Quang phổ cộng hưởng từ (Magnetic Resonance Spectroscopy - MRS), còn gọi là quang phổ NMR (Nuclear Magnetic Resonance), là kỹ thuật phân tích hóa sinh không xâm lấn dựa trên hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân, cho phép định tính và định lượng các chất chuyển hóa (metabolites) trong mô sống hoặc mẫu hóa học mà không cần phá hủy mẫu.
Nguyên lý vật lý và hiện tượng dịch chuyển hóa học
Quang phổ cộng hưởng từ hoạt động dựa trên tính chất spin hạt nhân của các đồng vị có số khối hoặc số proton lẻ, phổ biến nhất là hydro (), phosphor (), và carbon (). Khi đặt trong từ trường mạnh , các hạt nhân này tách mức năng lượng và hấp thụ sóng vô tuyến ở tần số cộng hưởng Larmor xác định:
với là tần số góc Larmor, là tỷ số từ quay của hạt nhân, là cường độ từ trường ngoài, và là hằng số che chắn điện tử nội phân tử. Do các nhóm chức hóa học có mật độ đám mây điện tử khác nhau, các hạt nhân cùng loại trong các phân tử khác nhau sẽ cộng hưởng ở các tần số hơi khác nhau. Hiện tượng này tạo ra độ dịch chuyển hóa học (chemical shift, ký hiệu ), được đo bằng đơn vị phần triệu (ppm):
\delta = rac{ u - u_{ ext{ref}}}{ u_{ ext{ref}}} imes 10^6
với là tần số cộng hưởng của chất cần đo và là tần số cộng hưởng của hợp chất chuẩn tham chiếu.
Các chất chuyển hóa chủ yếu trong quang phổ proton (^{1} ext{H}-MRS)
Theo hướng dẫn đồng thuận quốc tế của Wilson và cộng sự (2019), kỹ thuật quang phổ proton não người trên máy chụp cộng hưởng từ lâm sàng nhận diện các đỉnh phổ đặc trưng đại diện cho các quá trình sinh hóa tế bào:
| Chất chuyển hóa | Vị trí đỉnh phổ (ppm) | Ý nghĩa sinh học và bệnh lý |
|---|---|---|
| N-Acetylaspartate (NAA) | 2.02 ppm | Chỉ dấu tính toàn vẹn và mật độ nơron; giảm mạnh trong đột quỵ, chấn thương sọ não, thoái hóa thần kinh và u não |
| Creatine và Phosphocreatine (Cr) | 3.02 ppm và 3.94 ppm | Chỉ dấu dự trữ năng lượng tế bào; thường được dùng làm chuẩn nội tham chiếu do nồng độ tương đối ổn định |
| Choline (Cho) | 3.22 ppm | Chỉ dấu chu chuyển màng tế bào và quá trình phân chia tế bào; tăng cao trong các khối u ác tính và viêm nhiễm |
| Myo-inositol (mI) | 3.56 ppm | Chỉ dấu của tế bào thần kinh đệm và áp suất thẩm thấu; tăng trong bệnh Alzheimer và viêm tế bào thần kinh đệm |
| Lactate (Lac) | 1.33 ppm (đỉnh đôi đảo ngược ở TE dài) | Sản phẩm của quá trình đường phân kỵ khí; xuất hiện rõ trong thiếu máu cục bộ, hoại tử mô và u ác tính phát triển nhanh |
| Glutamate và Glutamine (Glx) | 2.1 - 2.5 ppm | Các chất dẫn truyền thần kinh kích thích chính và chu trình chuyển hóa nơron - tế bào đệm |
Ứng dụng lâm sàng và nghiên cứu y sinh
Theo nghiên cứu của Baek (2023), quang phổ cộng hưởng từ mang lại giá trị chẩn đoán bổ trợ quan trọng bên cạnh hình ảnh cộng hưởng từ cấu trúc (MRI):
- Phân biệt khối u não tái phát và hoại tử do xạ trị: Khối u tái phát có tỷ lệ Cho/NAA và Cho/Cr tăng cao, trong khi hoại tử do xạ trị biểu hiện sự suy giảm toàn bộ các đỉnh chuyển hóa cùng với đỉnh lipid/lactate rộng.
- Định khu ổ động kinh và bệnh thoái hóa thần kinh: Đánh giá mức độ tổn thương nơron sớm tại vùng hồi hải mã trước khi xuất hiện teo mô quan sát được trên MRI hình thái.
- Đánh giá chuyển hóa cơ tim và gan: Sử dụng -MRS để đo tỷ lệ phosphocreatine/ATP trong suy tim và đánh giá nồng độ mỡ tích tụ trong gan nhiễm mỡ.