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| 編輯推薦： |
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《脑磁共振波谱学》既是一部神经影像学专著，也是一本临床神经科学的优秀教材。适合于从事神经科学、神经影像学、神经病学、精神病学与精神卫生学、神经生物学、神经心理学、应用心理学、临床心理学等学科的科研人员、临床医师和研究生参考。
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| 內容簡介： |
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《脑磁共振波谱学》以磁共振波谱技术在神经科学中的应用为主线，详细描述了人脑活体磁共振波谱的采集技术和定量分析方法，阐述了磁共振波谱信号的生物化学基础，总结了质子磁共振波谱在神经科学研究和临床实践中的应用，探讨了非质子磁共振波谱的发展前景，全面介绍了磁共振波谱学在神经科学研究和临床实践中的**进展。《脑磁共振波谱学》将有力地促进神经科学研究者和临床医师熟练地将磁共振波谱技术应用于科学研究和临床实践。
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| 目錄：
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目录
译者前言
原著致谢
原著作者名单
原著前言
**篇采集磁共振波谱的技术方法
**章磁共振波谱学基础3
**节引言3
第二节磁共振波谱方法学5
第三节小结15
参考文献15
第二章定域单体素磁共振波谱的技术要点19
**节引言19
第二节容积定义的工具性影响20
第三节影响波谱质量的因素25
第四节1HMRS基本定位方法33
参考文献40
第三章多体素磁共振波谱成像的技术要点42
**节引言42
第二节多容积选择42
第三节空间编码43
第四节快速梯度编码法45
第五节基于先验知识的编码47
第六节水峰抑制47
第七节脂质抑制48
第八节B0匀场49
第九节小结52
参考文献52
第四章波谱编辑与二维核磁共振波谱54
**节引言54
第二节标量耦合55
第三节活体γ-氨基丁酸编辑60
第四节二维核磁共振波谱61
参考文献64
第五章波谱定量分析和波谱数据解读65
**节引言:波谱定量的简单示例65
第二节测定谱峰强度67
第三节污染信号74
第四节波谱定量分析软件包77
第五节信号参照和**定量81
第六节质量控制84
第七节小结86
参考文献86
第二篇磁共振波谱信号的生物化学基础
第六章N-乙酰天冬氨酸和N-乙酰天冬氨酰谷氨酸的生物化学91
**节引言91
第二节N-乙酰天冬氨酸92
第三节N-乙酰天冬氨酰谷氨酸101
参考文献108
第七章肌酸的生物化学116
**节引言116
第二节肌酸和高能磷酸化合物代谢116
第三节中枢神经系统中的肌酸激酶120
第四节治疗性肌酸补充120
第五节脑内肌酸的磁共振波谱定量分析124
第六节小结125
参考文献125
第八章胆碱的生物化学132
**节引言132
第二节胆碱的生物合成132
第三节胆碱的生物学功能134
第四节生物膜损伤的标志物135
第五节磁共振波谱中的胆碱峰135
第六节小结137
参考文献137
第九章谷氨酸的生物化学141
**节引言141
第二节脑内谷氨酸的作用142
第三节谷氨酸浓度的调节147
第四节谷氨酸浓度变化的原因解析148
第五节小结151
参考文献151
第十章其他重要的代谢物生物化学:肌-肌醇？γ-氨基丁酸？谷氨酰胺和乳酸154
**节引言154
第二节肌-肌醇154
第三节γ-氨基丁酸159
第四节谷氨酰胺162
第五节乳酸164
第六节小结169
参考文献170
