磁敏感加权成像技术在脑肿瘤中的研究现状

孙琳琳 李 克

磁敏感加权成像技术（susceptibility weighted imaging, SWI）是近几年新兴的一种核磁序列，由美国人 Haacke等[1]首先应用，是一种利用血氧水平依赖效应（BOLD效应）和组织之间磁敏感性差异来成像的技术。SWI具有以下特点：高分辨力的三维梯度回波成像，在三个方向上的完全流动补偿；薄层厚避免信号丢失；相位图通过滤波减少不必要的场效应，产生相位蒙片，利用相位蒙片对磁矩图进行增强处理；相对邻近层面进行最小强度投影，与传统 T2*加权序列比较，具有三维、高分辨力、高信噪比（signal noise ratio, SNR）的特点[2]。这种独特的数据采集和图像处理过程提高了磁矩影像的对比，因此SWI对显示静脉结构、血液代谢产物（去氧血红蛋白、高铁血红蛋白、铁蛋白以及含铁血黄素）、铁质沉积等十分敏感[2]。目前，SWI在脑血管病、脑肿瘤、脑外伤、神经变性病等中枢神经系统病变方面均有相关研究与阐述。本文着重对SWI在脑肿瘤的临床应用现状及前景展望进行扼要的综述。目前国内外的研究主要着重于胶质瘤，另有其他脑肿瘤，如脑膜瘤、生殖细胞瘤等。

SWI可以用于检测肿瘤内微出血，并有助于脑肿瘤分级、抗血管药物疗效的评估

SWI所利用的磁场不均匀性形成组织对比，与T1WI、T2WI、对比剂增强检查（contrast-enhanced，CE）T1WI、扩散成像、灌注成像及血管成像所形成的对比明显不同，因此它能够显示上述MR方法不能显示的信息。脑肿瘤常规MRI平扫及增强显示的结构为肿瘤实质、坏死囊变、一定量的出血和肿瘤的边界，对肿瘤内部的微细结构无法鉴别，SWI的出现改善了图像的对比，可以检测到常规成像方法无法显示的肿瘤内的微量出血和静脉脉管系统，是肿瘤成像的一种有用的补充序列。Sehgal 等[3]对 38 例脑内肿瘤进行研究，结果显示CE-T1WI和 SWI对病灶的显示有显著差别，前者主要显示肿瘤内部结构的坏死、囊变等成分，后者所显示的内部结构主要为血液的代谢产物，SWI 提供了比 CE-T1WI 更好的信息来评价肿瘤的显示、边缘、血液成分、静脉血管、结构和水肿，对应的优势比分别是11%、14%、71 %、73%、63 %和 75 %。并且，对比增强前后 SWI图像能显示常规平扫和CE- T1WI所遗漏的静脉和出血。

侵袭性肿瘤有血管增长迅速、多发微出血的倾向，肿瘤内出血的代谢产物与其病理分级相关。鉴于SWI在反映肿瘤微出血方面的优势，目前有研究提出SWI可以作为一种鉴别高低级别胶质瘤的新方法 ，对临床治疗及预后有很大的价值。通常来说，在常规的MR图像上，主要依据肿瘤的异质性、不同程度的强化特征、占位效应、囊变坏死、代谢活性以及脑血流灌注来评价肿瘤的分级。而在SWI图像上，肿瘤内出血主要表现为低信号（高信号的新鲜出血除外），因此依据低信号的面积来计算肿瘤内出血量（肿瘤边缘的静脉低信号不计入）并分级[4]，或者依据肿瘤内出血产物出现的频率以及最大出血的直径来区分高级别与低级别胶质瘤[5-6]。高级别胶质瘤内部微出血频率、微出血量、出血最大径均明显高于低级别胶质瘤。还有研究者[7]认为通过高分辨率SWI图像中瘤内磁敏感信号强度（intratumoral susceptibility signals intensity,ITSSs）的分级，来区分脑内肿瘤良恶性，并提高对孤立强化脑病变（solitary enhancing brain lesions,SELs)鉴别诊断的准确性。恶性肿瘤，包括间变型星形细胞瘤、胶质母细胞瘤、转移瘤、淋巴瘤，趋向于拥有更高的ITSSs评分。虽然ITSSs不能区别胶质母细胞瘤和孤立性转移瘤，但是通过应用高ITSSs级别（三级），胶质母细胞瘤和孤立性转移瘤之间的差异是存在的，并且具有统计学意义。而且，ITSSs可以区分高级别胶质瘤和淋巴瘤及非肿瘤性病变，其特异性达到100%。但是应用ITSSs分级来判断肿瘤级别的方法，是具有主观性的，不同的放射诊断医师的评估有可能会使结果不同。

通过平扫MR（包括SWI图像上低信号的等级与表观弥散系数ADC结合）来判断胶质瘤分级，其敏感、特异性、阳性预测率、阴性预测率分别为83.2%、100%、100% 和79.3%。通过SWI与ADC结合完善了增强MR在脑肿瘤方面的诊断[8]。对于不能耐受造影的脑肿瘤患者，平扫MR（包括SWI与ADC结合）未尝不是一个不错的选择。因SWI是显示微血管结构的良好方法，可用于检测经抗血管治疗（例如单克隆抗体bevacizumab）后胶质母细胞内部的病理性血管或微出血的改变，从而评估药物的疗效[9]。

