
在过去的十几年间,磁敏感加权成像(SWI)已经成为神经系统影像学中重要的研究序列之一,然而,最初的序列由于呼吸运动伪影和胃肠道蠕动伪影限制了其应用范围。随着序列的不断改进以及2D多次屏气SWI的出现,SWI在体部显示出广阔的应用前景。本文将简要介绍SWI的基本原理和图像技术,通过探讨SWI在头颈部、胸部、腹部及四肢等的应用现状及其成像的生物学基础以及未来发展将要面对的挑战,以期为体部疾病诊断和鉴别诊断提供新的方法。
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磁敏感加权成像(SWI)是一种日趋成熟的磁共振技术,以其对去氧血红蛋白、含铁血黄素、铁蛋白和钙等顺(反)磁性物质高度敏感的特点,被广泛应用于各种中枢神经系统疾病的诊断,如脑部肿瘤、脑血管疾病、创伤、卒中、多发性硬化以及其他神经退行性疾病。如今,该技术已经越来越广泛地应用于中枢神经系统以外的部位,并可能会提供更多关于诊断和预后的有价值信息。2D多次屏气SWI在量化肿瘤出血、关联肝脏、肾脏等腹部器官的出血与肿瘤分期中显示出较高的价值,这些研究代表了SWI应用于体部最初的经验。迄今为止,SWI应用于体部的文章相对较少。本文将简要介绍SWI的基本原理和图像技术,并就SWI在体部的应用现状以及未来发展将要面对的挑战予以综述。
SWI是一种增强磁共振成像对比度的新方法,不同于传统的梯度回波(GRE)序列,而是采用高分辨率、三维完全流动补偿的梯度回波序列进行成像,对体内的血液产物、非血红素铁和钙等非常敏感,这些顺(反)磁性物质引起的磁场不均匀性导致局部磁共振信号丢失。另外,SWI对氧合和去氧血红蛋白细微的顺磁性差异同样非常敏感。
SWI可同时重建出幅值图和相位图两组原始图像。两种图像都是通过常规GRE序列采用适当回波间隔(TE)而获得的。磁敏感效应和对幅值图及相位图的后处理增加了信号强度的丢失。后处理包括创建一个相位蒙片(mask)来增强磁性物质和周围组织的相位差异,SWI就是通过幅值图乘以相位图中在0到1之间取值的mask的方法而得到的。此外,由于它的分辨率较高,最小密度投影(MIP)可以更好地显示微血管、出血和钙。SWI上磁化率(c)分布的主要信息是相位图中一个确定的位置(r)的相位(j)并取一定的TE,近似地表示为:j(r,TE)=γ*c(r)*B0*TE。其中γ为氢质子的磁旋比。每个组织或物质都会在磁场中表现出一些差异。通常我们只考虑顺磁性和反磁性物质。反磁性物质的磁化率c<0。例如,机体内的钙是一种反磁性物质,往往是以Ca3(PO)4等钙磷酸盐的形式存在。另一方面,顺磁性物质的磁化率c>0。例如,缺氧血相对于其他组织的Dc≈0.45 ppm。此外,铁蛋白和含铁血黄素等含铁蛋白质往往因蛋白质内游离铁含量的不同而具有不同的磁化率。相位图能够区分血液、血液产物(顺磁性去氧血红蛋白)和钙(反磁性),它们分别表现为低信号和高信号,因此可以在相位图上根据c的差异将不同组织区别开来[1]。
目前已有许多运用MRI对腮腺肿瘤进行研究的报道,由于部分良、恶性肿瘤的影像学表现缺乏特异性,故而术前定性诊断对影像学提出了更高的要求。张卫等及翟金娜等[2]先后探讨了SWI对鉴别腮腺病变良恶性的应用价值。以手术病理为金标准,结果表明腮腺良性病变肿瘤内磁敏感信号强度(ITSS)以低级别为主、静脉以周围分布为主、最大静脉直径小于恶性病变,而恶性病变ITSS以高级别为主、静脉多分布于中央,并且发现常规MRI联合SWI能提高鉴别腮腺良恶性病变的诊断效能。良性肿瘤多呈膨胀性生长,其生长速度较慢,随着体积增大,肿瘤推挤但不侵犯周围组织。恶性肿瘤多呈浸润性生长,由于生长迅速,肿瘤中央部血液供应相对不足,必须通过增加血管数量及增粗血管来提供足够的营养以维持肿瘤的生长,而血管的结构和功能异常增大了发生肿瘤内出血的可能性,在出血后,血红蛋白发生了多种形式的变化产生了氧合血红蛋白、去氧血红蛋白和高铁血红蛋白,另外红细胞分解成含铁血黄素,可产生明显的磁敏感性效应而引起相位变化。
