磁敏感加權(quán)成像核心技術(shù)解讀與其在缺血性卒中中的相關(guān)應(yīng)用

馬小丹，夏萬(wàn)泓，張英魁

當(dāng)人體進(jìn)入一個(gè)較強(qiáng)的外磁場(chǎng)環(huán)境中，人體組織便被一定程度的“磁化”，但不同組織在相同的外磁場(chǎng)環(huán)境中所表現(xiàn)的磁化屬性和被磁化的程度不同，即磁化率不同。根據(jù)磁化率的不同可將物質(zhì)分為順磁性物質(zhì)、抗磁性物質(zhì)、超順磁性物質(zhì)和鐵磁性物質(zhì)等。物質(zhì)表現(xiàn)出的磁化率差異構(gòu)成了MRI的另一種對(duì)比，SWI就是用以突出病變或組織間磁化率差異的成像技術(shù)。因不同廠商實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的核心基礎(chǔ)不同，所以其商品名稱(chēng)也各異。如基于幅值圖與校正相位系數(shù)相乘以實(shí)現(xiàn)磁敏感加權(quán)的經(jīng)典SWI，基于多回波融合采用更長(zhǎng)回波時(shí)間（echo time，TE）以突出磁化率差距的重T2*成像（T2star weighted angiography，SWAN），基于施加微弱擴(kuò)散梯度實(shí)現(xiàn)黑血成像的流動(dòng)敏感黑血成像（flow sensitive black blood，F(xiàn)SBB）等，雖然其成像基礎(chǔ)各異，但均以突出組織磁化率差異為目的，故本文均將其統(tǒng)稱(chēng)為SWI。

SWI在卒中的診斷和治療中具有特別重要的臨床價(jià)值[1]，對(duì)于該技術(shù)的深入了解是影像科醫(yī)師解讀SWI信號(hào)及其改變的基礎(chǔ)，本文將對(duì)SWI基本原理及其在缺血性卒中中的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行總結(jié)和介紹。

1 磁敏感加權(quán)成像的序列基礎(chǔ)及實(shí)施方案

雖然不同的設(shè)備廠商提供的SWI序列的商品名稱(chēng)不同，且實(shí)施方案各異，但其都具有相同的序列基礎(chǔ)，即均基于三維成像的梯度回波序列，且均具有較明顯的權(quán)重。梯度回波序列是MRI中一個(gè)重要的序列家族，其和自旋回波序列家族的一個(gè)重要區(qū)別是在回波讀取之前未施加射頻聚焦脈沖，因此不能消除磁場(chǎng)不均勻?qū)M織弛豫的影響，SWI正是利用梯度回波序列這一特點(diǎn)來(lái)突出不同組織之間的磁化率對(duì)比。但是僅僅采用一般的梯度回波序列還無(wú)法實(shí)現(xiàn)磁化率對(duì)比加權(quán)成像，為此，不同的設(shè)備廠商采用不同的策略來(lái)實(shí)現(xiàn)更突出的磁敏感差異成像。

1.1 經(jīng)典磁敏感加權(quán)成像 SWI是經(jīng)典的解決方案。SWI的核心技術(shù)是通過(guò)將掃描出的幅值圖與處理后的相位蒙片相乘，突出不同磁化率組織之間的磁化率對(duì)比[2]。采用經(jīng)典SWI技術(shù)可獲得以下幾種圖像：①幅值圖（magnitude圖），是采用梯度回波序列成像直接得到的圖像；②相位圖（phase圖），顯示的是校正后的相位圖；③SWI圖，是利用幅值圖與相位蒙片多次相乘所獲得的磁敏感對(duì)比更突出的圖像；④最小密度投影（minimum intensity projection，minIP）圖，是對(duì)SWI圖像進(jìn)行薄塊重建并進(jìn)行minIP所獲得的圖像（圖1）。經(jīng)典SWI通過(guò)對(duì)掃描出的相位圖進(jìn)行校正獲得校正后的相位圖，然后將校正后相位圖上的相位信息按照規(guī)定系數(shù)相乘進(jìn)一步獲得相位蒙片。當(dāng)組織為順磁性物質(zhì)時(shí)，相位蒙片對(duì)應(yīng)的系數(shù)通常＜1，而當(dāng)組織為抗磁性物質(zhì)時(shí)，相位蒙片對(duì)應(yīng)的系數(shù)=1。幅值圖與相位蒙片多次相乘后，順磁性物質(zhì)的信號(hào)越來(lái)越低，而抗磁性物質(zhì)的信號(hào)不變，以此實(shí)現(xiàn)磁敏感加權(quán)。在分析經(jīng)典SWI序列信號(hào)時(shí)需要理解每組圖像之間的聯(lián)系與區(qū)別，才能區(qū)分出每一組圖像更適合的臨床使用場(chǎng)景。

