磁敏感加权成像核心技术解读与其在缺血性卒中中的相关应用

马小丹，夏万泓，张英魁

当人体进入一个较强的外磁场环境中，人体组织便被一定程度的“磁化”，但不同组织在相同的外磁场环境中所表现的磁化属性和被磁化的程度不同，即磁化率不同。根据磁化率的不同可将物质分为顺磁性物质、抗磁性物质、超顺磁性物质和铁磁性物质等。物质表现出的磁化率差异构成了MRI的另一种对比，SWI就是用以突出病变或组织间磁化率差异的成像技术。因不同厂商实现该技术的核心基础不同，所以其商品名称也各异。如基于幅值图与校正相位系数相乘以实现磁敏感加权的经典SWI，基于多回波融合采用更长回波时间（echo time，TE）以突出磁化率差距的重T2*成像（T2star weighted angiography，SWAN），基于施加微弱扩散梯度实现黑血成像的流动敏感黑血成像（flow sensitive black blood，FSBB）等，虽然其成像基础各异，但均以突出组织磁化率差异为目的，故本文均将其统称为SWI。

SWI在卒中的诊断和治疗中具有特别重要的临床价值[1]，对于该技术的深入了解是影像科医师解读SWI信号及其改变的基础，本文将对SWI基本原理及其在缺血性卒中中的应用价值进行总结和介绍。

1 磁敏感加权成像的序列基础及实施方案

虽然不同的设备厂商提供的SWI序列的商品名称不同，且实施方案各异，但其都具有相同的序列基础，即均基于三维成像的梯度回波序列，且均具有较明显的权重。梯度回波序列是MRI中一个重要的序列家族，其和自旋回波序列家族的一个重要区别是在回波读取之前未施加射频聚焦脉冲，因此不能消除磁场不均匀对组织弛豫的影响，SWI正是利用梯度回波序列这一特点来突出不同组织之间的磁化率对比。但是仅仅采用一般的梯度回波序列还无法实现磁化率对比加权成像，为此，不同的设备厂商采用不同的策略来实现更突出的磁敏感差异成像。

1.1 经典磁敏感加权成像 SWI是经典的解决方案。SWI的核心技术是通过将扫描出的幅值图与处理后的相位蒙片相乘，突出不同磁化率组织之间的磁化率对比[2]。采用经典SWI技术可获得以下几种图像：①幅值图（magnitude图），是采用梯度回波序列成像直接得到的图像；②相位图（phase图），显示的是校正后的相位图；③SWI图，是利用幅值图与相位蒙片多次相乘所获得的磁敏感对比更突出的图像；④最小密度投影（minimum intensity projection，minIP）图，是对SWI图像进行薄块重建并进行minIP所获得的图像（图1）。经典SWI通过对扫描出的相位图进行校正获得校正后的相位图，然后将校正后相位图上的相位信息按照规定系数相乘进一步获得相位蒙片。当组织为顺磁性物质时，相位蒙片对应的系数通常＜1，而当组织为抗磁性物质时，相位蒙片对应的系数=1。幅值图与相位蒙片多次相乘后，顺磁性物质的信号越来越低，而抗磁性物质的信号不变，以此实现磁敏感加权。在分析经典SWI序列信号时需要理解每组图像之间的联系与区别，才能区分出每一组图像更适合的临床使用场景。

图1 经典SWI不同图像对比

1.2 其他方式的磁敏感加权成像 经典SWI存在一定的专利限制，无法直接复制到其他厂商的成像设备上进行成像，所以不同厂商各自开发了基于不同成像原理的SWI技术，其对应的商品序列名称也不同。如采用多回波融合的SWAN，通过多回波融合获得更长的TE从而获得更明显的T2*对比，以此突出组织间的磁化率差异（图2）。再如FSBB，在三维梯度回波序列基础上结合一个较弱的扩散梯度达到黑血效果，以便于静脉血管的显示，通过TE的选择该序列也可用于磁敏感对比成像。因为不同厂商实现SWI的具体方案不同，给使用者带来一定理解和应用上的困难，也给使用者提出了更高的要求，深入理解SWI的相关原理，对于参数优化具有重要意义。

1.3 相位图与相位图判读 尽管不同设备厂商实现SWI的具体实施方案和序列各有差异，但大多数厂商在提供磁敏感加权对比图像时都会提供相应的相位信息图。SWI提供的相位信息图是对原始相位图进行高通滤过所获得的校正相位图，有助于鉴别出血和钙化，因为二者在SWI中都表现为低信号，校正相位图可以区分二者的磁化属性。出血性病变含有顺磁性物质，而钙化为抗磁性物质，二者在相位图上呈现不同的信号表达。解读相位图信号需要注意的是，不同设备厂商成像设备的相位图因为采用了不同的螺旋法则，出血和钙化在相位图像中的信号表现也不同。出血在该设备相位图上表现为高信号，钙化表现为低信号；而在其他厂商设备上可能刚好相反，即出血为低信号而钙化为高信号（图3）。如果对此难以记忆，可以通过对比观察病变和静脉血在相位图上的表现加以判断，如果二者信号一致提示为出血类病变，如果二者信号相反则提示为钙化类病变。

