磁敏感加权成像在轻型颅脑外伤中的应用

杨染，曾文兵，翟昭华，高才良

( 1.重庆三峡中心医院放射科，重庆万州　404000; 2.川北医学院附属医院放射科，四川南充　637000)



磁敏感加权成像在轻型颅脑外伤中的应用

杨染1，2，曾文兵1，翟昭华2，高才良1

( 1.重庆三峡中心医院放射科，重庆万州404000; 2.川北医学院附属医院放射科，四川南充637000)

【摘要】磁敏感加权成像( susceptibility-weighted imaging，SWI)是利用组织间磁敏感差异而成像的新技术，它具有三维成像、高分辨率、完全流动补偿等特点，它对颅内出血尤其是弥漫性轴索损伤十分敏感。本文主要对其原理和在轻型颅脑外伤中的应用进行综述。

【关键词】磁敏感加权成像;磁共振成像;脑外伤;弥漫性轴索损伤

网络出版时间: 2016-3-4 10∶16网络出版地址: http: / /www.cnki.net/kcms/detail/51.1254.R.20160304.1016.078.html

创伤性颅脑损伤( traumatic brain injury，TBI)是现代社会中非疾病死亡或残疾的重要原因，其发生率逐年增高，而且耗资巨大，已成为公共卫生问题越来越引起社会的关注。据报道［1］，颅脑外伤中约75%的病人为轻型颅脑外伤( mild traumatic brain injury，mTBI)，常常伴有短暂或持续的临床症状，如头痛、记忆减退、注意力下降、失眠、焦虑等，常规CT 和MRI很难发现异常，而磁敏感加权成像( susceptibility-weighted imaging，SWI)利用不同组织间磁敏感性差异产生图像对比，对显示血液代谢产物十分敏感，对发现脑外伤所致微出血( cerebral microbleedings，CMBs)及弥漫性轴索损伤出血灶具有明显的优势，可以清晰的显示病灶的部位、大小和数目，对mTBI的诊断具有重要的临床价值。

1　轻型颅脑外伤

创伤性颅脑损伤在外力的作用下常常发生大脑功能或组织病理的改变［2］，依据格拉斯哥昏迷评分( GCS)分为三型［3］:轻型、中型和重型，其中≥13分为轻型，9～12为中型，≤8为重型［4］。轻型颅脑外伤的诊断标准在不断变化，2009年3月美国国防部颁布的临床实践指南依据以下标准: ( 1)短暂的意识丧失低于30 min; ( 2)短暂的意识改变达到24小时; ( 3)外伤后记忆缺失小于1 d; ( 4)外伤后第1个24 h GCS评分13～15分; ( 5) CT扫描颅脑阴性。mTBI的脑损伤主要包括脑震荡、外伤性轴索损伤( traumatic axonal injury，TAI)及脑挫裂伤等。其主要征象为出血，且出血灶多以微出血灶为主，CT难以发现异常，极易漏诊［5］。所以发现mTBI病灶能够为临床提供相关的循证影像医学证据，成为影像学的需要。

TBI通常包括原发性损伤和继发性损伤两个阶段。原发性脑损伤是外伤时立即发生的脑损伤，通常不能逆转;继发性损伤是外伤后延迟发生的损伤，并能持续进展，但能提供治疗时机［6］。原发性损伤主要源于暴力或加、减速运动引起的直接或间接机械损伤，包括脑挫裂伤、原发性脑干损伤、轴索剪力伤及微脉管损伤等。继发性脑损伤是组织细胞经过一系列复杂的代谢级联引起的非机械性损伤，包括细胞膜破坏内稳态失衡引起的神经细胞凋亡和死亡，血管损伤引起自动调节导致脑血流量降低，自由基的释放等［7－8］。

TAI是TBI的一种特殊类型，主要由于暴力作用瞬间，颅脑发生旋转、加速或减速运动，由于灰、白质组织密度差异，运动速度不一致，产生瞬间剪切力，不同密度的脑组织发生相对位移，造成轴索结构的破坏和小血管断裂［9］。所以这种损伤主要发生在轴索聚集区的不同密度组织结构间，如灰白质交界区、两侧大脑半球间的胼胝体、基底节区、脑干上端背外侧及小脑等区域。其主要病理改变是神经轴索肿胀断裂，以及并行血管的破裂出血，其出血常多发而少量［10］。TAI是颅脑外伤中普遍存在的病理变化，最初有学者认为［11］，TAI仅限于意识改变严重的患者，近年研究发现［12］，TAI可以发生在所有TBI类型中，包括mTBI患者，从短暂性意识障碍到持续性昏迷均可合并TAI。在最新联邦机构间倡议( Federal Interagency Initiative)提出的神经影像指南中［13］，将TAI分为局灶性(≤3个异常信号)和弥漫性(＞3个异常信号)两类，弥漫性轴索损伤( diffuse axonal injury，DAI)是临床常见的类型。因为CT和常规MRI不易显示TAI，所以对TAI的诊断主要是根据影像检查结果与严重的神经功能缺陷不一致作为主要推理依据［14］。