圖1 經(jīng)典SWI不同圖像對(duì)比

1.2 其他方式的磁敏感加權(quán)成像 經(jīng)典SWI存在一定的專(zhuān)利限制，無(wú)法直接復(fù)制到其他廠商的成像設(shè)備上進(jìn)行成像，所以不同廠商各自開(kāi)發(fā)了基于不同成像原理的SWI技術(shù)，其對(duì)應(yīng)的商品序列名稱(chēng)也不同。如采用多回波融合的SWAN，通過(guò)多回波融合獲得更長(zhǎng)的TE從而獲得更明顯的T2*對(duì)比，以此突出組織間的磁化率差異（圖2）。再如FSBB，在三維梯度回波序列基礎(chǔ)上結(jié)合一個(gè)較弱的擴(kuò)散梯度達(dá)到黑血效果，以便于靜脈血管的顯示，通過(guò)TE的選擇該序列也可用于磁敏感對(duì)比成像。因?yàn)椴煌瑥S商實(shí)現(xiàn)SWI的具體方案不同，給使用者帶來(lái)一定理解和應(yīng)用上的困難，也給使用者提出了更高的要求，深入理解SWI的相關(guān)原理，對(duì)于參數(shù)優(yōu)化具有重要意義。

1.3 相位圖與相位圖判讀 盡管不同設(shè)備廠商實(shí)現(xiàn)SWI的具體實(shí)施方案和序列各有差異，但大多數(shù)廠商在提供磁敏感加權(quán)對(duì)比圖像時(shí)都會(huì)提供相應(yīng)的相位信息圖。SWI提供的相位信息圖是對(duì)原始相位圖進(jìn)行高通濾過(guò)所獲得的校正相位圖，有助于鑒別出血和鈣化，因?yàn)槎咴赟WI中都表現(xiàn)為低信號(hào)，校正相位圖可以區(qū)分二者的磁化屬性。出血性病變含有順磁性物質(zhì)，而鈣化為抗磁性物質(zhì)，二者在相位圖上呈現(xiàn)不同的信號(hào)表達(dá)。解讀相位圖信號(hào)需要注意的是，不同設(shè)備廠商成像設(shè)備的相位圖因?yàn)椴捎昧瞬煌穆菪▌t，出血和鈣化在相位圖像中的信號(hào)表現(xiàn)也不同。出血在該設(shè)備相位圖上表現(xiàn)為高信號(hào)，鈣化表現(xiàn)為低信號(hào)；而在其他廠商設(shè)備上可能剛好相反，即出血為低信號(hào)而鈣化為高信號(hào)（圖3）。如果對(duì)此難以記憶，可以通過(guò)對(duì)比觀察病變和靜脈血在相位圖上的表現(xiàn)加以判斷，如果二者信號(hào)一致提示為出血類(lèi)病變，如果二者信號(hào)相反則提示為鈣化類(lèi)病變。