MRI以其高软组织分辨率且无辐射等特点而成为甲状腺检查的重要方法之一,国内学者已率先将SWI应用于甲状腺良恶性病灶的鉴别诊断。由于恶性肿瘤的特征性表现为其生长依赖于新生血管的形成,因此对病灶内血管及微出血的观察可能成为甲状腺良、恶性病灶鉴别诊断的关键。肿瘤新生血管通透性高且缺乏淋巴管回流,肿瘤血管血液黏滞度、血流阻力均明显增加,最终导致血液停留时间过长、血氧被过度利用,使得血管内顺磁性的脱氧血红蛋白浓度增加。同时肿瘤新生血管脆性增加,容易引起血管破裂出血。而肿瘤内血管及微出血在SWI呈低信号,通过对肿瘤内磁敏感低信号区(ITSHIA)的半定量分析发现甲状腺良性肿瘤ITSHIA中的最大径、最大径评分、频数评分、面积比率评分均低于甲状腺恶性肿瘤,差异均有统计学意义(均P<0.05),提示这种血管结构半定量评分法有助于甲状腺良、恶性病灶的鉴别诊断[3]。
心脏:由心血管磁共振(CMR)所识别出的急性心肌梗死(AMI)后心肌间质出血(IMH)是一种确定的预后标志。发生的可能机制为基底膜部分缺失,脂膜破坏,损伤迅速扩展到整个细胞使肌原纤维结构破坏,线粒体损伤。再灌注还可造成不可逆性损伤,出现心肌出血、坏死。IMH中的血红蛋白代谢产物发挥顺磁性作用使得横向弛豫时间(T2)缩短,也引起相对于周围组织的局部相位漂移。Durighel等[4]率先利用SWI评价AMI患者的IMH,并与T2加权成像(T2WI)和T2*加权成像(T2*WI)的图像质量和诊断效能进行比较,结果表明SWI是一种准确的和可重复的评价IMH的方法,能够提高急性ST段抬高性心肌梗死后IMH与周围组织的对比,有可能成为识别缺血-再灌注损伤的一种新手段。Goldfarb和Hasan[5]则采用平均回波间隔SWI评估了健康志愿者和AMI患者的IMH,研究发现SWI可以用来描绘心肌梗死急性期心肌组织的特征,并且结合灰阶反转技术可以得到更高的信噪比。
子宫内膜异位症是一种常见的妇科慢性疾病,最常见的部位是卵巢。异位子宫内膜组织反复周期性出血可转化为卵巢子宫内膜异位囊肿,含铁血黄素的巨噬细胞在囊壁的沉积是子宫内膜异位囊肿的病理特征之一。Takeuchi等[13]及国内学者[14]先后利用SWI序列对子宫内膜异位囊肿进行研究发现沿病灶囊壁分布的点状或曲线状低信号影,这些低信号是由于含铁血黄素引起的磁敏感效应导致的信号空穴,有助于子宫内膜异位囊肿的诊断。卵巢外的子宫内膜异位由于反复周期性出血所包含的不同阶段的血液产物(特别是急性期的去氧血红蛋白和慢性期的含铁血黄素)在SWI上也显示为信号空穴。其中腹壁子宫内膜异位在不同月经周期时SWI上会出现周期性形态和出血变化。最近发现SWI上深部浸润型子宫内膜异位症病灶内同样会出现信号空穴,并且联合常规MRI可提高其诊断的准确性[14,15]。通过测量定量相位图中相位值可鉴别出血的不同阶段和钙化[16]。
盆腔肿瘤为妇科常见疾病,目前已有一些运用SWI对盆腔肿瘤进行研究的报道。Takeuchi等[13]发现子宫肉瘤的肿瘤内出血坏死在SWI上可见特征性的信号空穴。而子宫平滑肌瘤的红色变性在SWI上显示特征性的外围低信号环,这主要是由于血液产物局限于肿瘤周围许多因血栓形成扩张的血管中[17]。在子宫动脉栓塞(UAE)后的急性期这种外围低信号环与肿瘤梗死相关,提示这一征象有助于评估栓塞效果[18]。刘海平等[19]还对其他女性盆腔肿瘤(畸胎瘤、囊腺瘤、宫颈癌等)中常见的钙铁沉积、血液产物、静脉血管结构等病理特征在SWI上的表现及增强后的影像学特征进行观察和分析,并且指出联合应用增强磁共振血管成像(CE-MRA)及增强后SWI序列来显示盆部肿瘤起源与血管的关系提升了病灶的鉴别率及治疗效果。
前列腺癌已经成为威胁男性健康的常见恶性肿瘤。已有多位学者[20]先后采用SWI序列对前列腺癌与良性前列腺增生的鉴别进行研究,结果表明部分前列腺癌可在SWI图像上发现低信号微出血灶,而良性前列腺增生均未发现,并且SWI诊断的敏感性和特异性均高于常规MRI、扩散加权成像(DWI)及CT。这可能是由于前列腺癌细胞中分化抑制因子1(Id1)的过度表达激活了血管内皮生长因子(VEGF)基因并导致VEGF蛋白分泌增多,从而导致前列腺癌新生微血管脆性、通透性增加和微血管密度增高,容易发生破裂出血产生顺磁性物质。同时,Straub等[21]发现定量磁敏感图(QSM)在定量识别钙化方面堪比CT,相比常规MRI显示出明显的优势。这些研究结果均提示SWI可能成为鉴别前列腺癌和良性前列腺增生以及定量识别前列腺钙化和病理性出血的重要手段,具有广阔的应用前景。