第三篇质子磁共振波谱的应用
第十一章质子磁共振波谱在脑肿瘤临床管理中的应用价值179
**节引言179
第二节1HMRS的采集和正常值180
第三节1HMRS在脑肿瘤诊断中的应用价值185
第四节1HMRS在脑肿瘤分类中的应用价值190
第五节1HMRS在胶质瘤分级评估中的应用价值196
第六节1HMRS在脑肿瘤随访中的应用价值198
参考文献198
第十二章多发性硬化和炎症性疾病的质子磁共振波谱203
**节引言203
第二节多发性硬化203
第三节小结211
参考文献211
第十三章癫痫的磁共振波谱学217
**节引言217
第二节癫痫患者中高能磷酸化合物的31P磁共振波谱研究217
第三节癫痫的1H磁共振波谱220
第四节小结227
参考文献227
第十四章脑卒中和脑缺血231
**节引言231
第二节缺血性脑卒中231
第三节出血性脑卒中232
第四节脑卒中的磁共振成像233
第五节波谱学:1HMRS234
第六节缺血半暗带和梗死核心区的MRS238
第七节波谱编辑238
第八节远隔功能抑制240
第九节脑卒中与抑郁症240
第十节MRS对卒中后脑修复的评价241
第十一节脑卒中时MRS采集存在的问题242
参考文献243
第十五章质子磁共振波谱在先天性代谢缺陷病中的应用246
**节引言246
第二节原发性脑白质营养不良248
第三节溶酶体贮积症253
第四节过氧化物酶体病所致脑白质营养不良258
第五节氨基酸尿症261
第六节有机酸尿症263
第七节小结271
参考文献271
第十六章精神疾病的质子磁共振波谱276
**节引言276
第二节疾病发作期的MRS表现276
第三节临床痊愈后的MRS异常278
第四节高危人群的MRS异常279
第五节MRS的临床价值281
第六节小结281
参考文献282
第十七章脊髓1H磁共振波谱的临床前及临床应用285
**节引言285
第二节1HMRS发展的重要性285
第三节方法学挑战和注意事项287
第四节脊髓1HMRS的临床前研究和临床应用290
第五节1HMRS在脊髓中的应用前景299
第六节结论300
参考文献300
第十八章行为和可塑性的个体差异303
**节引言303
第二节γ-氨基丁酸代谢概述303
第三节来自可塑性诱导动物模型的数据304
第四节人类活体内γ-氨基丁酸的定量分析304
第五节章节纲要307
第六节与行为相关的γ-氨基丁酸个体差异307
第七节临床试验人群中γ-氨基丁酸能神经元的变化309
第八节可塑性诱导中γ-氨基丁酸的变化310
第九节MRS评估的GABA与源于其他成像模式的信息之间的关系312
第十节小结与未决问题314
参考文献314
第十九章生长发育和生命历程中的磁共振波谱318
**节引言318
第二节概述318
第三节脑发育早期的磁共振波谱320
第四节整个人生阶段的磁共振波谱325
第五节发展方向328
参考文献329
第二十章激素对磁共振波谱测量的影响333
**节引言333
第二节激素生物学概述333
第三节神经化学物质的性别特异性差异336
第四节关于雌二醇和孕酮的总结339
第五节男性性类固醇激素与神经化学变化340
第六节小结340
参考文献341
第二十一章神经能量转换和神经信号传递中的磁共振波谱343
**节引言343
第二节脑能量代谢的13CMRS测定343
第三节神经递质流量的MRS测定350
第四节13CMRS在人类疾病中的应用356
第五节小结357
参考文献357
第四篇非质子磁共振波谱的应用
第二十二章人脑钠？氧？磷？钾定量代谢磁共振成像:生物学标度临床应用的原理365
**节引言365
第二节定量分析磁共振信号的合理性366
第三节磁共振信号的定量分析367
第四节定量23Na磁共振成像的临床应用376
第五节定量17O磁共振成像的应用前景384
第六节定量31P磁共振成像的应用前景384
第七节定量39K磁共振成像的应用385
