MR spectroscopy

Michael Dieckmeyer and A.Prof Frank Gaillard et al.

translated by sara mohammadi  radiotechnologist.

طیف سنجی MR یا  MRS اجازه می دهد بافت در مورد حضور و غلظت متابولیت های مختلف بررسی شود. گراسمن و یوسم گفته اند "اگر نیاز به کمک MRS  دارید ، به صفحه اول بروید؛ همه چیز به غیر از بیماری کاناوان (spongiform degeneration of white matter) NAA پایین ، کولین بالا" است. شاید کمی سخت باشد، اما منصفانه است که بگوییم MRS اغلب دست آورد زیادی به یافته های ام آر آی اضافه نمی کند و فقط می تواند در پیش بینی درجه هیستولوژیک کمک کننده باشد.

فیزیک

اصل اساسی که طیف سنجی MR را امکان پذیر ساخته است؛ این است که توزیع الکترون ها در اطراف اتم باعث ایجاد  میدان مغناطیسی متفاوتی  در هسته مولکول های مختلف می شود. این باعث می شود فرکانس رزونانس کمی متفاوت باشد که به نوبه خود سیگنال کمی متفاوت را نشان می دهد. این تکنیک همانند رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) است که در شیمی تجزیه مورد استفاده قرار می گیرد، اما جامعه به طور معمول برای جلوگیری از سردرگمی به NMR به عنوان MRS اشاره می کند

طیف MR را می توان از هر هسته با  NMR فعال بدست آورد یعنی هر هسته ای که دارای چرخش غیر صفر است: پروتون ها، کربن 13 و فسفر 31 بیشتر کاربرد دارند. و در اعمال بالینی عمدتا تنها طیف های پروتون (که قادرند متابولیت های مشخص را در شرایط  in vivo  تفکیک کنند)استفاده می شود. 31P  به طور معمول برای مشاهده نسبت آدنوزین تری فسفات (ATP) به فسفات کراتین و متابولیت های دیگر مورد استفاده قرار می گیرد و می تواند برای ارزیابی بار انرژی سلول مورد استفاده قرار گیرد.

اگر سیگنال خام پردازش شود، طیف های ایجاد شده از آب غالب می شوند که تمام طیف های دیگر را نامرئی می کند. بنابراین، سرکوب سیگنال آب(suppression) بخشی از هر توالی MRS است، یا از طریق بازیابی معکوس(inversion recovery) یا تغییر شیمیائی  (CHESS)امکان پذیر است. اگر سرکوب آب موفق نباشد، شیب عمومي به خط پایه می تواند نشان دهنده تغییر ارتفاع قله ها باشد.

طیف سنجی رزونانس مغناطیسی (MRS) با انواع توالی های پالس انجام می شود. ساده ترین توالی شامل یک پالس رادیویی (RF) 90  درجه است که بدون گرادیان، بلافاصله پس از یک تک پالس RF با دریافت سیگنال توسط کویل   RFانجام می شود  .

بسیاری از توالی هایی که برای تصویربرداری مورد استفاده قرار می گیرند می توانند برای طیف سنجی نیز مورد استفاده قرار گیرند مانند (spin echo)

تفاوت مهم بین توالی تصویربرداری و توالی طیف سنجی این است که برای طیف سنجی، گرادیان خوانش در حین  دریافت سیگنال فرد یا موضع مورد بررسی به وسیله کویل  RF استفاده نمی شود. به جای استفاده از اطلاعات فرکانس (فراهم شده توسط خوانش و یا گرادیان فرکانس) برای ارائه اطلاعات مکانی و موقعیتی، اطلاعات فرکانس برای شناسایی ترکیبات شیمیایی مختلف استفاده می شود. این  به این دلیل  امکان پذیراست که ابر الکترونی پیرامون ترکیبات شیمیایی مختلف، رزونانس اتم هایی را که در اسپکتروسکوپی مورد استفاده است را (به درجات مختلفی، بسته به ترکیب خاص و موقعیت خاصشان در ترکیبات شیمیایی دارد) محافظت می کند.این محافظ الکترون باعث می شود که فرکانس تشدید مشاهده شده اتم ها کمی متفاوت باشد و بنابراین با MRS قابل شناسایی است.

پیک ترکیبات شیمیایی پرکاربرد در ام آر اس به شرح زیر است:

lactate: resonates at 1.3 ppm

lipids: resonates at 1.3 ppm

alanine: resonates at 1.48 ppm

N-acetylaspartate (NAA): resonates at 2.0 ppm

glutamine/glutamate: resonates at 2.2-2.4 ppm 

GABA: resonates at 2.2-2.4 ppm

2-hydroxyglutarate: resonates at 2.25 ppm 6

citrate: resonates 2.6 ppm 

creatine: resonates at 3.0 ppm

choline: resonates at 3.2 ppm

myo-inositol: resonates at 3.5 ppm

water resonates at 4.7 ppm

NB: ppm = parts per million

پاتولوژی های مرتبط

گلیوما

ام آر اس توانایی ما را در پیش بینی درجه گلیوما افزایش می دهد. گرید گلیوما افزایش می یابد چنانچه NAA و کراتین کاهش و کولین، لیپید و لاکتات افزایش یابد.

در درجه بندی گلیوم ها کولین درحاشیه  ناحیه تقویت کنتراست همراه با افزایش نفوذ پذیری سلولی افزایش می یابد.

تومورهای غیر گلیال

ممکن است مشکل باشد  اما به طور کلی تومورهای غیر گلیال دارای NAA پایینی هستند.

عوارض تابش

تشخیص تغییرات ناشی از تابش و عود مجدد تومور می تواند مشکل ساز باشد. در عود تومور کولین بالا می رود در حالیکه در تغییرات ناشی از تابش NAA، کولین و کراتین همگی پایین هستند.

ایسکمی  و انفارکت

لاکتات افزایش می یابد زمانیکه در مغز متابولیسم بی هوازی  صورت میگیرد. زمانیکه انفارکت اتفاق می افتد لیپید ها آزاد می شوند و در نتیجه لیپید افزایش می یابد.

عفونت

در تمام فرایندهایی که بافت طبیعی مغز تخریب می شود. NAA ناپدید می شود. درون آبسه باکتریال، حفرات، لاکتات، آلانین، اسید سیتوسولیک و استات افزایش می یابد.

توجه داشته باشید کولین در توکسوپلاسموز کم است یا وجود  ندارد، در حالیکه در لنفوم افزایش می یابد، و این باعث می شود که این دو را از هم  تشخیص دهند.

بیماری های ماده سفید

لوکوانسفالوپاتی مولتی فوکال پیشرفته یا PML بالا رفتن مایواینوزیتول را نشان می دهد.

بیماری کاناوان به طور مشخصی افزایش NAA را نشان می دهد.

انسفالوپاتی کبدی

به طور قابل توجهی کاهش مایواینوزیتول و به میزان کم کولین را نشان می دهد. گلوتامین افزایش می یابد.

اختلالات میتوکندریال

سندرم Leigh : کولین بالا، کاهش NAA و گاهی لاکتات بالا

روشی برای به خاطر سپردن متابولیت های مهم

My ChoCrNaaLa (think of a new chocolate energy bar or something)

My: Myoinositol 3.5

Cho: Choline 3.2

Cr: Creatine 3.0

Naa: Naa 2.0

L: Lactate 1.3