山東省淄博市中心醫(yī)院（淄博 255036）

常規(guī)的MRI 檢查序列及MRA 對(duì)較大和快流速血管結(jié)構(gòu)的顯示較為敏感和準(zhǔn)確，而對(duì)慢流速和纖細(xì)血管結(jié)構(gòu)的顯示，其應(yīng)用就受到很大限制。X 線腦血管造影檢查雖為腦血管畸形診斷的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但也不能發(fā)現(xiàn)某些隱匿性血管畸形，如海綿狀血管瘤、毛細(xì)血管擴(kuò)張癥、血栓化的靜脈畸形及血栓化的動(dòng)靜脈畸形等，從而導(dǎo)致誤診或漏診。近年來(lái)，磁敏感加權(quán)成像（SWI）技術(shù)逐漸應(yīng)用于臨床，并顯示出對(duì)緩慢血流的靜脈性血管、微出血以及鐵等順磁性物質(zhì)的診斷的獨(dú)特效果。

磁敏感加權(quán)成像（susceptibility weighted imaging，SWI）是一個(gè)較新發(fā)展起來(lái)的成像技術(shù)。SWI 是一個(gè)三維采集、完全流動(dòng)補(bǔ)償?shù)?、高分辨力的、薄層重建的梯度回波序列，它所形成的影像?duì)比有別于傳統(tǒng)的T1 加權(quán)像、T2 加權(quán)像及質(zhì)子加權(quán)像，可充分顯示組織之間內(nèi)在的磁敏感特性的差別，如顯示靜脈血、出血（紅細(xì)胞不同時(shí)期的降解成分）、鐵離子等的沉積等。目前主要應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)。

1.基本原理

與傳統(tǒng)的梯度回波采集技術(shù)不同，SWI 運(yùn)用了分別采集強(qiáng)度數(shù)據(jù)（magnitude data）和相位數(shù)據(jù)（phase data）的方式，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理，可將后處理的相位信息疊加到強(qiáng)度信息上，更加強(qiáng)調(diào)組織間的磁敏感性差異，形成最終的SWI 圖像。

1.1 與SWI 相關(guān)的組織磁敏感性特點(diǎn)

物質(zhì)的磁敏感性是物體的基本特征之一，可用磁化率表示，磁化率越大，物質(zhì)的磁敏感性越大。某種物質(zhì)的磁敏感率是指該物質(zhì)進(jìn)入外磁場(chǎng)后的磁化強(qiáng)度與外磁場(chǎng)的比率。反磁性物質(zhì)的磁敏感率為負(fù)值，但一般較低，鐵磁性物質(zhì)的磁化率為正值，比較高。

（1）血紅蛋白及其降解產(chǎn)物的磁敏感性：血液以其氧合程度的不同，表現(xiàn)出不同的磁特性，完全氧飽和的血液呈反磁性，而靜脈血呈順磁性，這與血紅蛋白的結(jié)構(gòu)有關(guān)。血紅蛋白是血氧的主要攜帶者，由四個(gè)蛋白亞單位（球蛋白）組成，每一個(gè)蛋白亞單位內(nèi)含一個(gè)亞鐵（Fe2+）血紅素分子，周圍環(huán)以卟啉環(huán)。當(dāng)Fe2+與氧結(jié)合時(shí)，沒(méi)有成對(duì)的電子存在，因此氧合血紅蛋白為反磁性；當(dāng)氧從血紅蛋白上解離形成去氧血紅蛋白（deoxyhemoglobin）時(shí)，其分子構(gòu)象發(fā)生變化，周圍的水分子無(wú)法接近亞鐵原子，因此去氧血紅蛋白帶4 個(gè)不成對(duì)的電子，表現(xiàn)為順磁性；血紅蛋白的第三種狀態(tài)是正鐵血紅蛋白（methemoglobin），為去氧血紅蛋白進(jìn)一步氧化成Fe3+時(shí)形成的，含5 個(gè)不成對(duì)的電子，正鐵血紅蛋白構(gòu)象進(jìn)一步變化，水分子可以與血紅素的鐵原子相互作用，形成蛋白-電子雙偶極子-雙偶極子作用，正鐵血紅蛋白具有極強(qiáng)的順磁性，其磁敏感性較弱，主要縮短T1 弛豫時(shí)間，在T1 加權(quán)像上顯示明顯；血紅蛋白降解的最終產(chǎn)物是含鐵血黃色素（hemosiderin），具有高度順磁性。在血紅蛋白的四種狀態(tài)中，以去氧血紅蛋白和含鐵血黃色素表現(xiàn)的磁敏感性較強(qiáng)。

