磁敏感加权成像对脑梗死的诊断价值

贾素兰，王晓明

磁敏感加权成像(susceptibility weighted imaging，SWI)，是近年来利用组织间磁场敏感差异和血氧水平依赖效应(blood oxygen level dependent，BOLD)成像的新对比增强技术[1]。利用校正参数，将具有磁敏感差异的组织在磁化率加权图和校正相位图上显示。它是一种全新的长回波时间、三维采集、三个方向上均有流动补偿的高分辨、高信噪比和薄层重建的梯度回波序列。SWI对血液代谢产物(如顺磁性的去氧血红蛋白、高铁血红蛋白)和静脉血管结构等十分敏感。因此，SWI在脑血管疾病、神经系统变性疾病、脑外伤、脑肿瘤、血管畸形和静脉窦血栓等神经系统疾病中具有广阔的应用前景[2]。本研究的目的是探讨SWI在脑梗死急性期的诊断价值。

1 材料与方法

1.1 临床资料

搜集中国医科大学附属盛京医院2013年10月至2014年5月因急性脑梗死入院，经临床确诊及MR扩散加权成像(DWI)证实，且排除出血倾向或脑出血，合并有癫痫、严重的心、肝、肾功能障碍或其他严重躯体性疾病的病人30例，男18例，女12例，年龄28～83岁，平均65岁。根据文献报道分期[3]：其中超急性期(<12 h)2例，急性期(12～24 h)5例，亚急性早期(>1～3 d)10例，亚急性晚期(>3～7 d)13例。

1.2 MRI检查方法及后处理

采用GE Signal HDxt 3.0 T MR超导型MR扫描仪，八通道头部相控阵线圈。30例患者均行常规T1WI、T2WI、液体衰减翻转恢复(fluid attenuated inversion recovery，FLAIR)、扩散加权成像(diffusion weighted image，DWI)及SWI序列；其中20例行MR血管成像(MR angiography，MRA)，采用三维时间飞跃法(three dimensional time of flight，3D-TOF)，19例行静脉注射Gd-DTPA增强扫描，剂量0.1 mmol/kg。SWI成像采用高分辨率的三维梯度回波(three dimensional spoiled gradient echo，3D-SPGR)序列，TR 30 ms，TE 15 ms，反转角20°，视野24 cm×24 cm，层厚2 mm，无间隔，矩阵512×448，扫描时间5～8 min，部分或覆盖全脑。将采集的原始图像传送至工作站(GE advantage workstations,AW4.4)进行后处理，经过相位图的低通滤波、幅度图像应用相位掩模以及最小密度投影(minimal intensity projection，minIP)等后处理技术得到SWI图像。参照MRI增强图像确定梗死区和水肿区(梗死区可见斑片状或脑回样强化，水肿区未见强化)，利用校正相位图，选择病灶最大层面，根据病灶面积的大小在病灶中心及边缘部分选择感兴趣区(ROI)，本组感兴趣区的范围为15～60 mm2，要求完全位于病灶内，同时避开脑沟和脑室部位(避免磁敏感伪影)，然后手动在工作站测量30例患者病灶区与正常对照区的校正相位值(corrected phase，CP)，每个病灶测量3次后取其平均值，正常对照区选取病变区的对侧镜像区；CP值用±s表示。

1.3 统计学分析

采用SPSS 17.0数据分析软件进行统计分析，计量资料用±s，每组内先进行正态分布性检验及方差齐性检验，脑梗死区及水肿区分别与正常对照区CP值的比较采用两个均数独立样本t检验分析，以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 脑梗死区及水肿区与对照区CP值的相关性

梗死区及水肿区与正常对照区CP值的t检验结果见表1、2，经统计学分析，两者之间的差异均有统计学意义(t=2.167，P<0.05；t=－2.172，P<0.05)。

2.2 脑梗死在常规MRI及SWI的表现

梗死区表现为T 1 W I稍低信号，T 2 W I、F L A I R及D W I均为高信号；S W I可见梗死区为等或稍高信号，其内可见斑点状或斑片状低信 号出血灶。1 8例在增强扫描时呈斑片状和脑回样轻至中度强化，1例不强化。2 0例M R A分别表现为大脑前、中、后动脉不同程度的狭窄或阻断，其中累及大脑中动脉1 2例，大脑前动脉3例，大脑后动脉2例，3例未见明显异常。5例S W I显示右侧大脑中动脉内血栓，表现为条状的低信号，与M R A图像显示的位置相一致(图1)。

