描述，如果要精确地描述核磁共振则需要用到量子力学和乘积算符理论。核自旋系统对射频脉冲的响应，用旋转坐标系最容易理解。Bloc方程的矢量表达式为：0M( t ) = γM( t ) × B( t ) R{ M ( t ) M }(2-1)其中M磁化矢量强度，在未激发时的平衡态可表示为 0M，R是弛豫矩阵，其表达式为
图 2-2 GE 1.5T 机器的一维磁共振谱脉冲序列，a）PRESS 序列，在一个 90°后加入 2 个 180°脉冲，b) STEAM 序列，一个 90°脉冲后加的是两个 90°脉冲。Fig 2-2 Pulse sequence in GE MR, a) PRESS pulse first is 90°, followed by two 180°pulse.b) STEAM has a 90°pulse and followed by two 90°pulses.两种序列的主要差距是后边所用的脉冲强度不一样。需要强调的是，临床上用的脉冲序列主要是利用梯度场来实现的，而高场强除了梯度场脉冲技术以外，还有丰富的相循环技术[18-20]。本实验中所采用的 zgpr 脉冲和 J-分解序列简图如下：
【参考文献】
本文编号：2840367
【学位单位】：汕头大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：R445.2
【部分图文】：
波峰分离不清、信噪比低的现象依然没有得到改善，谱图质量仍有待提高。图 1-1 a）GABA 标准物在 400MHz 的一维谱图 b）小鼠脑代谢物提取物在 400MHz 的一维谱图c）1.5T 频谱经 MRUI 处理后的谱图 d）1.5T 频谱经 LCModel 处理后的谱图Fig.1-1 a) Pure GABA spectrum in Bruker 400MHz b) spectra of mice’s brain in Bruker 400MHzc) 1.5T spectrum processed by MRUI soft package d) 1.5T spectrum processed by LCModel software目前，提高谱图质量主要有以下四种途径：1、提高磁场强度[6]， 2、开发相应的脉冲序列和发展相应的谱编辑技术[7-9]，3 、发展相应的后处理技术[10-13]，4、增加谱图的维数[14]。根据 Bloch 定理，提高磁场强度，可正比例地提高检测信号的强度。但由于强磁场条件下所产生的生物效应尚未明确，目前临床应用的磁共振机器都是低于 3.0T的磁共振机器。因此依靠第一种途径提高谱图质量的思路受到限制。所以提高谱图的质量主要是从后三个方面来考虑的。现在大量的 MRS 研究还大都停留在一维和相对定量阶段，相对定量比较简单，可以抵消由于机器和人为引起的偏差，但也有它明显的不足，比如两种代谢物浓度同时降
图 2-1 a)平衡态 b)激发态Fig 2-1 a) equilibrium state b) excitation state在静止状态和平衡位置时，原子核的磁化矢量 M 和外加静磁场 B0的方向是一致的能级的粒子数分布符合 Boltzmann 分布。当原子核受到一定的脉冲作用后，磁化矢量将偏离外加磁场，产生一个由 B0施加于 M 的力，磁化矢量是由核自旋引起的。这种运动称为 Larmor 进动。进动的磁化矢量在 xy 平面上有一个分量，如果外部有一个线圈接受磁化矢量则会产生感应信号。信号经过放大和处理就成为 NMR 信号[14-16]。以上为经典理论对 NMR 现象的描述，如果要精确地描述核磁共振则需要用到量子力学和乘积算符理论。核自旋系统对射频脉冲的响应，用旋转坐标系最容易理解。Bloc方程的矢量表达式为：0M( t ) = γM( t ) × B( t ) R{ M ( t ) M }(2-1)其中M磁化矢量强度，在未激发时的平衡态可表示为 0M，R是弛豫矩阵，其表达式为
图 2-2 GE 1.5T 机器的一维磁共振谱脉冲序列，a）PRESS 序列，在一个 90°后加入 2 个 180°脉冲，b) STEAM 序列，一个 90°脉冲后加的是两个 90°脉冲。Fig 2-2 Pulse sequence in GE MR, a) PRESS pulse first is 90°, followed by two 180°pulse.b) STEAM has a 90°pulse and followed by two 90°pulses.两种序列的主要差距是后边所用的脉冲强度不一样。需要强调的是，临床上用的脉冲序列主要是利用梯度场来实现的，而高场强除了梯度场脉冲技术以外，还有丰富的相循环技术[18-20]。本实验中所采用的 zgpr 脉冲和 J-分解序列简图如下：
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 陈耀文;沈智威;宿吉伟;梁兵;吴仁华;;MRS定量检测活体γ-氨基丁酸浓度的研究现状[J];波谱学杂志;2006年03期
本文编号：2840367
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