(2)非血紅蛋白鐵及鈣化的磁敏感性：組織中另一個(gè)能引起明顯磁敏感性改變來(lái)源是非血紅素鐵。鐵在體內(nèi)不同代謝過(guò)程中可以有不同的表現(xiàn)形式，以鐵蛋白（ferritin）常見(jiàn)，為高順磁性。正常人隨年齡的增長(zhǎng)，鐵在腦內(nèi)的沉積增加，但在某些神經(jīng)變性疾病中，如帕金森病、亨廷頓病及阿爾茨海默病等，鐵的異常沉積被認(rèn)為與疾病的病理機(jī)制有關(guān)。

無(wú)論是順磁性還是反磁性的物質(zhì)，只要能改變局部磁場(chǎng)，導(dǎo)致周圍空間相位的改變，就能產(chǎn)生信號(hào)的去相位，造成T2*減小。去相位的結(jié)果不取決于物質(zhì)是順磁性還是反磁性，而取決于物質(zhì)在一個(gè)體素內(nèi)能多大程度地改變磁場(chǎng)。如鈣在腦內(nèi)的結(jié)合狀態(tài)是弱反磁性物質(zhì)，但大多數(shù)情況下它可以產(chǎn)生局部磁場(chǎng)，導(dǎo)致信號(hào)去相位，造成T2*縮短，信號(hào)減低。

（3）SWI 的影像對(duì)比：文獻(xiàn)報(bào)道在吸入空氣、純氧及碳合氣（95%O2，5%CO2）時(shí)，SWI 上小血管與周圍組織結(jié)構(gòu)之間的影像對(duì)比明顯不同。吸入碳合氣時(shí)，腦血管擴(kuò)張，血液灌注增加，因此增加了靜脈血的氧合程度，去氧血紅蛋白量相對(duì)減少，因此其所造成的血管內(nèi)外之間的相位位移（phase shift）變小，在SWI 上顯示小靜脈與周圍結(jié)構(gòu)之間的對(duì)比明顯下降，小血管顯示不清，而非血紅素鐵在基底節(jié)的沉積，與外源性對(duì)比無(wú)關(guān)，信號(hào)強(qiáng)度沒(méi)有明顯變化；吸入純氧時(shí)導(dǎo)致腦血管收縮，血流灌注減少，靜脈血中的去氧血紅蛋白略有減少，SWI 上顯示的靜脈與周圍血液結(jié)構(gòu)之間的對(duì)比略有下降，與吸入空氣時(shí)的SWI 影像對(duì)比相似。該研究表明SWI 上小血管與周圍組織間的影像對(duì)比主要與血中去氧血紅蛋白的含量明顯相關(guān)，去氧血紅蛋白含量越高，血氧水平越低，相位變化越大，影像對(duì)比越好。這說(shuō)明SWI主要反映組織間敏感性的差異。

順磁性去氧化靜脈血導(dǎo)致磁場(chǎng)不均勻的原因主要有兩條：①縮短血液的T2*；② 增加血管與周圍結(jié)構(gòu)的相位變化。這兩個(gè)效應(yīng)共同形成血氧水平依賴（blood oxygen level dependent，BOLD）成像的基礎(chǔ)。研究表明SWI 的影像對(duì)比主要是反應(yīng)小血管中的BOLD 效應(yīng)，而受腦血流變化的影響較小。因此學(xué)者認(rèn)為SWI 可應(yīng)用于反應(yīng)腦功能定位的fMRI 研究中，可以提高BOLD 效應(yīng)的顯示。

1.2 SWI 序列的采集處理及參數(shù)設(shè)置

SWI 采用三維采集，空間分辨率明顯提高；選擇薄層采集，明顯降低背景場(chǎng)T2*的噪聲影響；在所有方向上進(jìn)行了完全的流動(dòng)補(bǔ)償，去除小動(dòng)脈的影響。在采集原始數(shù)據(jù)時(shí)，將強(qiáng)度的數(shù)據(jù)與相位的數(shù)據(jù)分開(kāi)重新排列，采集結(jié)束時(shí)可得到兩組圖像，即強(qiáng)度圖像和相位圖像。此后可在工作站上進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理，對(duì)相位數(shù)據(jù)進(jìn)行高通（Highpass）濾波，中心矩陣常選64×64，或32×32，形成校正后的相位圖像，用校正后的相位圖像作為相位加權(quán)因子，也稱為相位蒙片（phase mask），疊加在強(qiáng)度數(shù)據(jù)上（如進(jìn)行4 次加權(quán)），形成最終的SWI 圖像，更加強(qiáng)調(diào)組織間的磁敏感性差異。

