【摘要】 磷是能量代謝的重要要素，人體內(nèi)許多化合物都含有磷。磁共振頻譜成像（MRSI）是將磁共振成像（MRI）提供的空間信息和MRS提供的頻譜信息有機(jī)結(jié)合起來(lái)的一種成像技術(shù)，是目前無(wú)創(chuàng)傷研究活體組織器官代謝、生化變化及化合物定量分析的方法，能顯示腫瘤和正常組織之間的不同代謝，能在分子水平上反映病理情況，同時(shí)，可獲得多個(gè)體素的頻譜信息和代謝物的空間分布圖像，是21 世紀(jì)分子水平的重要檢測(cè)工具之一。本文就31P磁共振頻譜成像研究及應(yīng)用的近況進(jìn)行綜述。
【關(guān)鍵詞】 磁共振頻譜學(xué)； 31P； 化學(xué)位移成像
Research on 31P magnetic resonance spectroscopic imaging
and its applicationsCHEN Yaowen1, SHEN Zhiwei2, HUANG Jingxi3, WANG Hui2,
LIN Yuejuan1, WU Renhua2
（1. Central Laboratory of Shantou University, Shantou 515063; China;
2. Department of Radiology, the Second Affiliated Hospital of Shantou University,
Shantou 515041； China;
3. Guangdong Provincial Key Lab for Digital Image Processing, Shantou University,
Shantou 515063, China）
Abstract: Phosphorus is an important element in energy metabolism，and many compounds in the body contain phosphorus31. Magnetic resonance spectroscopic imaging (MRSI) is formed through an organic combination of the space information provided by magnetic resonance imaging (MRI) and the spectroscopic information by MRS，it is a noninvasive means of compound quantitative analysis，studying the metabolism of the living body and biochemical changes，and displaying the metabolism between normal and tumorous tissues and reflect pathological change in molecular level, and could provide the spectrum in multiple voxels and the metabolites map for observing the metabolite states， it is one of the major testing tools biomedical research in the 21st century. The recent researches of phosphorus31 magnetic resonance spectroscopic imaging and its applications were reviewed in this paper.
Key words: magnetic resonance spectroscopy； phosphorus31； chemical shift imaging
引言
磷譜主要反映人體組織細(xì)胞的能量代謝改變，磷化物的濃度與能量代謝密切相關(guān)，測(cè)定磷代謝產(chǎn)物的相對(duì)濃度和分布可確定細(xì)胞的能量狀態(tài)。磁共振頻譜(magnetic resonance spectroscopy，MRS)是一種利用核磁共振現(xiàn)象和化學(xué)位移作用，進(jìn)行系列特定原子核及其他合物定量分析的方法［1］。早在1973年，Moon和Richards對(duì)完整紅細(xì)胞及離體新鮮肌肉標(biāo)本進(jìn)行了31P頻譜測(cè)定。1978年，Gordon得到了第一個(gè)人體31P標(biāo)本，從此MRS技術(shù)進(jìn)入臨床活體研究，并成為目前無(wú)創(chuàng)性研究人體內(nèi)部器官、組織代謝、生理生化改變的定量分析方法［2］。磁共振頻譜成像（magnetic resonance spectroscopic imaging，MRSI）技術(shù)是在MRI技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，比MRI的功能更強(qiáng)，能探測(cè)到樣品中分子內(nèi)部自旋核（例如1H，31P，13C，19F）的物理化學(xué)環(huán)境，能在分子水平反映生物體內(nèi)或人體內(nèi)病變的信息，提高對(duì)諸如老年性癡呆、癲癇、腦瘤等疾病的早期診斷和療效監(jiān)控能力，MRSI技術(shù)將成為21世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)研究進(jìn)入分子水平的重要檢測(cè)工具之一，能將組織結(jié)構(gòu)的觀察與代謝功能的研究結(jié)合起來(lái)，是一種非常有潛力的活體生化分析方法［3］。
