综述
磁敏感加权成像在脑静脉及其相关疾病中应用的研究进展
中华解剖与临床杂志, 2018,23(4) : 361-364. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-7041.2018.04.020
摘要
目的

探讨磁敏感加权成像在脑静脉及其相关疾病中应用的研究进展。

方法

在中国知网、万方数据和PubMed、Web of Science等数据库,以"磁敏感加权成像""脑静脉""血管畸形""缺血性卒中"和"susceptibility weighted imaging""cerebral veins""vascular malformation""ischemic stroke"为关键词,查阅2017年12月之前发表的有关磁敏感加权成像对脑静脉及其相关疾病研究的文献,进行归纳总结。

结果

磁敏感加权成像技术是根据不同组织间的磁敏感性差异产生图像对比的MRI技术。磁敏感加权成像技术可良好地显示脑静脉内血栓和脑静脉性血管畸形;对脑内出血检测的灵敏度高,特别是对脑微出血点检测的灵敏度明显高于CT以及MRI常规序列;可清楚显示多发性硬化及急性缺血性卒中患者的脑皮质、髓质静脉改变,有助于多发性硬化与急性缺血性卒中的诊断和鉴别诊断,并可以预测急性缺血性卒中患者的进展和预后。

结论

磁敏感加权成像技术可良好显示脑静脉及其相关疾病的影像学改变,但其与疾病的诊疗、预后等关系仍需进一步探讨研究。

引用本文: 张小芬, 陈争珍, 郭玉, 等.  磁敏感加权成像在脑静脉及其相关疾病中应用的研究进展 [J] . 中华解剖与临床杂志, 2018, 23(4) : 361-364. DOI: 10.3760/cma.j.issn.2095-7041.2018.04.020.
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磁敏感加权成像(susceptibility weighted imaging, SWI )于1997年由美国人Reichenbach等发明,并于2002年在美国获得专利权[1]。SWI是一种采用完全流动补偿、高分辨率、3D薄层采集的MRI新技术,其利用组织间磁敏感差异、通过相位后处理突出显示血液中的顺磁性物质,例如去氧血红蛋白、细胞内的高铁血红蛋白、血铁质等。因此,SWI对显示静脉结构、血液代谢产物、铁质沉积等十分敏感,尤其在脑血管病、脑外伤、脑肿瘤、神经变性病等中枢神经系统病变的诊断中有广泛的应用价值[2]。目前,脑静脉及其相关疾病的影像学检查方法主要包括MRI各序列以及CT。本文以"磁敏感加权成像""脑静脉""血管畸形""缺血性卒中"和"susceptibility weighted imaging""cerebral veins""vascular malformation""ischemic stroke"作为关键词,在中国知网、万方数据、PubMed、Web of Science等数据库检索2017年12月之前发表的有关SWI对脑静脉及其相关疾病研究的相关文献,重点纳入近5年文献。共查阅文献1 581篇,删除1 549篇,最终纳入32篇(图1)。本文重点讨论SWI基本原理及其在脑静脉相关疾病诊断中的应用,为脑静脉相关疾病的影像学诊断提供更为简便有效的依据。

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1 SWI基本原理

SWI根据不同组织间的磁敏感性差异产生图像对比的MRI技术。它可以应用于所有对不同组织间或亚体素间磁化效应敏感的序列,但是为了凸显其表现在细小静脉及小出血方面的能力,SWI以T2*加权梯度回波序列作为序列基础[3]。SWI以一种可进行3D采集、完全流动补偿、高分辨率薄层重建梯度回波成像序作为基础,体内含铁的各种蛋白产物,特别是脱氧血红蛋白作为其主要信息源。血红蛋白的蛋白亚基(珠蛋白)包含一个Fe2+,当血红蛋白中的Fe2+与氧结合时,形成的氧合血红蛋白没有未成对电子,呈反磁性;当氧与Fe2+分离形成脱氧血红蛋白时,脱氧血红蛋白有未成对电子,呈顺磁性。无论是顺磁性还是反磁性物质,只要造成局部磁场的变化引起质子失相位,都可以被SWI检测到,并在图像上显示出来。静脉成像依赖于血管内脱氧血红蛋白引起磁场的不均匀性导致的T2*时间缩短和血管与周围组织的相位差加大两种效应:第一个效应是指含脱氧血红蛋白的红细胞与血浆之间的容积磁化率差别,使动、静脉的T2*时间差异加大,脱氧血红蛋白成为一种内源性对比剂使静脉显影,完全排除了动脉的干扰;第二种效应为静脉内容积磁化率引起血管内质子的频移,使静脉血与周围组织之间形成相位差,从而减少部分容积效应的影响,良好显示细小静脉。

