氢质子磁共振波谱分析（1H MRS）是一种无创地测定活体组织代谢和生理、生化指标并能以数值或图谱表达的磁共振技术。当前，能够测定的有1H、13C、31P、19F等生化代谢方面的改变，以1H、31P应用广泛且都可用于颅脑疾病的研究，但1H MRS在颅脑疾病的代谢方面更敏感。随着MRI/MRS一体机在临床的应用，MR硬件和软件的进一步提高，MRS在临床的应用将日益广泛。
 
1  MRS的基本原理
 
1.1  MRS基于MRI原理但较MRI有更高的要求，在磁共振现象的基础上用化学位移作用和自旋耦合对特定原子核及其化合物进行分析，同种原子核当处于不同的化学环境中时，其共振频率会有微小的差别，在没有梯度场的影响下，探测器将接收到的自由感应衰减信号（FID）通过傅立叶转换成振幅与频率的函数，即可获得MRS，但由于原子核之间存在共价键的自旋磁距的相位干扰，使得共振峰分裂，谱线增宽而影响分辨率。在此两种现象的基础上，可将含有同种原子核的不同化合物或将同一化合物中不同的分子基团在频率轴上区分出来。
 
1.2  自旋耦合的强度与共价键的多少有关，而化学位移则随MR的场强变化。同种原子核在不同化合物中进动频率的不同在MRS上具体表现为频率轴上不同位置而形成不同的峰。为了在不同场强的磁场中获得的结果具有可比性，通常选择一特定化学环境下的原子核作为标准核进行比较，得到化学位移的相对位置并采用磁场强度的百万分之一为单位（ppm），在1H MRS中以4-甲基硅（TMS）为相对位置，31P通常以PCr为标定物。
 
2  1H MRS的检查方法
 
2.1  单体素1H MRS检查  是一种自动检测MRS技术，应用较早。可在3~5分钟内直接得到波谱分析图。常用的脉冲序列为激励回波法（STEAM）和点分辨法（PRESS），该脉冲序列均从三个互相垂直的层面激励位于三个层面相交处的一个体素而产生信号，但STEAM使用三个90°射频脉冲产生激励回波，而PRESS使用一个90°脉冲两个180°脉冲产生激励回波，结果STEAM常使用短TE提高对多种化合物的分析而PRESS使用较长TE回波，但难于发现短T2的物质，且对运动不敏感，对匀场和抑水没有STEAM严格。另外，在体成像选择波谱分析法（ISIS法）对较大的VOI定位准确，其在90°脉冲激发前，在三个方面分别施加180°反转脉冲用于VOI的定位，信号的采集来自整个采样体。目前这三种技术均为临床常用的MRS单体素定位技术。
 
2.2  多体素1H MRS检查  该法采用CSI成像，空间定位由选择性RF及三维梯度在每次扫描中递增而定，是多维相位编码技术，可同时编码多个体素。该技术的一大优点是一次可采集多个感兴趣区的信号，便于比较正常组织和病变组织，并对容积内任一像素进行波谱重建。
 
2.3  3D1H MRS检查  即全脑容积波谱成像。采用螺旋波谱成像法可得到较大范围的波谱成像，并得到全脑代谢物分布图。具体为同时进行连续多个层面的二维波谱成像，得到多个频率图像。扫描结果经计算机后处理分析后可得到波谱图。
 
3  MRS检查影响因素
 
3.1  MRS检测的信号强度  与所测组织的原子核的量和浓度、敏感性密切相关。1H在人体中自然丰度和敏感性最高，易于检测。活体1H代谢物浓度达到100μmol~1mmol/L[1]才可检测。
 
3.2  磁场的均匀性  波谱谱线线宽受原子核自然线宽及磁场均匀性的影响。内磁场的均匀度越高，线宽越小，基线越平整光滑。外部磁场均匀性差会导致波谱频率出现偏差，导致波谱的谱线变宽，波峰不易区分。通常以水共振的半高线宽表示磁场的均匀性，MRS要求磁场的均匀性＜0.1ppm。
 