1 化學(xué)位移成像來(lái)源：考試大
1947年波羅科特(Proctor)指出原子核的共振頻率與他的化學(xué)環(huán)境密切相關(guān)，化學(xué)環(huán)境的改變可使某種原子核在Larmor共振頻率的基礎(chǔ)上有輕微的偏移，這種現(xiàn)象稱之為化學(xué)位移，MRS就是利用磁共振現(xiàn)象和化學(xué)位移作用，對(duì)特定原子核及其化合物進(jìn)行分析，其特征性參數(shù)為磁共振頻率、峰值、半高寬、峰下面積等［4］。
化學(xué)位移成像1982年由布朗（T.R. Brown）等人提出。多體素MRS采集時(shí)，頻譜信號(hào)來(lái)自多個(gè)相鄰的感興趣區(qū)，與MRI中的成像體素非常類(lèi)似，將每個(gè)感興趣區(qū)的頻譜信號(hào)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為灰階進(jìn)行顯示，得到代表生物化學(xué)特性的灰度圖像。因此，多體素的MRS方法又被稱為化學(xué)位移成像（Chemical shift imaging，CSI）或磁共振頻譜成像（MRSI）［5］。由此可見(jiàn)，MRSI具有雙重含義：當(dāng)它將獲得的多體素信號(hào)以譜的形式加以表達(dá)時(shí)，它是一種陣列譜采集技術(shù)；當(dāng)它將獲得的多體素中某種代謝物信號(hào)強(qiáng)度以灰階形式進(jìn)行顯示時(shí)，又是一種成像方法。由于MRSI中譜和圖像的顯示可以互相轉(zhuǎn)換，常不進(jìn)行區(qū)分，MRSI是常規(guī)MRS的延伸，它的數(shù)據(jù)顯示有頻譜和成像兩種形式。
由于MRSI在一次掃描中可獲得多幅譜，而每幅譜圖均由許多譜峰組成，故一次MRSI采集就有多種圖像表現(xiàn)形式，如［6］可以分別重建反映組織中總的磷化合物或單一磷代謝物分布的圖像，也可重建NAA或PCr的圖像等。除產(chǎn)生特定化學(xué)基團(tuán)的分布像以外，用MRSI所獲數(shù)據(jù)還可導(dǎo)出其他有關(guān)參數(shù)的計(jì)算像，如利用Pi和pH的關(guān)系計(jì)算出活體的pH分布像、利用PC和Pi的信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算出PCr／Pi像等。
【關(guān)鍵詞】 磁共振頻譜學(xué)； 31P； 化學(xué)位移成像
Research on 31P magnetic resonance spectroscopic imaging
and its applicationsCHEN Yaowen1, SHEN Zhiwei2, HUANG Jingxi3, WANG Hui2,
LIN Yuejuan1, WU Renhua2
（1. Central Laboratory of Shantou University, Shantou 515063; China;
2. Department of Radiology, the Second Affiliated Hospital of Shantou University,
Shantou 515041； China;
3. Guangdong Provincial Key Lab for Digital Image Processing, Shantou University,
Shantou 515063, China）
Abstract: Phosphorus is an important element in energy metabolism，and many compounds in the body contain phosphorus31. Magnetic resonance spectroscopic imaging (MRSI) is formed through an organic combination of the space information provided by magnetic resonance imaging (MRI) and the spectroscopic information by MRS，it is a noninvasive means of compound quantitative analysis，studying the metabolism of the living body and biochemical changes，and displaying the metabolism between normal and tumorous tissues and reflect pathological change in molecular level, and could provide the spectrum in multiple voxels and the metabolites map for observing the metabolite states， it is one of the major testing tools biomedical research in the 21st century. The recent researches of phosphorus31 magnetic resonance spectroscopic imaging and its applications were reviewed in this paper.
