在既定的外磁場(chǎng)B0中，不同化學(xué)物質(zhì)的同一種原子核由于所處的化學(xué)環(huán)境不同，會(huì)存在共振頻率上的微小差異（即化學(xué)位移）；利用這種差異可以測(cè)定人體某一區(qū)域各種化學(xué)物質(zhì)的含量，或不同區(qū)域某種化學(xué)物質(zhì)的分布情況。這種無(wú)創(chuàng)性檢測(cè)活體組織生物化學(xué)、代謝功能的方法，稱為磁共振波譜分析（magnetic resonance spectroscopy, MRS）。MRS能夠?qū)Χ喾N原子核的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，從而得到不同類型的頻譜，如1H、31P、13C、19F頻譜等。由于1H在人體內(nèi)含量豐富，易于檢測(cè)，1H-MRS（即質(zhì)子磁共振波譜）也成為目前技術(shù)最成熟、臨床應(yīng)用最廣泛的波譜分析方法。

MRS是以活體內(nèi)在的生化物質(zhì)作為研究對(duì)象的分子影像學(xué)手段，是目前唯一能無(wú)創(chuàng)地了解活體內(nèi)生化與代謝信息的方法。1H-MRS在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的臨床應(yīng)用較為廣泛，主要集中在以下幾個(gè)方面。第一，腦腫瘤的鑒別診斷，國(guó)內(nèi)外已有不少的研究證實(shí)1H-MRS在鑒別顱內(nèi)腫瘤與非腫瘤性病變、明確腫瘤類型與惡性程度、區(qū)分腫瘤復(fù)發(fā)與放射性壞死方面具有重要的參考價(jià)值；多體素波譜分析和磁共振波譜成像（MRSI）還能明確腫瘤的浸潤(rùn)范圍，對(duì)劃定合理的手術(shù)范圍，引導(dǎo)立體定向活檢具有重要作用。第二，腦變性疾病的輔助診斷，如腦退行性變引起的帕金森綜合征和阿爾采默病，代謝障礙引起的線粒體腦病、肝性腦病、Canavan病，白質(zhì)變性引起的多發(fā)性硬化，海馬硬化引起的顳葉癲等。這些疾病多數(shù)缺乏特異性的形態(tài)學(xué)改變，結(jié)合MRS信息，比如N-乙酰天門冬氨酸（NAA）的降低，膽堿（Choline）的升高等，有助于明確診斷。第三，精神心理疾病如精神分裂癥、情感障礙、強(qiáng)迫癥等的輔助診斷；這類疾病缺乏大體形態(tài)學(xué)的改變，是傳統(tǒng)影像診斷學(xué)的“盲區(qū)”，然而已有不少1H-MRS的研究揭示這類患者與正常人相比存在差異，如NAA在多個(gè)腦區(qū)的普遍下降，以及谷氨酸鹽/谷氨酰胺（Glx）的異常改變等。1H-MRS提供的信息不僅有助于輔助診斷，而且對(duì)于了解病理機(jī)制、生化改變具有重要的參考價(jià)值。此外，MRS在感染性疾病如HIV，腦缺血、梗死疾病等方面也能提供有益的信息。除中樞神經(jīng)系統(tǒng)外，MRS在前列腺、肝臟、乳腺、肌肉等疾病的研究方面也是非常有益的手段。

圖2-13　ASL灌注成像的原理及步驟示意圖

（本圖片由呂粟博士提供）

圖2-14 正常志愿者全腦ASL灌注圖

（本圖片由呂粟博士提供）

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)， 3T磁共振儀逐漸取代1.5T和低場(chǎng)磁共振儀成為主流的波譜研究設(shè)備。與1.5T和低場(chǎng)磁共振儀相比，3T磁共振儀在MRS應(yīng)用方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。第一，由于磁場(chǎng)強(qiáng)度的倍增，理論上可獲得2倍于1.5T的信噪比（SNR）。盡管在實(shí)際應(yīng)用中由于其他因素的影響而不能完全達(dá)到理論的提升，但這種SNR的改善具有重要意義：一方面有利于檢出活體內(nèi)自然含量相對(duì)較低的物質(zhì)，如Glx、GABA等；另一方面，可以提高M(jìn)RS的時(shí)間和空間分辨率。時(shí)間分辨率的改善有助于縮短檢查時(shí)間，而空間分辨率的改善則有助于縮小成像體素，這對(duì)于磁共振波譜成像或代謝成像（metabolic mapping）是非常有利的。第二，以頻率表示的化學(xué)位移與場(chǎng)強(qiáng)成正比，在高磁場(chǎng)強(qiáng)度下，由于化學(xué)位移分散（chemical shift dispersion）效應(yīng)，可獲得比1.5T更高的頻譜分辨率，比如水與脂肪間的化學(xué)位移約為3.5ppm，在1.5T上相隔225Hz，而在3T上達(dá)到約450Hz。這樣有助于避免不同共振信號(hào)（如NAA/Glx/GABA）之間的疊加，更有利于物質(zhì)的準(zhǔn)確定量。當(dāng)然，3T波譜分析也存在缺點(diǎn)，主要是隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，保持磁場(chǎng)均勻性也變得更為困難，同時(shí)磁敏感效應(yīng)增強(qiáng)從而易于出現(xiàn)磁敏感偽影。因此需要通過(guò)掃描序列的優(yōu)化和技術(shù)改進(jìn)才能充分享有高場(chǎng)帶來(lái)的好處（圖2-15~圖2-17）。

圖2-15　正常人頂葉白質(zhì)的單體素波譜曲線圖

A為3T，B為1.5T，可見(jiàn)3T MRS的信噪比1.5T更好，分辨率更高，代謝物之間的重疊更少（白箭頭示膽堿與肌酸之間的重疊更少，黑箭頭示Glx與NAA區(qū)別開來(lái)）

圖2-16　右頂葉膠質(zhì)母細(xì)胞瘤

1H-MRS（PROBE-P序列，TR/TE=1500/35ms）示膽堿（Cho）顯著增高而肌酸（Cr）和NAA顯著降低，可見(jiàn)高聳的乳酸（Lac）和脂質(zhì)（Lip）峰

圖2-17　正常志愿者右側(cè)基底節(jié)-丘腦區(qū)域的多體素1H-MRS

左上圖為定位像，體素為1cm3；右上圖為NAA和Creatine的代謝圖；下圖為各體素對(duì)應(yīng)的各個(gè)波譜圖。盡管體素較小，但所得波譜的基線穩(wěn)定，信噪比較好