3.3  抑水  在人体水的浓度是其他代谢物的10 000～100 000倍［10］，导致与水接近的化合物被淹没，难以观察。一般根据水的共振频率用选择性的预饱和法，1H需水抑制，31P不需要[10]。
 
3.4  感兴趣区的选择1H MRS感兴趣区最小达1ml。VOI区应边界清楚，避免邻近组织污染，尤其是皮下脂肪、颅骨、脑脊液及临近静脉窦的影响[2]。对VOI区的选择准确，减少周边正常组织的干扰。
 
3.5  对比剂的影响  目前争议较大。早期的研究认为对Cho有影响，但近有学者认为注射对比剂前后对MRS无影响[3，4]，总体有待进一步研究。
 
4  常见代谢物及临床特点
 
4.1  N-乙酰天门冬氨酸（NAA）  位于波谱2.0ppm处，主要位于成熟神经元内，是神经元的内标记物[5，6]，是正常波谱中最大的峰，NAA减少可能是由于神经损害和线粒体功能失调所致。此外，还由于细胞膜的破坏，NAA被暴露于使之降解的酶，因水解增加而导致NAA减少。许多脑疾病可起神经元的功能损害而致NAA下降，但Cavana病NAA升高，主要为天门冬氨酰基酶缺乏所致。
 
4.2  胆碱（Cho）  反映脑内总胆碱含量，包括磷酸胆碱、磷酯酰胆碱和磷酸甘油胆碱，波峰位于3.2ppm处，与细胞膜磷脂合成和分解有关，参与细胞膜的构成，是反映细胞膜的标志。在急性脱髓鞘疾病，Cho水平显著升高（与细胞分裂增殖活跃及细胞代谢异常增高有关）。Cho也是乙酰胆碱的前体，与记忆、认知和情绪行为等密切相关。Cho和Cr增加提示有神经胶质增生。
 
4.3  肌酸（Cr）  包括肌酸和磷酸肌酸，位于波谱3.0ppm处，参与体内能量代谢。Cr波峰比较稳定，常用作内标准。在正常脑波谱中，Cr是第三高波峰。
 
4.4  肌醇 (MI)  是一种在哺乳动物脑中具有较高浓度的糖，波峰位于3.2ppm处，为神经胶质的标志物，其浓度的升高被认为是胶质增生的指征。
 
4.5  乳酸（Lac）  乳酸是糖酵解的终产物，它的出现提示有氧呼吸不再有效进行，位于波谱1.32ppm。当TE从短TE(135ms)变为长TE(270ms)时，Lac峰会发生翻转。脑肿瘤、脓肿、囊肿及梗塞时会出现乳酸峰。
 