第八节小结385
参考文献386
第二十三章碳13C磁共振波谱389
**节引言389
第二节谷氨酸-谷氨酰胺循环及神经元和神经胶质细胞能量转换的动物与细胞模型研究390
第三节活体人脑的13CMRS研究396
第四节人体13CMRS研究的未来展望403
第五节小结与结论406
参考文献406
第二十四章脑部超极化磁共振成像与波谱414
**节引言414
第二节从超极化MR研究中通过动力学分析导出活体代谢率429
第三节超极化MR在神经科学和神经病学中的未来发展方向432
参考文献434
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| 內容試閱：
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**篇采集磁共振波谱的技术方法
**章 磁共振波谱学基础
Christoph Juchem and DouglasL.Rothman1
Department of Diagnostic Radiology Department of Neurology，YaleSchool of Medicine，Massachussetts，USA
**节 引言
磁共振波谱学magneticresonancespectroscopy，MRS可通过非侵入性方式检测和定量活体组织如大脑局域部分的化合物？因此，它为评价脑代谢和功能的关键方面提供了一个强大的工具？在临床上，可测化合物的所有组成部分和所得信息的定量特征使MRS成为认识临床疾病？纵向监测患者和治疗控制的一种通用工具？本章旨在总结活体MRS方法中常用的基本概念？这些概念将在以后的章节中和更高级的MRS方法中进一步拓展，这些方法包括波谱成像和J-编辑，以及特定化合物和代谢途径的检测？本章节描述的内容将保持一个相对基础的水平？对于更高级但更易于处理的MRS自旋物理学基础和MRS方法学，我们建议参阅deGraaf的著作deGraaf，2008？
活体磁共振波谱
具有磁矩或“自旋”的原子核可在磁场中表现出共振行为？这种磁共振效应是由Larmor方程来决定的，即被原子核感受到的磁场B与由此产生的共振频率ω之间存在着一个简单的线性关系:
ω=-γB 1-1
相对标量γ，即所谓的旋磁比，是原子核的一个特征性常数？氢原子核1H即质子是磁共振敏感性同位素的一个**实例，因为来自于结合在组织水分子上的氢原子核的1H共振信号为人体磁共振成像magneticresonanceimaging，MRI提供了基础？核自旋可认为是微观磁体？当置于磁场时，其磁矩被极化，并与磁场平行或反平行？平行于磁场的极化核自旋处于低能态，所以其数目比反平行于磁场的核自旋略多？当以Larmor频率的射频能量施加于磁体中的核自旋时，核自旋可吸收能量并从反平行状态跃迁到平行状态，其与光学波谱和其他类型的共振波谱一样？但是MRS不同之处在于，在吸收能量的过程中核自旋被射频场极化以至于在关闭射频磁场时核自旋仍有效地沿着磁体轴线旋转按照惯例在MRS上为z轴？这种现象产生了一个以Larmor频率旋进的旋转磁场？当使用射频接收线圈时，旋转磁化矢量通过电磁感应在线圈中诱发一振荡电压，它可被MR波谱仪本质上是一个巨大的射频发射器和接收器检测到？在临床MRS使用的磁场强度下，Larmor频率在60~300MHz变化，分别对应于1.5T和7.0T的磁场强度？从灵敏度的角度来看，如此低的共振频率比光学共振低6~7个数量级是不利的，因为每次吸收或释放的能量与共振频率成正比？但是，与光学波谱或光学成像不同的是，人体可被MHz范围的射频相当程度地穿透，因此完全可以使用MRS进行检测？