圖3 相位圖在出血和鈣化診斷中的對(duì)比

1.4 磁敏感加權(quán)成像不同圖像的綜合判讀 經(jīng)典SWI可以提供幅值圖、相位圖、SWI圖及minIP圖；基于不同成像原理的其他SWI也會(huì)提供幅值圖、相位圖和minIP圖。與經(jīng)典SWI相比，其他廠商將SWI原始圖中的幅值圖通過(guò)特定的技術(shù)處理可提供更為明顯的磁敏感對(duì)比。對(duì)于SWI所提供的這些不同種類(lèi)的圖像，使用者需要理解每一組圖像的信號(hào)特點(diǎn)，以便于在不同臨床場(chǎng)景選擇更適宜的圖像進(jìn)行解讀。以經(jīng)典SWI為例，雖然幅值圖的磁敏感差異相比于SWI圖更弱，但其對(duì)病變具體形態(tài)輪廓的顯示更有優(yōu)勢(shì)；雖然SWI經(jīng)過(guò)相位蒙片相乘后更能突出磁敏感對(duì)比，但其對(duì)于病灶的顯示也具有夸大的效果，從而難以判斷病灶的具體形態(tài)輪廓；minIP圖能夠更宏觀地顯示病變的全貌，但其不利于顯示病變的細(xì)節(jié)（圖4、圖5）。在對(duì)SWI進(jìn)行信號(hào)解讀時(shí)需要根據(jù)不同的疾病選擇適當(dāng)?shù)膱D像進(jìn)行對(duì)比觀察來(lái)滿足診斷的需求，從而給出更綜合的判斷。

圖4 SWI不同圖像對(duì)靜脈竇血栓的顯示效果對(duì)比

圖5 SWI不同圖像對(duì)靜脈畸形的顯示效果對(duì)比

2 磁敏感加權(quán)成像在缺血性卒中中的應(yīng)用

SWI最初的開(kāi)發(fā)目的是用于靜脈系統(tǒng)血管成像，但在實(shí)際臨床應(yīng)用中卻發(fā)揮著更廣泛的臨床作用，特別是在卒中的診斷和療效評(píng)估方面，SWI有著特別重要的臨床應(yīng)用價(jià)值，下文重點(diǎn)討論SWI在缺血性卒中中的實(shí)際應(yīng)用。

2.1 卒中預(yù)防與基礎(chǔ)血管病變?cè)u(píng)估 對(duì)于存在缺血性卒中風(fēng)險(xiǎn)的高危人群，正確的預(yù)防措施是非常必要的。缺血性卒中的某些高危因素可能同時(shí)也是出血性卒中的高危因素，如長(zhǎng)期高血壓既可能導(dǎo)致腦部血管粥樣硬化或斑塊形成從而導(dǎo)致缺血性卒中，也可能導(dǎo)致小血管損傷從而導(dǎo)致血管破裂出血。在進(jìn)行卒中預(yù)防過(guò)程中準(zhǔn)確地評(píng)估慢性疾病所導(dǎo)致的基礎(chǔ)血管病變對(duì)于正確選擇預(yù)防措施極為重要。SWI可以敏感地顯示微出血病變[3]，因此更適用于基礎(chǔ)血管病變?cè)u(píng)估（圖6）。

圖6 SWI評(píng)估基礎(chǔ)血管病變的圖像對(duì)比

2.2 大血管狹窄后代償評(píng)估 發(fā)生大血管狹窄后機(jī)體會(huì)有一定的代償機(jī)制，如側(cè)支循環(huán)的建立。當(dāng)機(jī)體有足夠的側(cè)支代償時(shí)，狹窄大血管相應(yīng)的供血流域沒(méi)有明顯的缺血性表現(xiàn)；而當(dāng)機(jī)體不能建立起足夠的側(cè)支循環(huán)時(shí)，相應(yīng)供血流域就會(huì)處于相對(duì)缺血的狀態(tài)。機(jī)體為了滿足自身對(duì)氧的需求量，相應(yīng)供血流域組織就會(huì)提高對(duì)該區(qū)域血液中氧的攝取能力，致使該區(qū)域回流的靜脈血液中脫氧血紅蛋白濃度升高。此時(shí)進(jìn)行SWI，可見(jiàn)靜脈顯示明顯增多[4]（圖7）。同理，如果SWI發(fā)現(xiàn)供血流域內(nèi)靜脈顯示增多，提示大血管狹窄已進(jìn)入組織代償階段，也是代償不良的一個(gè)征象。

