MR波谱成像（magnetic resonance spectroscppy, MRS）于1995年被美国食品及药物管理局正式批准应用于临床，在疾病的诊断上，MRS与MRI联合应用能提供除形态改变外等宏观改变更多信息，如进行定性或者定量评估组织内的代谢物构成及浓度水平，所测结果可以反映被检测对象的生化、生理改变，为临床疾病的诊断提供更多的有价值信息。本文中，笔者阐述MRS的基本原理与技术，就国内外近年来在正常人脑不同部位的MRS及与年龄变化的相关研究进行综述。

1　MRS成像原理

       MRS是目前惟一无损伤检测活体器官和组织代谢、生化、化合物定量分析的技术，是基于MRI和化学位移原理成像的一种技术，并可以通过计算某化合物质在其特定频率下的信号强度的高低来反映该物质的浓度。由于特定频率波峰下的面积与特定频率原子核的共振数目成正比，故一般通过测量特定频率波峰下的面积来反映组织中特定代谢物的浓度。在体内如¹H、³¹P、¹³C、¹⁹F等均可产生MRS信号，但氢质子在人体中比例最大，磁敏感性较高，产生的信号最强，因此在临床上应用最广泛^[1,2]。

2　MRS成像技术

       精确的空间定位技术是MRS成功的重要前提。空间定位技术是将被检测范围局限在一定容积的ROI内的技术。目前临床上MRS常用两种空间定位采集技术：激励回波采集模式(stimulated echo acquisition mode, STEAM)和点分析波谱（point resolved spectroscopy, PRESS）。STEAM主要应用于¹H-MRS，其优点是可以选择很短的回波时间，一次激发就可采集，不需要相位再循环，水抑制充分，形成精确的体素；缺点是有近50％的信号丢失，造成信噪比较低。PRESS序列减少了STEAM序列的信号丢失，信号可以完全恢复，并且可以选择长、短回波时间，但在PRESS序列选择长回波时间时会导致短T2代谢物的丢失和信噪比下降。此外，PRESS还有利于观察低浓度且与其他化合物重叠的代谢物峰（如Glx、GABA等）。

       无论采用PRESS和STEAM定位，在体MRS均可以选择单体素（single voxel, SV）和多体素技术(multivoxel, MV)，多体素又分为二维和三维。临床上选择应用单体素或多体素采集，需综合考虑信噪比和空间分辨率对研究数据的影响。单体素采集单个部位，空间分辨率低，不能同时测得不同部位的代谢物水平，反映解剖部位的代谢特点有限，但其ROI大，代谢物含量较高，采集时间短，图像的信噪比相对较高。多体素一次可以采集多个邻近体素的波谱，空间分辨率高，提供多个ROI的代谢信息，可以在同一时间内反映不同解剖部位的代谢物分布特点，比单体素获得更多信息且更为准确，有助于临床诊断。但因其ROI小，代谢物含量较低，图像的信噪比降低。

3　MRS检测的脑内常见代谢物及其临床意义

       目前在大多数¹H-MRS的研究中对正常的脑组织可观察到如下MR波谱。

       N-乙酰天冬氨酸（NAA），波谱位于2.0 ppm处，其在脑内几乎全部位于神经元内，是公认的反应神经元功能的内标物^[3]。它的浓度多少可反映神经元功能状况。NAA浓度降低可能是由于神经元的破坏减少或线粒体功能失调所致^[4]，还可能由于神经元细胞膜的破坏，NAA被暴露于使之降解的酶，由于水解增加所致^[5]。临床研究和动物实验均证明，NAA浓度降低与神经元或轴突的缺失有明显的相关性^[6,7]。因此，NAA浓度降低反映了神经元或轴突的破坏和缺失以及功能的异常。NAA升高少见，仅见于Canavan病。

       胆碱化合物（Cho），位于3.20 ppm处，包括胆碱、磷酸甘油胆碱、磷酸胆碱和磷脂酰胆碱，反映脑内总的胆碱量，存在于细胞膜上，是细胞膜磷脂代谢的成分之一，也是神经递质乙酰胆碱的前体。其浓度的改变反映细胞膜合成和降解的变化^[3]。有研究证实，Cho浓度的增高与细胞膜的降解增加引起可溶性Cho浓度的增高相关^[7]。Cho升高见于肿瘤、炎症、慢性缺氧；降低见于卒中、脑病（如肝性脑病、AIDS等）。

       肌酸/磷酸肌酸(Cr)，位于3.05 ppm处，其作为高能磷酸化的储备以及ATP和ADP的缓冲剂是能量利用，储存的重要化合物，标志着细胞的能量状态。肌酸在肝脏、胰腺、肾脏中合成，经血液转运到骨骼肌、心肌、大脑等需要利用磷酸肌酸的组织，在这些组织中经磷酸化作用生成磷酸肌酸。由于Cr在同一个体脑内不同代谢条件下保持相对稳定，故Cr常作为波谱研究的内参照^[3]，故临床上常以NAA/Cr和Cho/Cr比值反映NAA和Cho的变化。