表1 脑梗死区与正常对照区t检验结果Tab.1 The results of t-test between infarction area and normal contrast area

表2 水肿区与正常对照区t检验结果Tab.2 The results of t-test between edema area and normal contrast area

图1 男，43岁，轴面T2WI (A)、FLAIR (B)和DWI (C)可见右侧额、顶叶及侧脑室旁斑片状高信号；MRA (D)示右侧大脑中动脉分支闭塞；SWI(E)可见右侧大脑中动脉分布区条状的低信号，为血栓形成 图2 女，51岁， 轴面TIWI (2A)显示左侧额颞叶呈稍低信号，边缘可见少许高信号；T2WI (B)、FLAIR (C)和DWI (D)左侧额颞叶及丘脑可见高信号；轴面CT (E)示斑片状低密度，其内可见斑点状高密度；SWI (F)示斑片状低信号，与TIWI及CT相比，显示出血范围大 图3 男，48岁，轴面T2WI (A)、FLAIR (B)和DWI (C)显示左侧颞枕叶呈高信号，SWI (D)示左侧颞、枕叶梗死区静脉血管增多。E示双侧脑室旁及额顶枕叶皮层可见多发点状低信号Fig.1 Male,43 years old.Axial T2WI scan (A)、fl uid attenuated inversion recovery (B) and MR diffusion weighted image (C) shows the right frontalparietal lobe and around lateral ventricles appear patchy hyperintensity.MRA (D) shows the branch of right middle cerebral artery occlusion.Susceptibility weighted imaging (E) shows the right middle cerebral artery area appears strip hypointensity which is thrombosis. Fig.2 Female,51 years old.Axial T1WI scan (A) shows the left frontotemporal appear slight hypointensity,the edge is seen a little hyperintensity.Axial T2WI scan (B),fl uid attenuated inversion recovery (C) and MR diffusion weighted image (D) shows the left frontotemporal and thalamic appear hyperintensity.Computed tomography (E)displays patchy low density,with mottled inside high density.Susceptibility weighted imaging (F) shows patchy hypointensity.Compared with the TIWI and CT,SWI showed the large range of bleeding. Fig.3 Male,48 years old.Axial T2WI scan (A),fl uid attenuated inversion recovery (B) and MR diffusion weighted image (C) shows the left temporal-occipital lobe appear hyperintensity.Susceptibility weighted imaging (D) shows that the infarction area of left temporal-occipital lobe venous blood vessels increased.Susceptibility weighted imaging (E) shows around lateral ventricles and the cortex lobe of frontalparietal-occipital appear multiple point hypointensity.

2.3 脑梗死并发出血的SWI表现

SWI发现脑梗死急性期合并出血21例，约占70%；CT发现9例，约占30%；T1WI仅发现2例，约占7%；T1WI表现为少许斑点状高信号，CT表现为散在斑点状高密度，比T1WI所见高信号范围大；SWI表现为斑点状或斑片状低信号，比CT显示的高密度范围大，且边界清晰(图2)。

2.4 脑梗死区静脉血管的SWI表现

30例患者中，24例SWI发现静脉血管的异常，大约占80%，梗死区静脉血管增多15例，静脉血管分布正常6例，静脉血管分布减少9例；SWI表现为侧脑室或脑皮层多个层面连续走行的条状低信号(图3)。对于梗死区静脉血管结构的异常，常规MRI显示欠佳或无法显示。因此，SWI对病变细节的显示优于常规MRI。

3 讨论

3.1 SWI成像原理及方法

SWI是不同于T1、T2、质子密度以及扩散加权成像的新技术，而是利用不同组织间磁敏感的差异产生的影像对比。局部磁场不均匀性是SWI成像基础(顺磁性和抗磁性物质均可造成局部磁场的不均匀)，顺磁性物质(如去氧血红蛋白和高铁血红蛋白等)产生正向位移，抗磁性物质(如钙化和水)产生负相位移[4]。SWI原始图像包括磁矩图像(magnitude image)和相位图像(phase image)。磁场的不均匀性造成相位图像产生低频扰动，使包含在相位图像的有用信息无法显示，为了去除这种影响，需要在相位图像上施加64×64像素的高通滤波器(或者低通滤波器，由左手系统或者右手系统决定)，用原始图像除以(复数除法)由高通滤波后K空间数据产生的图像，去除原始相位图像中由于磁场不均匀及空气组织界面产生的伪影，最后得到校正相位图，然后再建立相位蒙片(mask)，相位蒙片可用于创建相位掩模，进而抑制某些相位值的体素，相位值为－π的体素被完全抑制，－π至0之间的体素部分被抑制。相位掩模的加权值为0到1之间，称为负向相位掩模[5-9]。将相位图像多次叠加于磁矩图像，最后经最小密度投影(minimum magnitude projection，Min IP)，得到SWI图像。