Key words: magnetic resonance spectroscopy； phosphorus31； chemical shift imaging
引言
磷譜主要反映人體組織細(xì)胞的能量代謝改變，磷化物的濃度與能量代謝密切相關(guān)，測(cè)定磷代謝產(chǎn)物的相對(duì)濃度和分布可確定細(xì)胞的能量狀態(tài)。磁共振頻譜(magnetic resonance spectroscopy，MRS)是一種利用核磁共振現(xiàn)象和化學(xué)位移作用，進(jìn)行系列特定原子核及其他合物定量分析的方法［1］。早在1973年，Moon和Richards對(duì)完整紅細(xì)胞及離體新鮮肌肉標(biāo)本進(jìn)行了31P頻譜測(cè)定。1978年，Gordon得到了第一個(gè)人體31P標(biāo)本，從此MRS技術(shù)進(jìn)入臨床活體研究，并成為目前無(wú)創(chuàng)性研究人體內(nèi)部器官、組織代謝、生理生化改變的定量分析方法［2］。磁共振頻譜成像（magnetic resonance spectroscopic imaging，MRSI）技術(shù)是在MRI技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，比MRI的功能更強(qiáng)，能探測(cè)到樣品中分子內(nèi)部自旋核（例如1H，31P，13C，19F）的物理化學(xué)環(huán)境，能在分子水平反映生物體內(nèi)或人體內(nèi)病變的信息，提高對(duì)諸如老年性癡呆、癲癇、腦瘤等疾病的早期診斷和療效監(jiān)控能力，MRSI技術(shù)將成為21世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)研究進(jìn)入分子水平的重要檢測(cè)工具之一，能將組織結(jié)構(gòu)的觀察與代謝功能的研究結(jié)合起來(lái)，是一種非常有潛力的活體生化分析方法［3］。
1 化學(xué)位移成像來(lái)源：考試大
1947年波羅科特(Proctor)指出原子核的共振頻率與他的化學(xué)環(huán)境密切相關(guān)，化學(xué)環(huán)境的改變可使某種原子核在Larmor共振頻率的基礎(chǔ)上有輕微的偏移，這種現(xiàn)象稱之為化學(xué)位移，MRS就是利用磁共振現(xiàn)象和化學(xué)位移作用，對(duì)特定原子核及其化合物進(jìn)行分析，其特征性參數(shù)為磁共振頻率、峰值、半高寬、峰下面積等［4］。
化學(xué)位移成像1982年由布朗（T.R. Brown）等人提出。多體素MRS采集時(shí)，頻譜信號(hào)來(lái)自多個(gè)相鄰的感興趣區(qū)，與MRI中的成像體素非常類(lèi)似，將每個(gè)感興趣區(qū)的頻譜信號(hào)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為灰階進(jìn)行顯示，得到代表生物化學(xué)特性的灰度圖像。因此，多體素的MRS方法又被稱為化學(xué)位移成像（Chemical shift imaging，CSI）或磁共振頻譜成像（MRSI）［5］。由此可見(jiàn)，MRSI具有雙重含義：當(dāng)它將獲得的多體素信號(hào)以譜的形式加以表達(dá)時(shí)，它是一種陣列譜采集技術(shù)；當(dāng)它將獲得的多體素中某種代謝物信號(hào)強(qiáng)度以灰階形式進(jìn)行顯示時(shí)，又是一種成像方法。由于MRSI中譜和圖像的顯示可以互相轉(zhuǎn)換，常不進(jìn)行區(qū)分，MRSI是常規(guī)MRS的延伸，它的數(shù)據(jù)顯示有頻譜和成像兩種形式。
由于MRSI在一次掃描中可獲得多幅譜，而每幅譜圖均由許多譜峰組成，故一次MRSI采集就有多種圖像表現(xiàn)形式，如［6］可以分別重建反映組織中總的磷化合物或單一磷代謝物分布的圖像，也可重建NAA或PCr的圖像等。除產(chǎn)生特定化學(xué)基團(tuán)的分布像以外，用MRSI所獲數(shù)據(jù)還可導(dǎo)出其他有關(guān)參數(shù)的計(jì)算像，如利用Pi和pH的關(guān)系計(jì)算出活體的pH分布像、利用PC和Pi的信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算出PCr／Pi像等。