外磁場(chǎng)越大，磁化率偽影越重，同樣SWI所形成的對(duì)比也是場(chǎng)強(qiáng)依賴性的。目前SWI 可在1.5T 及3.0T 的磁共振系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。3.0T 上獲得的SWI 的對(duì)比好于1.5T。由于外磁場(chǎng)的不同，SWI 在1.5T 與3.0T 上所選用的成像參數(shù)有所不同。在1.5T 成像系統(tǒng)上，為強(qiáng)調(diào)組織間的T2*對(duì)比，TE 要選擇到30～50ms，而在3.0T 上，由于其信噪比和磁敏感效應(yīng)的增強(qiáng)，TE 時(shí)間可以縮短到10～20ms，這樣采集時(shí)間可以縮短，圖像的信噪比也會(huì)提高。SWI 本質(zhì)上還是梯度回波系列，其TR 及TE 值的選擇會(huì)影響最終影像的T1 或T2 權(quán)重。選擇短TE 時(shí)，會(huì)有組織的T1 對(duì)比參與形成影像的對(duì)比，如腦脊液信號(hào)降低，但圖像的信噪比較好，成像時(shí)間也相應(yīng)較短；而選擇相對(duì)長(zhǎng)的TE 時(shí)，影像的T2*對(duì)比好，腦脊液信號(hào)及軟化灶的信號(hào)升高，影像更好地反映組織間的磁敏感性差異，但采集時(shí)間延長(zhǎng)，且易受運(yùn)動(dòng)影響，信噪比降低。因此，需要根據(jù)不同的成像目的具體調(diào)整成像參數(shù)。

2.腦SWI技術(shù)選擇的注意事項(xiàng)

（1）設(shè)備的選擇

目前臨床上SWI 只能在1.5T 及其以上場(chǎng)強(qiáng)的磁共振設(shè)備上實(shí)現(xiàn)，且需要有特殊的軟件支持，包括序列的設(shè)計(jì)和后處理軟件。

（2）線圈的選擇

正交頭線圈及多通道相陣線圈均可用于SWI，相應(yīng)的處理算法有所不同。與正交頭線圈采集相比，采集相同厚度及范圍的SWI，多通道相控振線圈獲得的數(shù)據(jù)量大，圖像后處理所需要時(shí)間長(zhǎng)。

（3）受檢者的情況

與常規(guī)頭部MRI 檢查要求一致，患者在成像過(guò)程中要保持頭部不動(dòng)。

（4）成像方位與相位編碼方向

采用橫斷面采集，可選擇矩形FOV 或正方形FOV。相位編碼方向一般選擇左右方向。由于SWI 為三維采集，可以進(jìn)行最小密度投影（minimum intensity projection，MIP）重建以顯示腦部整體的小靜脈情況。

（5）層厚及范圍的選擇

在神經(jīng)核團(tuán)的結(jié)構(gòu)觀察上，應(yīng)首先考慮更好的空間分辨力，可選擇更薄的層厚（如選擇1～1.5mm 層厚），其他病變的檢出均應(yīng)更多地考慮充分的覆蓋范圍，因此在層厚及采集時(shí)間上需要具體做權(quán)衡選擇（可選擇2.5～3mm 層厚）。

（6）高場(chǎng)的圖像質(zhì)量通常比低場(chǎng)好，是由于信噪比（SNR）提高了。場(chǎng)強(qiáng)越高，信噪比越高，結(jié)果越理想，在一定時(shí)間內(nèi)層厚覆蓋的掃描范圍越大。另一方面，我們可以犧牲一部分信噪比來(lái)獲取更高的分辨率。

3.SWI的臨床應(yīng)用研究

SWI 對(duì)顯示靜脈、出血產(chǎn)物和鐵沉積高度敏感。初步臨床應(yīng)用已顯示在血管畸形、外傷、腫瘤、血管性疾病、神經(jīng)變性疾病以及與鐵沉積有關(guān)的疾病等方面的應(yīng)用潛力。