当人类受试者置于给定磁场强度的扫描仪时，我们可以认为体内的所有1H核表现为相同的共振频率？但是实际上，因原子核所嵌入的分子结构不同，从而可观察到微小的频率变化？磁场变化导致其频率偏移是基于两种不同的效应？附近原子核周围电子环境即化学环境导致所谓的“化学位移”，而同一个分子的不同原子核之间通过其所结合的电子作用的相互关系被称为偶极或J-耦合？化学位移和J-耦合极度依赖于分子的化学结构和几何结构？正因为如此，以相对简单的“宏观”MRS实验测量可提供丰富的分子内微观信息？值得注意的是，化学位移和J-耦合是MRS在结构化学和分析化学中发挥关键作用的基础？虽然化学位移和J-耦合在20世纪50年代就已经被发现，但是直到20年后MRS才被应用于鉴定和定量活细胞中的生化物质Shulmanetal.，1979，并*终应用于活体Ackermanetal.，1980？随着这种范式的转变，目标不再是研究物质的理化性质，而是利用认识物质特异性的波谱模式即其波谱指纹spectroscopicfingerprint，在活体上分离和定量这些物质以推断代谢物的浓度和代谢途径的通量？
MRS可对含有磁共振敏感性同位素如1H的神经化学物质进行无创性定量分析？氢原子普遍存在于人脑的大多数代谢物中，1H核是活体MRS*合适的同位素？1H的旋磁比是所有稳定同位素中**的，因此其在MR试验中的敏感性高于其他任何原子核？此外，1H核的天然丰度naturalabundance几乎为100%？活体大脑的首次在体MRS测量是1982年在小孔径高场MR系统上进行的Beharetal.，1983？随着后来20世纪80年代中期大孔径高场磁体和容积定域volumelocalization技术的快速发展，有研究小组首次获得了人脑的1HMR波谱Bottomleyetal.，1983;Frahmetal.，1989，而现在1HMR波谱几乎可在所有1.5T和更高场强的临床MRI系统中获得？
尽管一系列的大脑代谢物可使用1HMRS来鉴定Govindarajuetal.，2000，但是在活体条件下可评估的物质数量不超过15~20种Mekleetal.，2009;Tkacetal.，2009;Emiretal.，2011a，而且通常会更少？已经证明更多的具有生物化学意义的MR可测同位素可为组织的组织生理学和生物化学提供有价值的信息？例如，磷31PMRS可对组织能量代谢中的关键组分ATP？ADP和磷酸肌酸进行定量分析，并可研究诸如对疾病做出反应的生物能量缺陷BefroyandShulman，2011？使用13C同位素的MRS可研究三羧酸循环的中间产物，并通过提供代谢转换率和代谢通量来预测所输注的13C标记在这些中间产物碳链特定位置之间的转移Rothmanetal.，2011？但是目前的临床MRS主要依赖于1H而其他的原子核主要用于基础和临床前研究？非1HMRS需要非标准硬件和特定MRS方法，这可能是其尚未在临床实践中广泛应用的原因？因此本章着重于1HMRS的基本原理，对其他原子核的讨论只是适度扩展，更为详细的内容见第四篇第二十二~第二十四章？
第二节 磁共振波谱方法学
一？磁共振波谱基本原理
活体MRS的目的是以无创的方式来定量分析生化物质？一般来说，MRS采集的信号幅度和重建谱线中所生成的谱峰与MRS试验中所见的共振原子核数量和物质总量直接成比例？正因为如此，根据谱峰和谱型即可直接测定代谢物浓度？水是人体组织中*为普遍的含1H化合物，因此其形成了MR信号*主要的部分[图1-1A]？因为水浓度本身没有临床意义，所以在MRS试验中通常使其信号降至**限度以更好地显示感兴趣代谢物[图1-1B]？脑代谢物1HMRS的主要局限性是谱峰之间的频率扩展frequencyspread小？这种有限的谱线分散spectraldispersion可导致被观察谱型出现严重的谱线重叠并使鉴定和分离单个化合物面临着巨大的挑战？值得注意的是，有限的磁场均匀度及其所产生的谱线增宽使谱线重叠的问题在活体条件下更为复杂？但是，组织代谢物定量分析的**局限来源于MR方法的固有敏感性差？因此，1HMRS需要让毫摩尔级的代谢物浓度获得的信号幅度足以超过不可避免的测量噪声？此外，足够的信噪比在解析部分重叠的谱线结构时具有特别的意义，正如1HMRS通常所需要的那样？