图3 相位图在出血和钙化诊断中的对比

1.4 磁敏感加权成像不同图像的综合判读 经典SWI可以提供幅值图、相位图、SWI图及minIP图；基于不同成像原理的其他SWI也会提供幅值图、相位图和minIP图。与经典SWI相比，其他厂商将SWI原始图中的幅值图通过特定的技术处理可提供更为明显的磁敏感对比。对于SWI所提供的这些不同种类的图像，使用者需要理解每一组图像的信号特点，以便于在不同临床场景选择更适宜的图像进行解读。以经典SWI为例，虽然幅值图的磁敏感差异相比于SWI图更弱，但其对病变具体形态轮廓的显示更有优势；虽然SWI经过相位蒙片相乘后更能突出磁敏感对比，但其对于病灶的显示也具有夸大的效果，从而难以判断病灶的具体形态轮廓；minIP图能够更宏观地显示病变的全貌，但其不利于显示病变的细节（图4、图5）。在对SWI进行信号解读时需要根据不同的疾病选择适当的图像进行对比观察来满足诊断的需求，从而给出更综合的判断。

图4 SWI不同图像对静脉窦血栓的显示效果对比

图5 SWI不同图像对静脉畸形的显示效果对比

2 磁敏感加权成像在缺血性卒中中的应用

SWI最初的开发目的是用于静脉系统血管成像，但在实际临床应用中却发挥着更广泛的临床作用，特别是在卒中的诊断和疗效评估方面，SWI有着特别重要的临床应用价值，下文重点讨论SWI在缺血性卒中中的实际应用。

2.1 卒中预防与基础血管病变评估 对于存在缺血性卒中风险的高危人群，正确的预防措施是非常必要的。缺血性卒中的某些高危因素可能同时也是出血性卒中的高危因素，如长期高血压既可能导致脑部血管粥样硬化或斑块形成从而导致缺血性卒中，也可能导致小血管损伤从而导致血管破裂出血。在进行卒中预防过程中准确地评估慢性疾病所导致的基础血管病变对于正确选择预防措施极为重要。SWI可以敏感地显示微出血病变[3]，因此更适用于基础血管病变评估（图6）。

图6 SWI评估基础血管病变的图像对比

2.2 大血管狭窄后代偿评估 发生大血管狭窄后机体会有一定的代偿机制，如侧支循环的建立。当机体有足够的侧支代偿时，狭窄大血管相应的供血流域没有明显的缺血性表现；而当机体不能建立起足够的侧支循环时，相应供血流域就会处于相对缺血的状态。机体为了满足自身对氧的需求量，相应供血流域组织就会提高对该区域血液中氧的摄取能力，致使该区域回流的静脉血液中脱氧血红蛋白浓度升高。此时进行SWI，可见静脉显示明显增多[4]（图7）。同理，如果SWI发现供血流域内静脉显示增多，提示大血管狭窄已进入组织代偿阶段，也是代偿不良的一个征象。

图7 SWI评估大血管狭窄后侧支循环代偿水平的图像对比

2.3 更准确地反映大血管闭塞后缺血范围 大血管闭塞后相应供血流域会发生不同程度的缺血改变，此时可以通过SWI中显示静脉增多的范围来判断缺血范围。虽然通过灌注成像可以更准确地评估缺血范围，但在缺乏灌注成像条件时SWI图像也能提供有价值的信息[5]（图8）。这可以为远期不良事件的评估和进一步治疗提供有价值的影像学依据。

图8 SWI精确反映大血管闭塞后缺血范围的图像对比

2.4 敏感评估出血转化 缺血性卒中同时涉及神经系统和循环系统两个系统的病理改变，二者之间相互作用、影响会导致病变进展呈螺旋式恶化。缺血区域的脑组织因为缺血、缺氧导致神经组织坏死的同时还会分泌一些毒性因子，使相应区域小血管也因此发生平滑肌受损以及毛细血管床破坏改变。在临床治疗过程中病变区域可伴有闭塞血管的再通或侧支循环的建立，使缺血区域的血供得到一定程度的恢复。但由于小动脉平滑肌麻痹而丧失血流调节功能，宏观血流的再通有可能导致微循环水平的过度灌注，加之微血管床的损伤，将增加出血转化的风险。缺血性卒中一旦发生出血转化，其致死率、致残率都会明显增加。不同分期的出血转化出血程度和临床表现不同。及早发现出血转化可以指导临床医师及时调整治疗方案，有效预防出血转化导致的病情进一步恶化。但早期的出血转化仅表现为渗血改变，即脑实质内还未形成明显片状出血灶，此时CT及普通MRI等影像学检查并不能敏感地发现出血灶，SWI则对于这类渗出性出血改变非常敏感，可以及早发现出血转化的存在（图9），提示临床不宜进行溶栓治疗。

图9 SWI显示梗死灶内出血转化及血管内血栓形成的图像对比

3 讨论

一项检查技术在临床应用中的价值有多大，很多时候取决于影像科医师对该技术的理解有多深。SWI作为一种特殊对比度成像技术在临床中的应用日益普及，其可用于明确静脉血管畸形，也可用于颅内肿瘤病变血供评估等，在卒中（包括出血性卒中、缺血性卒中）中也具有特别重要的诊断和鉴别诊断价值[6]。深度理解每项技术背后的原理，深度解读每幅图像表达的信号特点，是影像科医师为临床提供精准治疗影像学依据的重要前提。