圖7 SWI評(píng)估大血管狹窄后側(cè)支循環(huán)代償水平的圖像對(duì)比

2.3 更準(zhǔn)確地反映大血管閉塞后缺血范圍 大血管閉塞后相應(yīng)供血流域會(huì)發(fā)生不同程度的缺血改變，此時(shí)可以通過(guò)SWI中顯示靜脈增多的范圍來(lái)判斷缺血范圍。雖然通過(guò)灌注成像可以更準(zhǔn)確地評(píng)估缺血范圍，但在缺乏灌注成像條件時(shí)SWI圖像也能提供有價(jià)值的信息[5]（圖8）。這可以為遠(yuǎn)期不良事件的評(píng)估和進(jìn)一步治療提供有價(jià)值的影像學(xué)依據(jù)。

圖8 SWI精確反映大血管閉塞后缺血范圍的圖像對(duì)比

2.4 敏感評(píng)估出血轉(zhuǎn)化 缺血性卒中同時(shí)涉及神經(jīng)系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)兩個(gè)系統(tǒng)的病理改變，二者之間相互作用、影響會(huì)導(dǎo)致病變進(jìn)展呈螺旋式惡化。缺血區(qū)域的腦組織因?yàn)槿毖⑷毖鯇?dǎo)致神經(jīng)組織壞死的同時(shí)還會(huì)分泌一些毒性因子，使相應(yīng)區(qū)域小血管也因此發(fā)生平滑肌受損以及毛細(xì)血管床破壞改變。在臨床治療過(guò)程中病變區(qū)域可伴有閉塞血管的再通或側(cè)支循環(huán)的建立，使缺血區(qū)域的血供得到一定程度的恢復(fù)。但由于小動(dòng)脈平滑肌麻痹而喪失血流調(diào)節(jié)功能，宏觀血流的再通有可能導(dǎo)致微循環(huán)水平的過(guò)度灌注，加之微血管床的損傷，將增加出血轉(zhuǎn)化的風(fēng)險(xiǎn)。缺血性卒中一旦發(fā)生出血轉(zhuǎn)化，其致死率、致殘率都會(huì)明顯增加。不同分期的出血轉(zhuǎn)化出血程度和臨床表現(xiàn)不同。及早發(fā)現(xiàn)出血轉(zhuǎn)化可以指導(dǎo)臨床醫(yī)師及時(shí)調(diào)整治療方案，有效預(yù)防出血轉(zhuǎn)化導(dǎo)致的病情進(jìn)一步惡化。但早期的出血轉(zhuǎn)化僅表現(xiàn)為滲血改變，即腦實(shí)質(zhì)內(nèi)還未形成明顯片狀出血灶，此時(shí)CT及普通MRI等影像學(xué)檢查并不能敏感地發(fā)現(xiàn)出血灶，SWI則對(duì)于這類(lèi)滲出性出血改變非常敏感，可以及早發(fā)現(xiàn)出血轉(zhuǎn)化的存在（圖9），提示臨床不宜進(jìn)行溶栓治療。

圖9 SWI顯示梗死灶內(nèi)出血轉(zhuǎn)化及血管內(nèi)血栓形成的圖像對(duì)比

3 討論

一項(xiàng)檢查技術(shù)在臨床應(yīng)用中的價(jià)值有多大，很多時(shí)候取決于影像科醫(yī)師對(duì)該技術(shù)的理解有多深。SWI作為一種特殊對(duì)比度成像技術(shù)在臨床中的應(yīng)用日益普及，其可用于明確靜脈血管畸形，也可用于顱內(nèi)腫瘤病變血供評(píng)估等，在卒中（包括出血性卒中、缺血性卒中）中也具有特別重要的診斷和鑒別診斷價(jià)值[6]。深度理解每項(xiàng)技術(shù)背后的原理，深度解讀每幅圖像表達(dá)的信號(hào)特點(diǎn)，是影像科醫(yī)師為臨床提供精準(zhǔn)治療影像學(xué)依據(jù)的重要前提。