4.6  Ala波（丙氨酸）  波峰在1.47ppm，容易被乳酸峰遮掩。正常人测不到，Ala波升高是脑膜瘤的特征，可以区别胶质瘤和脑膜瘤，但也见于垂体瘤。
 
5  1H MRS在中枢神经系统的应用
 
5.1  脑肿瘤  由于组成细胞的成分不同，不同类型肿瘤的MRS表现各异。星型细胞瘤典型表现为NAA显著下降、Cr中等下降和Cho显著升高，NAA/Cr比值下降和Cho/Cr比值升高，并以NAA/Cho及Cho/Cr的比值反映肿瘤级别较稳定，国内鱼博浪等[22～26]认为Cho/NAA及Cho/Cr比值在2～4之间提示为弥漫性星形细胞瘤，Cho/NAA及Cho/Cr比值>4提示为间变性星型细胞瘤或胶质母细胞瘤，但Cho/NAA及Cho/Cr比值不能区别间变型星形细胞瘤和胶质母细胞瘤,但Arpinelli等［7］在对离体胶质瘤的研究中发现胶质母细胞瘤的Cho/Cr比值明显高于间变性星形细胞瘤；有些病人可见Lac峰，反映了肿瘤的缺氧程度，但由于肿瘤内转运系统损害或肿瘤体积太大均会导致Lac出现和升高,所以根据乳酸水平的高低判断肿瘤级别并不可靠。多体素波谱可准确提示穿刺部位，一般以Cho波增高最明显的部位肿瘤最活跃，也是穿刺的最佳部位；转移瘤缺乏NAA波，Cr波缺乏或消失，Cho升高；如果肿瘤周围区域Cho波增高，提示原发脑肿瘤浸润生长。脑膜瘤和神经鞘瘤属脑外肿瘤，不含神经元，MRS中不见NAA和Cr波，脑膜瘤时Cho波明显升高，可以出现丙氨酸（Ala）波为其特点，但丙氨酸（Ala）波也可见于垂体瘤[8～10]。神经鞘瘤的特点是在3.6ppm处出现磷酸肌醇峰[11，12]。鞍区和鞍上区内病灶内出现Lip波提示颅咽管瘤[13]。总之，由于部分不同病理类型或恶性程度不同的肿瘤的MRS表现有一定的交叉性，增加了脑肿瘤诊断与鉴别诊断的难度，需大宗病例的研究。
 
5.2  脑脓肿  脑脓肿时可出现特征性的氨基酸波[14]，包括亮氨酸波（Aas 0.9ppm）、乙酸盐波（Ace、1.9ppm）和丁二酸盐波(SUCC 2.4ppm)，与脑肿瘤坏死相比，在进行MRS检查时，均表现为Lac波的出现，NAA波、Cr波和均降低，Cho波明显升高；在DWI上信号增高。
 
5.3  脑炎  临床和MRI之前即有MRS的异常改变；早期表现为NAA水平下降和Cho升高，以后出现非特异性弥漫性脑白质脱髓鞘，NAA进一步下降，Cho继续上升；国内鱼博浪等[22～26]认为Cho/Cr小于2可提示脑炎。
 
5.4  脑梗塞  急性脑梗塞特征性的变化是出现Lac峰，Barker等认为24小时内MRI高信号区Lac波升高，但Lac持续时间报道不一，以Lac波逐渐下降并持续数天至数周较多，无论在急慢性期均示NAA下降，一般Lac出现的范围大于T2WI高信号的显示的区域，中央高于周边，Lac峰最高的部位就是NAA降低最严重的部位，NAA减少愈显著，功能恢复越差；Cr与Cho的改变各家观点不一，以Cr与Cho降低居多。
 
5.5  缺血缺氧性脑病(HIE)  正常新生儿MRS Cho为最高峰，NAA低于Cho；1岁以后随着髓鞘化的逐渐完成而发生逆转，Cr相对恒定，Lac峰正常者检测不到。其特征性的表现是出现Lac峰，NAA的降低在Lac升高后数天才出现，提示乳酸过多积聚引起的神经元自身溶解，是不可逆性损伤的标志；Cr降低，Glx升高，是由于缺血缺氧引起神经递质释放进入突触间隙所致；MI升高提示伴胶质增生及髓鞘化不良。
 
5.6  癫痫(TLE)  80%的癫痫与海马硬化有关，神经元减少和胶质细胞增生，MRS表现［15,19］为NAA减少，Cho和Cr增加，NAA/（Cho+Cr）比值下降。Duncan认为海马硬化时，NAA峰值降低，减少22%减少说明癫痫灶内神经元的缺失、受损和功能活动异常；Cho和Cr可增加25%和15%，反映胶质细胞增生；NAA/（Cho+Cr）比值下降，定位及定侧NAA/Cho+Cr≥0.72为正常，双侧比值差大于0.05或双侧较正常对照低时为异常；Lac峰的出现对定侧很有价值，但在发作间歇期，Lac几乎不出现；发作次数越多、患病时间越长，NAA峰降低和Cho波升高明显；MRI和MRS结合有利于癫痫灶术前准确定位；测定癫痫活动中重要的三种神经递质，即γ-氨基丁酸（GABA）、谷氨酸（Glu）和谷氨酰氨（Gln），其中GABA降低，抗癫痫治疗后升高；在癫痫病灶中，Glu升高。