MRI对膝关节脂肪垫、交叉韧带、半月板及关节软骨等结构的检出具有独特的诊断价值。赵骏等[22]于2012年首先报道了SWI技术诊断膝关节半月板撕裂的可行性。以膝关节镜为金标准对照,结果显示SWI序列能够应用于膝关节半月板撕裂的诊断,且敏感度(94.7%)和准确度(92.5%)优于T1WI序列和T2加权脂肪抑制成像(T2WI-FS)序列。随后该研究团队对其诊断效能进行了进一步验证,指出半月板撕裂后,关节液进入撕裂的半月板内与大分子结合,并且撕裂部位出血可导致局部磁场信号异常改变,SWI序列可以显示半月板撕裂的异常信号。佘玲[23]则探讨了SWI在色素沉着绒毛结节性滑膜炎(PVNS)中的应用价值,PVNS在SWI上表现为增生滑膜呈低信号,周围见稍低信号"晕影",关节腔、关节囊内缘滑膜旁于高信号内可见絮状低信号,骨及周围软组织侵蚀呈结节状及条状低信号,周围也见晕环状稍低信号。组织学上,滑膜组织呈肿瘤样增生,并可见密集的单核细胞浸润,伴有浆细胞、淋巴细胞和数量不等的吸收型巨细胞。绒毛由含有胶原和网状纤维的基质组成,伴有数量不等的巨噬细胞。高铁血红蛋白被巨噬细胞吞噬、释放,引起组织内的含铁血黄素沉积。由于反复出血及滑膜、结节内含铁血黄素沉积使得SWI比T2WI更加敏感,在诊断PVNS中具有特征性价值。SWI同样有助于更准确地对血友病患者膝关节内含铁血黄素沉积进行分级[24]。
最近,有研究[25]评估了SWI对肩袖损伤患者中钙化性肌腱炎的诊断效能,结果表明SWI与标准肩关节磁共振序列相比具有极高的敏感度(98%)和特异度(96%),能够可靠地检测出钙化性肌腱炎中的钙化。基于7T成像系统的研究表明,SWI相位图及QSM能够在活体显示膝关节软骨的血管结构及分层[26]。
外周动脉疾病(PAD)是系统性动脉粥样硬化的一个标志,其中钙化被视为重要指标。Liu等[27]首先将SWI序列作为一种对股动脉血管壁及血管壁钙化进行成像的新途径。研究表明SWI图像钙化的显示与CT具有较高的一致性,并且具有较好的官腔和管壁的对比。随后该团队采用对比增强的方法加强了SWI相位图上外周血管腔-壁的对比。Barnes和Haacke[28]则采用1.5T MRI的SWI序列评价外周血管静脉血沉积特性,表明老年受试者具有更大的静脉血管,红细胞更易于发生沉淀,并且红细胞的沉淀也与下肢的放置位置有关,这可能为理解深静脉血栓(DVT)的形成有重要意义,并且有可能被用来评价DVT患者的风险,同时为SWI相位信息提供了一种研究血氧饱和度的新方法。
软组织肿瘤的发病率较高,病变囊括范围广,鉴别诊断困难,MRI可反映其组织病理学特性,有助于定性诊断。李锋等[29]探讨了四肢软组织海绵状血管瘤及骨骼肌内血管瘤在SWI上的影像学表现特征。血管瘤呈混杂信号或低信号的局限肿块型或弥漫蔓藤型,并且MIP图还可以显示其周围引流静脉,这与刘杰等[30]报道的ITSS分级3级、弥漫分布、占肿瘤体积比例>2/3的特征性表现相一致,可能与血管瘤内发育异常的血管或血窦内血流缓慢、脱氧血红蛋白含量较高、血栓、静脉石形成及瘤灶破裂反复出血导致含铁血黄素沉积的特点有关。刘杰等[30]还分析了良、恶性软组织肿瘤的SWI影像特征,通过观察ITSS分级、分布及所占肿瘤体积比例,并结合病理结果进行对照分析,显示良性软组织肿瘤(除血管瘤外)ITSS分级以1级、外周分布为主,而恶性软组织肿瘤以中央分布、2级和3级为主,表明SWI将有助于对软组织肿瘤的性质进行判断,为临床提供了新的鉴别方法。
总之,SWI是一种先进的核磁共振成像技术,对于血液、非血红素铁、钙化和静脉氧合的变化具有高度的敏感性。SWI在体部的应用范围正在扩大,熟悉不同部位的影像学表现是至关重要的。但目前仍有许多技术瓶颈有待突破,例如在有些磁化率差异较大的区域(气体-组织界面)会出现明显的伪影。相信通过缩短扫描时间、提高磁场强度以及序列的改进等技术突破,将会进一步提高图像清晰度且扩大SWI的应用范围。
所有作者均声明不存在利益冲突





