3.2 SWI在脑梗死的诊断价值

脑梗死是由于供血动脉阻塞(或严重狭窄)和侧支循环不足引起的脑组织缺血、水肿、坏死和软化。目前对急性期脑梗死的治疗主要采取溶栓治疗，在溶栓治疗中，最关键要确定是否合并出血和血栓存在。若存在出血，将是溶栓治疗的禁忌证[10]。虽然CT一直被认为是诊断出血的“金标准”，但Chalela等[11]的研究表明在患者出现症状2.5 h，SWI即可显示出血灶，通过与CT比较，全组62名脑出血患者SWI显示病灶的敏感度、特异度和准确度均为100%。本组中，SWI发现脑梗死急性期并发出血21例，占70%；CT发现9例，约占30%；T1WI仅发现2例，约占7%。本研究结果低于文献报道，可能与样本量小有关，但是，也证实了相对于CT和常规MRI，SWI对检测脑梗死后合并出血的敏感性高。SWI对发现颅内出血灶的敏感性，可以指导临床溶栓治疗方案的选择。

对于急性脑梗死患者，判断脑的血流动力学状态和组织可存活性至关重要。有报道，SWI静脉血管的多少反映了局部大脑氧代谢率(CMRO2)高低与局部脑血流的快慢的比率[12]。大脑氧代谢率高，血流缓慢，脑静脉血管显示多，反之减少。本组病例中，SWI显示静脉血管增多有15例，表现为条形及多个层面连续走行的低信号；6例静脉血管显示正常，9例显示静脉血管减少。笔者分析静脉血管增多的原因可能与以下三方面因素有关：(1)由于脑梗死急性期局部组织血流量及血氧饱和度的降低，去氧血红蛋白含量的增多，静脉血管富含去氧血红蛋白，因而静脉结构得以显示；(2)由于血流动力学的改变，使小血管血流速度减慢，而SWI对低流量的静脉血管十分敏感[13]。(3)急性脑梗死后，侧支循环的建立多位于皮质区，多是柔脑膜皮质的侧支循环血管，其流速慢且局部组织血氧饱和度减低，从而得以显示[14]。本组病例的脑梗死区域也反映出上述中的一些变化，但尚需更多的病例随访观察和动物实验加以证实。

本组也同时测量了梗死区与正常对照区的CP值，经统计学分析，两者之间差异有统计学意义，说明梗死区与正常对照区的相位对比明显提高，间接反映了病变区磁敏感效应物质含量的增加。本组30例患者中，SWI发现21例合并出血，急性期血肿红细胞内的血红蛋白主要是去氧血红蛋白，亚急性期去氧血红蛋白逐渐变为高铁血红蛋白；去氧血红蛋白和高铁血红蛋白均为顺磁性物质，顺磁性物质产生正向位移，而正常脑组织的顺磁性物质含量很低，笔者分析这可能是导致梗死区的CP值高于正常对照区的主要原因。

本组测量了水肿区与正常对照区的CP值，经统计学分析，两者差异有统计学意义，说明水肿区与正常对照区的相位对比明显减低。可能与其病理生理过程有关，急性期，血脑屏障明显破坏，血管源性水肿加重，局部脑组织含水量增加，导致脑实质肿胀；亚急性期血管源性脑水肿明显，组织细胞部分坏死崩解，细胞外含水量增加[15]。水分子是抗磁性物质，产生负相位移，因而导致水肿区的CP值低于正常对照区。通过本组实验，笔者认为利用校正相位图测定CP值，可以对磁敏感效应物质含量的变化进行定量分析。

综上所述，SWI可以敏感的检测脑梗死合并的出血、动脉内的血栓和静脉血管的分布，从而指导临床采取合理的溶栓治疗。还可以利用其特有的校正相位图测定CP值，进而对磁敏感效应物质含量的变化进行定量分析。但是，本研究也有一些不足之处，因时手工测量CP值，准确性难免受人为因素的影响。总之，SWI在脑梗死的应用具有广阔的前景。

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