       乳酸（Lac），位于1.33~ 1.35 ppm处，是无氧酵解的终产物，反映细胞的快速生长而氧气供应不足。其浓度升高时代表乏氧代谢增强，常见于脑缺血、HIE，先天性代谢异常（特别是呼吸链缺损），各级别的肿瘤，脓肿，炎症等。

       脂质（Lipids），位于0.9~ 1.3 ppm处，见于短TE序列，显著升高时可见于长T2序列，细胞膜崩解时脂滴形成，其出现可能早于组织学所能观察到的坏死；升高见于高级别的肿瘤，脓肿，急性炎症，急性卒中。

       肌醇(mI)，主要位于3.56 ppm（仅在短TE序列中可见），参与肌醇-三磷酸-细胞内第二信使循环，主要位于星形胶质细胞中，已被证实为星形细胞内的一种重要渗透压调节物质。在神经元细胞里是不存在的，其在大脑神经胶质细胞内合成，不能通过血脑屏障，被认为脑内胶质细胞的标志^[8]。mI的升高见于新生儿，Alzheimer病，糖尿病，脑病恢复期，低级别胶质瘤，高渗状态；降低见于恶性肿瘤，慢性肝性脑病，卒中等。

       谷氨酸／谷氨酰胺（Glu/Gln），位于2.10～ 2.55 ppm处，Glu和Gln存在重叠的J偶联共振，难以分开，因而Glu/Gln峰为较宽的多峰信号，参与神经元、突触、星形细胞及邻近毛细血管的递质传导。升高见于肝性脑病，严重缺氧等。

       丙氨酸（Alx），位于1.30~ 1.47 ppm处，于1.47 ppm处出现特征性Alx峰提示脑膜瘤。

4　正常脑组织发育的应用

       人脑由成熟至衰老会经历一系列复杂的生理生化改变，随着脑发育成熟，解剖结构和代谢物浓度都会发生变化。已有研究表明，脑发育早期，脑组织发育较早且成熟的区域，其神经元密集、髓鞘形成活跃，NAA水平会升高。其中灰质内NAA水平的升高主要是由于神经元的成熟（轴突、树突和突触连接数目增加）；白质内NAA水平的升高主要是由于髓鞘形成及突触修建、重组等变化。在脑发育过程中，脑组织成熟在不同年龄和部位是不一致的，因此，NAA水平会随着部位和年龄变化而变化^[9,10,11]。在脑发育早期，¹H-MRS中Cho主要代表形成细胞膜和髓鞘所需的高浓度底物，在髓鞘化过程中，需要大量的磷酸胆碱。脑组织髓鞘形成主要发生在胚胎后期及出生后前2年。随着年龄增加，Cho水平会发生变化，前2年内下降较明显，Cho含量降低可能是参与髓鞘形成过程中转变为MRS所不能发现的髓鞘大分子结构。因此，在脑发育不同时期和不同部位，¹H-MRS所检验到的NAA、Cho、NAA/Cho会发生相应的变化。黄海东等^[12]报道，在≤50岁年龄阶段正常人NAA/Cr和Cho/Cr比值无明显差异，但在>50岁年龄阶段正常人NAA/Cr比值逐渐降低、Cho/Cr比值逐渐增高。Simic等^[13]研究发现，正常人随着年龄增长每10年脑组织内NAA浓度约减少2.5%，并且与组织病理学的神经元缺失程度相一致。朱锡旭等^[11]报道，正常脑实质NAA/Cr浓度比值在额叶、颞叶、顶叶、枕叶、基底节区和小脑半球有显著差异，而Cho/Cr比值在上述各部位的浓度无显著差异。小脑半球NAA/Cr低于顶叶、枕叶，而额叶、颞叶、顶叶、枕叶、基底节区之间的NAA/Cr、NAA/Cho无显著差异。黄华等^[14]发现，大脑顶叶皮层灰质NAA/Cr比值与年龄增长无显著相关性。Cho/Cr比值随年龄增长呈显著递减。此外，国内外部分研究显示，正常人同一年龄组不同部位NAA/Cr和Cho/Cr比值男女间均无显著性差异^{[12, 15]}。

5　总结与展望

       MRS是一种可在活体上无创性测定脑内代谢物质的技术。测定正常脑发育过程中不同部位、不同年龄脑实质内多种重要脑细胞内代谢物浓度，从细胞分子水平反映脑发育过程，为临床早期发现病变，早期进行干预治疗提供可靠影像学资料。