2　SWI的成像原理

SWI是利用磁场中不同组织局部或内部间磁敏感性差异形成影像对比的技术，反映的是组织磁化属性。SWI以T2*加权梯度回波作为基础序列，利用三维采集信号，空间分辨率明显提高;同时采用薄层扫描技术，明显降低了背景场T2*噪声影响，并在3个方向上加以完全性流动补偿技术以消除小动脉的影响［15］，可以同时获得幅度图( magnitude image)和相位图( phase image)，二者成对出现，且其对应的解剖关系完全一致。相位图对磁场中磁敏感性不同的物质敏感，通过相位蒙片和加权等处理能突出显示磁敏感物质;幅度图主要显示解剖细节，T1WI、T2WI就是幅度图。通过将相位图进行高通滤波，消除非病变引起的背景T2*信号丢失，然后形成模像，再由模像与幅度图整合形成SWI图像。而传统的GRE序列仅仅采用幅度图数据，所以SWI能够更清楚的显示血红蛋白代谢产物与周围脑组织的对比［16］。

SWI可以敏感地反映物质在外加磁场作用下的磁化程度，用磁化率来度量。常见的磁敏感物质有: ( 1)顺磁性物质:血红蛋白的代谢产物如脱氧血红蛋白、含铁血黄素及正铁血红蛋白等都是高顺磁性物质。( 2)反磁性物质:钙化是最常见的反磁性物质。( 3)铁磁性物质:主要是铁、钴、镍3种。无论是顺磁性物质还是反磁性物质，均能改变局部磁场不均匀而引起的质子失相位，使质子自旋频率产生差异。在一个足够长TE的作用下，自旋频率不同的物质间就形成明显的相位差别［17］，据此，磁敏感度不同的组织在SWI相位图上就可以被区别出来。由于出血灶中含有脱氧血红蛋白、含铁血黄素及正铁血红蛋白等高顺磁性物质，使局部磁场不均匀，尽管这种差异很小，但足以使小出血灶与周围物质产生相位差别而被突出显示。

3　SWI在mTBI诊断中的应用

多层螺旋CT以其扫描速度快、薄层扫描、三维成像和多平面重建等优点，仍然是脑外伤的首选检查方法，它能及时准确发现颅骨骨折、大的颅内出血、脑挫裂伤、中线移位等，从而指导临床采取迅速的治疗措施［18］，但是它难以发现小出血灶及TAI病变。常规MRI具有多参数成像，软组织分辨率高等优点，能清楚的显示脑组织形态、结构的改变，也能发现脑水肿和部分出血灶，但由于对磁化率变化的相对不敏感及空间分辨率的相对较低，所以对微小出血灶的显示敏感性相对较低，从而低估了TBI的病情［19－20］。

SWI是目前显示颅内出血最敏感的序列之一，尤其是对颅内微出血特别敏感［21］。其在1. 5T和3. 0T的数据采集分辨率能分别达到1. 0 mm3和0. 5 mm3。微出血泛指＜5mm的出血灶，被看做是出血性DAI的标志［22］，好发于基底节、丘脑、皮层下白质、小脑及脑干等部位。微出血主要是因为微血管破裂，出血灶内的血红蛋白代谢产物，如脱氧血红蛋白及含铁血黄素等均是高顺磁性物质，造成局部磁场不均，质子自旋快速失相位，T2缩短，信号减低，与邻近组织对比增强而被检测出来。研究发现SWI对出血性损伤比传统MRI序列敏感，SWI能比传统MRI序列多检出30%以上的微小出血灶［23］，并且其对微小出血灶的敏感度是常规梯度回波序列的3～6倍［24］。Akter等［25］将SWI与GRE及GREEPI序列对脑内出血灶检出能力做对比研究，结果同样发现SWI对小出血灶的检出具有更高的敏感性，并且其对幕下和颅底的小出血灶同样很敏感。Tong等［26］的研究发现，SWI检测出血灶的数量接近T2*WI的6倍，诊断出血灶的体积几乎是T2*WI 的2倍，病灶可小于10 mm2。SWI不仅对脑实质的微小出血灶敏感，而且在某些情况下，对蛛网膜下腔出血( SAH)及脑室内出血的检测较CT更敏感。Wu等［27］运用SWI对外伤性SAH评价研究表明，SWI对脑室内出血的检出优于CT，而且对少量SAH也十分敏感。所以SWI比常规MRI能发现更多、更小的出血病灶，能更确切的显示出血灶的部位、大小和数目，对客观判断脑外伤的严重程度具有重要的指导意义。