2 SWI在脑静脉及其相关疾病中的应用
2.1 脑静脉/静脉窦血栓

国内学者贺丹等[4]发现,急性期和慢性期静脉窦血栓在SWI序列呈现低信号,而亚急性期血栓呈等信号或高信号的特点,这与亚急性期血栓主要成分为正铁血红蛋白有关;同时,通过比较不同序列MRI对不同时期脑静脉窦血栓形成的敏感性发现,SWI序列对急性期和慢性期静脉窦血栓的检出率高于T1WI和T2WI序列,对亚急性静脉窦血栓的检出率低于T1WI和T2WI序列,另外相位值测定能够为脑静脉窦血栓的诊断提供客观的量化标准。国外学者Idbaih等[3]对39例患者的114次MR检查进行回顾性研究,结果表明SWI和常规自旋回波T1WI在发生血栓的第1~3天显示静脉窦和静脉内血栓的敏感性分别为90%和71%,显著高于T2WI、翻转恢复的水衰减(fluid-attenuated inversion recovery, FLAIR)及DWI,并且SWI在发病第1周之内的显示敏感度比较稳定。SWI显示皮质静脉血栓的敏感度明显高于常规MRI和MR静脉成像(magnetic resonance venography, MRV),而且可以确定静脉性缺血性脑卒中伴发的出血。瞿慧君等[5]对32例患者MR检查发现SWI对脑静脉窦血栓患者皮层静脉、穿髓静脉及引流静脉的显示优于其他MRI方法,且可检出静脉梗死后微小出血灶。总而言之,SWI对脑静脉/静脉窦血栓形成的诊断具有重要价值,可作为MR常规序列的重要补充。

2.2 脑静脉性血管畸形

脑静脉性血管畸形也称脑静脉瘤或脑发育性静脉异常,是先天性局部脑引流静脉的异常扩张,其外形异常,但生理功能上仍然为引流静脉[6]。常规的MR检查方法很难检测出静脉血管畸形,即使使用对比剂也很难发现。这类畸形血管的血流比较缓慢,而SWI信号不会受到静脉慢血流的影响,对于探测静脉畸形高度敏感,容易发现细小病灶。很多研究表明,SWI较常规MR检查方法能更清晰和精确地显示脑静脉畸形的影像特征,能够清晰地显示所有扩张的髓静脉以及粗大的引流静脉呈现典型的"水母头"状,可作为脑静脉畸形MR检查的首选序列以及用于脑静脉血管瘤的随访[7]。郭建东等[8]通过收集36例缺氧缺血性脑病新生儿的3.0 T SWI影像,发现22例患儿可检出很多异常扩张的脑深部静脉及皮质静脉,而常规MRI序列未见明确显示。同时SWI检出颅内出血数量最多,明显优于T1WI、T2WI、FLAIR等序列,说明SWI在检测异常扩张的脑静脉及颅内出血方面具有明显优势,可为早期诊断新生儿缺氧缺血性脑病提供参考依据。SWI也有其不足之处,如小静脉与小出血灶或静脉血栓的信号相似,难以做出鉴别诊断。只有进行对比剂增强扫描,通过增强前后图像对比或者分析相位图像(在SWI相位图上,暗信号认为是钙化,亮信号则认为是静脉),对小静脉与小出血灶或静脉血栓做出鉴别诊断。

2.3 脑出血

SWI序列的另一个优势是对出血的高度敏感,即使是微量的出血灶也可以在SWI上检测出来,表现为圆形低信号影。白敏等[9]对210例出血性脑卒中的患者行常规MR序列和SWI扫描,对比分析两者对于出血的显示情况,发现常规序列显示出血率为34.3%,而SWI清晰显示出血率为100.0%,并且SWI比常规序列显示的出血范围大。贺丹等[10]通过回顾性分析18例脑静脉血栓合并静脉性出血性梗死患者的影像学资料,并与病变部位类似的12例单纯性脑出血和8例脑肿瘤伴出血比较,发现出血性病变部位呈现斑片状低信号,且SWI能够通过显示病灶邻近皮层扩张的皮层静脉的特殊征象,提高对静脉缺血性脑卒中出血性转化诊断率,具有较高的诊断价值。有特别临床意义的是SWI能发现微量出血。T2*WI序列已经被证明在出血的检测中比CT更敏感和更早发现病变。而SWI对磁场的不均匀性十分敏感,所以可检测到梗死范围内非常小的出血,比T2*WI序列更加敏感,可发现常规MR序列不易显示的出血灶以及早期的出血[11]。国外学者Ha等[12]通过光化学法引发的大鼠缺血性脑卒中模型研究发现,SWI序列比T2*WI、T2WI序列对超顺磁性氧化铁颗粒更敏感。Cheng等[13]也提出同样观点,并认为SWI可作为脑微出血点检测技术的优先选用序列。另外,还有研究报道可用SWI对大面积脑梗死进行检测,有利于及时准确发现缺血性脑卒中出血性转化的患者,及时指导临床治疗方案的调整,有效降低患者病死及致残率[14]