图1-1 水抑制在人脑活体MRS中的作用
A人脑组织中的水含量远远超过其他可测物质，因此在谱线中呈高耸波峰;
B抑制水信号使感兴趣神经化学物质得以清晰显示
幸运的是，可供选择的易于获取的脑部代谢物包括许多涉及脑能量代谢？神经传递及其他重要神经化学通路的关键神经化学物质？但是，存在于脑内的大多数化合物浓度远低于检测限度？例如，人体脑组织中的多巴胺水平为微摩尔级，这就使得MRS无法定量检测这种重要的神经递质？主磁场更强的扫描仪可提高MR灵敏度和信噪比，因此能在一定程度上改善检测限度Ugurbiletal.，2003？实验中如采用更大的容积，则信噪比可得到提高，因为信号强度与容积内包含的自旋数目也就是以某种给定物质表现出来的组织数量成正比？但是，伴随而来的空间特异性因此也是解剖功能特异性降低是这种方法明显需要注意的事项？另外，通过组合来自同一实验多次重复的数据可改善信噪比，因为累加信号随着实验重复次数的增加呈线性增大，而噪声仅随其平方根而增加？正因为如此，实验可获得其重复次数平方根的信噪比增益？但是在实践中，这种方法的实用性有一定的局限性，因为信噪比增益需要牺牲的时间是递进增加的？例如，如要单次采集的信噪比增加一倍，则需要4次相同扫描累加？但是，4倍的信噪比增益需要16次平均，即信噪比从2成倍增加至4时需要增加12次扫描，而4次扫描足以使信噪比从1成倍增加至2？大多数MRS应用程序使用数据累加来改善信噪比灵敏度，但是重复次数很少超过128或256？虽然上述讨论的方法可一定程度上改善MR低灵敏度，但是其均具有明显的局限性，而且无法从根本上克服1HMRS的毫摩尔检测限度？
1.化学位移
基于Larmor条件*，原子核的共振频率是由其旋磁比及其所感受到的磁场强度所决定的？如果原子核不是自由的而是化合物的一部分大多数情况下，则可观察到外加磁场B0被周围电子屏蔽的现象？这种屏蔽效应所致的原子核共振频率的变化称为化学位移，这是MRS的一个主要概念？电子屏蔽效应呈磁场依赖性，由此产生的**频移单位为赫兹也是如此？在共振频率ω被指定为相对于参考频率ωref时，所得出的化学位移δ不再受所使用的外加磁场B0的影响，这有利于对从不同B0场强的扫描仪中所采集的波谱进行比较？
1-2
活体所观察到的1H化学位移大约为百万分之一量级partspermillion，ppm，通常使用的内标法以N-乙酰天冬氨酸的2.02ppm甲基单峰作为参考？有研究小组已报道几种1H低场区downfield的共振谱线较高ppm值Arusetal.，1985;Rothmanetal.，1997，但是临床MRS在很大程度上依赖于涵盖1~4ppm范围内的高场区upfield共振谱线？13CMRS和31PMRS的化学位移远大得多，其范围分别约为200ppm和30ppm见第四篇第二十二章和第二十三章？
2.标量耦合
原子核的电子屏蔽取决于化学键合chemicalbonding及邻近原子核自旋对这种化学键合的干扰？分子中的原子核不仅可直接耦合，也可通过其化学绑定chemicalbinding间接耦合？因为这些核自旋的键合linkage是由其绑定电子bindingelectron提供的，所以其相互作用被称为J-耦合？对于1H-1H耦合，这种弱标量相互作用的耦合常数在1~15Hz的范围内，其相应位移将各个共振峰分成特征性的多重结构？如果一种化合物的化学位移差值大于其J-耦合常数，则谱线被认为是一阶的？对于J-耦合和化学位移差值为相同数量级者，谱线被认为是二阶的？虽然化学位移的**值取决于磁场强度，但是J-耦合并非如此，从而导致整个MR谱线的强磁场依赖性？脑代谢物中的许多1H表现为
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