脑膜瘤为富血供肿瘤，SWI可较其他MR序列更好地显示肿瘤内部的细节（微出血灶、血管）及边缘受压的静脉。另外，有研究[10]认为SWI 对基底节区早期生殖细胞瘤的检出优于常规MRI。早期者常规MRI未显示信号异常或仅见轻微T1WI、T2WI高信号并且无强化，而SWI 显示明显低信号。

SWI可以用于肿瘤内部静脉成像

静脉内缺氧的红细胞与血浆之间存在磁敏感的差异，这导致静脉内质子频率的位移，这种位移使静脉血与周围组织的相位产生了差异。因此，SWI对于显示正常和异常静脉是不错的方法[1]。Rauscher等[11]证实 SWI在显示颅脑肿瘤静脉结构方面可提供高分辨力的影像，结合卡铂金气体还可用于评价肿瘤活性。了解肿瘤内部的异常静脉情况，SWI可以提高对肿瘤血供的认知；了解肿瘤周边引流静脉的异常情况，SWI可以为手术治疗提供更详细的信息。并且，术前静脉成像还能观察肿瘤对周围静脉推压或侵犯情况,以及有助于了解手术入路可能影响到的静脉。但 SWI无法鉴别小静脉与微出血及血栓,因为它们的信号特点相似，同时较多出血产生的顺磁性效应可掩盖周围静脉血管的显示。

类似于CE-T1WI，注射对比剂后，对于血脑屏障破坏严重或是供血丰富的肿瘤，CE-SWI表现为明显信号增强，有利于对肿瘤和肿瘤边界的勾勒，突出显示病灶内部出血代谢物及肿瘤静脉。有研究表明[12]利用钆剂进行SWI增强扫描，增强前后脑实质没有明显的信息丢失和信号改变，最显著的差异即是脑静脉窦的明显增强。Hamans 等[13]利用超顺磁性氧化铁微粒作为对比剂对荷胶质瘤大鼠进行 SWI 发现增强 SWI 较非增强SWI可提供更多的血管信息，在经组织学对照后证实CE-SWI 可显示肿瘤血管的灌注和引流情况。

SWI可以评估肿瘤的血氧水平变化

肿瘤的氧张力是影响放化疗及肿瘤恶性进展的重要因素，乏氧的肿瘤对治疗是不敏感的。并且，在头颈部的肿瘤中，肿瘤的含氧情况与预后是密切相关的。可见评估肿瘤的血氧状况是十分具有临床价值的。SWI技术是一种血氧水平依赖技术（bloodoxygen-level dependent,BOLD），因此又被称作BOLD静脉造影（BOLD venography）。Haache等[14]研究发现，在SWI图像上，不同大小的血管会有不同程度的增强。通过SWI技术可以检测出直径8mm或16mm的血管与正常血氧饱和水平向契合的定量值；比之较小的血管，则由于方法学方面的不足与部分容积效应，检测出的血氧饱和度值比真实值更小；比之较大的血管，检测出的值相当于正常值的90%。由此可见，SWI技术完全可以提供肿瘤内血管氧饱和度的信息，而这些信息可以为临床工作提供较好的参考。

其 他

SWI还可以提供类似 FLAIR的图像对比度，使脑脊液的信号得到抑制，有助于显示高信号的水肿 ，SWI既包含 T2*效应又能显示病灶周围的水肿，更有利于发现占位性病变并且确定肿瘤的边界[3]。术前利用SWI成像可以观察肿瘤对周边组织的推压及侵袭情况。

另外，SWI对铁检测具有敏感性，不仅可以检测组织中含铁血红素，也可以检测非血红素铁。在应用免疫细胞或干细胞治疗肿瘤的过程中，超顺磁性铁氧化铁（superparamagnetic iron oxide，SPIO）可以用来标记细胞，反映标记细胞的衰减数量。这些被SPIO标记的细胞就会引起周围磁场的改变并产生去相位，SWI恰恰可以检测出磁敏感的变化[15]。由此可见，SWI 在分子影像学方面也显示出良好的潜力。

不足与展望

由于SWI对体内局部磁敏感效应的变化比较敏感，而且其信号还同时受血浆内蛋白、分子扩散、pH值、温度、磁场、像素的大小、血流及血管走行方向等多个因素影响，因此增加了SWI 成像的复杂性，使利用SWI 单纯对某个因素进行评估的准确性受到一定影响。并且，SWI也存在一定的局限性，虽然SWI 主要在显示肿瘤内出血、肿瘤血管方面较敏感，但无特异性，容易出现假阳性。

SWI包含了相位和磁敏感度差异信息，在显示肿瘤血红蛋白分解产物、静脉方面及血氧水平的变化具有较好的临床应用价值，并且目前看来优于其他方法。相信随着其技术的进一步发展和完善，其作用和应用范围会得到更好的发挥及扩展。