SWI显示病灶的数目和体积与患者的GCS分数及预后具有密切关系。患者病灶数目和体积代表脑组织损伤、坏死或胶质增生的程度，病灶数目越多、体积越大，表明损伤的部位越广泛及脑组织损伤范围越大。Tong等［28］研究发现，SWI序列显示的病灶数目和体积与GCS评分呈负相关关系，GCS分数较低(≤8)或昏迷时间较长(＞4天)的患儿出血灶的数量和体积明显大于预后较好的患儿;在受伤6～12个月后，已经恢复正常或轻度残疾患儿出血灶的数目和体积明显小于中、重度残疾和植物生存状态的患儿。韩成坤等［29］对DAI研究发现，与出血灶的体积相比，DAI病灶的数量与GCS评分的相关性更强。王晓阳等［30］另外还发现GCS分数与SWI所示中线结构出血灶数目也呈明显负相关关系，而与双侧颞枕叶出血灶数目无明显相关，这可能由于脑干中存有的网状结构，它可调节肌张力，影响躯体运动，参与觉醒、警觉和睡眠，调节内脏活动，并与呼吸、心跳和血压有着密切关系，因为脑干网状结构中的生命中枢受到损伤，导致临床GCS评分较低。

SWI对mTBI的诊断及预后具有重要的意义。蒋熙攘等［31］研究发现，mTBI患者伤后是否存在意识障碍与SWI检出微出血灶有关，并且出血灶的数目越多、越广泛，伤后发生颅脑损伤后综合征( PTBS)的可能性越大。林金莲等［32］对mTBI进行对比研究发现，SWI在检测出血灶阳性患者及出血灶数量方面均显著高于常规MRI，并且推测，昏迷组患者的PTBS发生率比非昏迷组高可能与昏迷组出血灶检出率高于非昏迷组有关。Beauchamp等［33］研究发现，SWI不仅能够发现严重DAI患者的病灶，而且能够显示轻型或者局灶的颅脑损伤病灶;大约19%的CT检查阴性的mTBI患者，SWI能够发现出血病灶，且SWI显示病灶数目越多，智力功能就越差。另对mTBI抑郁患者随访发现［34］，SWI显示抑郁组颅内出血灶的数量和体积均大于非抑郁组，且这种差异表现在额颞顶叶，其它区域没有显著差异。所以SWI能够更好的诊断和评估mTBI患者的病情，为mTBI的治疗和预后提供帮助。

4　SWI对出血灶的鉴别诊断

SWI对出血表现为低信号，而颅内一些其它的病变和结构也可以表现为相似的信号，所以需要鉴别: ( 1)钙化灶:钙化是反磁性物质，所以表现为低信号。但出血为顺磁性物质，在相位图上，钙化表现为高信号或高信号为主的混杂信号，出血表现为低信号或低信号为主的混杂信号［35］。( 2)正常小静脉:正常小静脉具有血管结构的连续性，且边缘光滑，通过观察连续层面可以鉴别。( 3)与正常灰质核团的鉴别:灰质核团双侧对称，形态规则，在SWI表现为稍低信号，而出血表现为明显低信号［29］。

5　问题及展望

SWI的主要缺点一是扫描时间长，容易出现运动伪影，对患者的配合要求高;二是对部分非出血性小病灶，SWI与常规MRI均不能很好显示;三是对组织磁化率差异较大的区域(如颅底的含气鼻窦)，成像受到一定的限制。但SWI由于对出血灶的高度敏感性，能够比常规CT和MRI发现更多、更小的病灶，能够更加明确病灶的部位和范围，所以对TBI患者尤其是轻型颅脑外伤具有独特的优势，能够为轻型颅脑外伤提供循证医学依据，对临床治疗和医学鉴定等均有很大的帮助。随着4.0T甚至7.0T磁共振的开发应用，后处理软件的不断改进，检查时间将不断缩短，图像分辨率不断提高，SWI将会成为轻型颅脑损伤的常规和首选序列。

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(学术编辑:董国礼)

综述

Application of susceptibility-weighted imaging in mild traumatic brain injury

YANG Ran1，2，ZENG Wen-bing1，ZHAI Zhao-hua2，GAO Cai-liang1
( 1.Department of Radiology，Wanzhou Three Gorges Central Hospital，Chongqing 404000; 2.Department of Radiology，Affiliated Hospital of North Sichuan Medical College，Nanchong 637000，Sichuan，China)

【Abstract】Susceptibility-weighted imaging is a new technique that exploits differences in magnetic susceptibility between tissues.It is characterized by three-dimension，high-resolution，fully velocity compensation.It is very sensitive to intracranial bleeding especially diffuse axonal injury.In this article，we present a review focusing on the principles and application of susceptibility-weighted imaging.

【Key words】Susceptibility-weighted imaging; Magnetic resonance imaging; Traumatic brain injury; Diffuse axonal injury

作者简介:杨染( 1982－)，男，硕士，主治医师。通讯作者:曾文兵，E-mail: 422817593@ qq.com

基金项目:重庆市卫生局医学科研计划项目( 2015MSXM128)

收稿日期:2015－02－11

doi:10. 3969/j. issn. 1005-3697. 2016. 01.39

【文章编号】1005-3697( 2016) 01-0142-04

【中图分类号】R445.2

【文献标志码】A