2.4 多发性硬化

多发性硬化是中枢神经系统最常见的一种慢性炎性脱髓鞘疾病,发病机制并不清楚,并且常有静脉受累,常规MRI难以发现脑内深部静脉的异常。曾春等[15]通过探讨SWI在检查多发性硬化患者大脑内静脉及属支和深部髓静脉改变中的价值发现:(1)活动期多发性硬化患者脑内静脉。病程小于0.5年者大脑内静脉及其属支内信号均匀、管腔连续、管壁光滑;但病程大于0.5年者脑内静脉及其属支内信号欠均匀、管腔欠光滑或不连续、管壁欠光滑或粗细不均、血管连续性中断等。大部分患者深部髓静脉表现为数量减少、变细变短甚至不显影,病程越长的患者越明显。(2)稳定期多发性硬化患者大脑内静脉及其属支评分降低,深部髓静脉表现为数量明显减少,显影浅淡、纤细、短小。亓敏等[16]通过比较多发性硬化、缺血性脑卒中患者及正常对照组感兴趣区的相位值探讨SWI诊断多发性硬化的价值,发现多发性硬化组与缺血性脑卒中组之间感兴趣区相位值比较差异有统计学意义,并且通过SWI可发现部分病灶内有静脉穿行,而缺血性脑卒中患者病灶内无明显类似表现,基于以上结果说明SWI有助于提高对活体多发性硬化与缺血性脑卒中病灶特征的认识,可作为二者鉴别诊断的定量补充。国外也有研究提出,通过SWI观察多发性硬化患者病灶内中央静脉的显示情况对于其诊断具有显著意义,其敏感度和特异度分别为84%和89%[17]。最新一项研究[18]利用纵向7.0 T MRI发现,对多发性硬化患者的血管内静脉,在新发现和建立的多发性硬化斑块中,静脉容积显著增加,而在已建立的斑块中静脉容积显示出随时间减少的趋势。

2.5 急性缺血性卒中

急性缺血性卒中是一种病死率和致残率均较高的常见脑血管疾病,占脑血管病的50%~80%[19]。目前,SWI被相继报道对卒中患者的诊断和治疗具有重大意义,成为一项重要的辅助诊断。首先,SWI-DWI或SWI-弥散张量成像显示区域的不匹配表现对卒中的良好预后具有早期预测性[20,21]。一项回顾性队列研究发现,SWI-DWI表现不一致的卒中患者获得早期再灌注治疗将会有更好的效果,并且SWI-DWI的不一致性对卒中的良好预后的预测精确性更高于DWI-灌注加权成像的不一致[22]。其次,出血性转化是急性缺血性脑卒中患者常见并发症。急性缺血性脑卒中后自发出血性转化的发生率为10%~43%,应用组织型纤溶酶原激活物或链激酶溶栓后可增加其出血性转化率,尤其是临床上大体积缺血性脑卒中患者[19]。因此,早期有效地对急性缺血性脑卒中患者潜在出血性转归的检测显得尤为重要。SWI依赖于其对出血以及微出血高度敏感性的良好优势,有利于早期检测急性缺血性卒中溶栓治疗前后的潜在的出血性转归,对指导临床治疗具有重大意义[23]。另外有研究发现,与MRV相比较,SWI在检测急性动脉血管内血栓的精确性上更有优势,尤其是血管远端的血栓成分[24,25]。最为重要的是近些年来,部分学者发现急性缺血性卒中患者的SWI可显示其皮质静脉的不对称征,这些低信号血管预示大脑低灌注组织区域脱氧血红蛋白的急剧增加[26],对疾病的临床诊断及预后评估具有举足轻重的作用。随着MRI技术的发展,3.0 T MRI的出现,SWI对脑深部髓质细小静脉也有着良好显示。Mucke等[27]首次报道了急性大脑中动脉梗塞卒中患者明显不对称深髓静脉的出现。这些明显的不对称皮髓质静脉可预测卒中患者的严重性、梗死灶发展以及不良预后[28,29,30,31]。SWI技术的应用,大大促进了缺血性卒中的诊断、治疗及临床预后的评估。

3 展望

SWI使用长回波时间、3D梯度回波序列可以获得强度图、相位图,通过后处理获得磁敏感图,极大地提高了图像的对比度,对显示脑内静脉(尤其细小静脉)、出血(尤其微出血)具有传统影像学无法比拟的优势。此项技术在众多临床疾病诊断中的重要性已经得到了广大医学工作者及研究人员的认可。但由于SWI是利用磁敏感效应的成像技术,所有造成局部磁场不均匀的因素,如血浆内蛋白、pH值等,都会影响其成像质量。随着科学技术的日益更新,高场强、超高场强MRI设备的应用以及其他与SWI相关序列的出现发展,SWI技术有望减少自身弊端,结合新的成像技术,作为MRI中独特的成像技术更好地协助临床工作者进行影像诊断和研究。基于SWI技术对脑静脉显影的独特敏感性,其将对脑相关疾病的诊断、治疗和预后的评估提供新的影像学依据和研究方向。

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