（1）腦創(chuàng)傷

SWI 可較好地顯示彌漫性軸索損傷（DAI）伴發(fā)的小血管出血，SWI 對(duì)灰白質(zhì)交界處的出血極其敏感。

（2）小血管畸形

對(duì)毛細(xì)血管擴(kuò)張癥、靜脈瘤、海綿狀血管瘤及腦三叉神經(jīng)血管瘤?。ㄋ固仄?韋伯綜合征）等病變的檢出明顯優(yōu)于常規(guī)MRI 序列。

（3）腦血管病

SWI 可以更好地顯示腦梗死伴發(fā)的出血及梗死區(qū)域小靜脈的情況，對(duì)臨床上無(wú)癥狀的多發(fā)小灶性腦出血的檢出很有意義。

（4）退行性神經(jīng)變性病

一些退行性神經(jīng)病變?cè)诓±砩媳憩F(xiàn)為某些神經(jīng)核團(tuán)中鐵的異常增加，如亨廷頓病、帕金森病、多系統(tǒng)萎縮、阿爾茨海默病、肌萎縮側(cè)索硬化以及某些血液系統(tǒng)疾病等均可造成腦內(nèi)鐵的異常沉積。SWI 為檢測(cè)腦內(nèi)礦物質(zhì)沉積的敏感方法。

（5）腦腫瘤

磁敏感加權(quán)成像（SWI）為改善腫瘤對(duì)比、提高對(duì)腫瘤出血的發(fā)現(xiàn)。對(duì)于腫瘤的定性，部分依賴于對(duì)病灶的血管性行為的，可以從血管增生和微出血兩個(gè)角度來(lái)觀察。侵襲性腫瘤有血管增長(zhǎng)迅速、多發(fā)微出血的傾向。因此，提高發(fā)現(xiàn)這些改變的能力能夠有助于更好地評(píng)估腫瘤的性質(zhì)。由于靜脈血和出血產(chǎn)物的磁敏感性與正常組織不同，SWI 對(duì)發(fā)現(xiàn)該類物質(zhì)的敏感性提高了，SWI能更好地顯示腫瘤的邊界和發(fā)現(xiàn)腫瘤出血。

（6）區(qū)分鈣化與靜脈

不論是在CT 還是MRI 上，鈣化與血很難區(qū)分。在SWI，鈣的相位與出血或靜脈的相位相反。在SWI 相位圖上，腫瘤區(qū)內(nèi)的暗點(diǎn)認(rèn)為是鈣化，與此相反，相位圖上的亮信號(hào)則認(rèn)為是靜脈。

（7）基底節(jié)的礦物質(zhì)、鐵和出血

用來(lái)評(píng)估基底節(jié)的礦物質(zhì)沉積的標(biāo)準(zhǔn)方法一直是CT?，F(xiàn)在SWI 提供了更敏感的方法來(lái)檢查這些區(qū)域的鐵和鈣的異常。

（8）多發(fā)性硬化

多發(fā)性硬化（multiple sclerosis ，MS）通常用FLAIR 和增強(qiáng)后T1 來(lái)觀察。SWI 不僅發(fā)現(xiàn)了某些病灶有靜脈與之相連，同時(shí)還顯示了某些病灶有鐵沉積。

此外，SWI 還用于血管性癡呆和淀粉樣腦血管病(CAA)鑒別診斷等方面。

4.SWI的發(fā)展方向

到目前為止，SWI 主要應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)成像，一些與鐵有關(guān)的假設(shè)，仍有待動(dòng)物模型的證實(shí)和大規(guī)模的縱向研究。技術(shù)發(fā)展如產(chǎn)生磁化率分布圖是一個(gè)特別令人激動(dòng)的方向，這將使SWI 對(duì)脊髓成像成為可能。其他一些正在發(fā)展的應(yīng)用包括軟骨成像、動(dòng)脈粥樣硬化斑塊成像、乳腺成像和肝臟的血色素沉著癥成像。隨著不斷的研究探索，SWI 的應(yīng)用將會(huì)更廣。

[1]楊正漢 馮逢 王霄英，磁共振成像技術(shù)指南，北京：人民軍醫(yī)出版社，2007.6

[2]王麗娟（綜述）劉玉波（綜述）王光彬（審校）《磁共振成像》2010年 第3 期

[3]田欣，宦怡，葛雅麗，等.磁敏感加權(quán)成像在腦部病變?cè)\斷中的應(yīng)用.實(shí)用放射學(xué)雜志，2008，24(6)：731-733.