超详细解析：磁敏感加权成像在神经外科领域的应用

Reichenbach 等开创的磁共振静脉成像（MRV）为后来 Haacke 等发明磁敏感加权成像（SWI）并在临床和基础研究领域广泛应用奠定了基石。SWI 利用常规 MRI 检查的磁矩图像和相位图像，对检测微出血和微脉管系统具有更高的敏感性。

过去几年间，SWI 技术在神经肿瘤、神经血管、神经创伤和神经功能外科得到了广泛应用。来自加拿大圣迈克尔医院的 Di Ieva 博士等对 SWI 技术的当下和未来进行阐述以飨读者。

WI 的技术基础 

1.   梯度回波 T2*

MRI 图像的信号强度由 3 个参数决定：（1）质子密度；（2）T1 弛豫时间；（3）T2 弛豫时间。T1（纵向弛豫时间）和 T2（横向弛豫时间）均代表质子在接受射频脉冲信号后恢复静息状态的时间。

2. SWI 

WI 是一种 3D 梯度回波序列，最初用于 MRV，其利用血氧饱和度水平和提取的相位信息以与周围组织作对比。把磁矩数据（常规 MRI）和滤过的相位数据进行后处理，运用最小信号投影（mIP）法以描述梯度回波 T2* 上看不到的微出血（图 1）。 

图 1：SWI 生成过程中的图像。A. 磁矩图；B. 滤过相位图；C. 最小信号投影转换图；D.SWI

表 1 列出的是 SWI 生成中所涉及的一系列技术术语。

WI 已经在 1.5T、3T 和 7T 场强条件下应用过。高场强可增强磁敏感效应，所产生的 SWI 图像具有较高的信噪比，因而对正常脑结构、肿瘤和深在/细小血管的细节能显示地更清晰。然而超 7T 高场强却能使铁浓度较高区域的脑结构图像失真。尽管如此，相位图像仍可用于区分反磁性物质（钙）和顺磁性物质（去氧血红蛋白、含铁血黄素和铁蛋白）。

WI 在神经肿瘤外科的应用

1. 检测和诊断脑肿瘤 

许多研究证实 SWI 在显示肿瘤血管、内部结构和出血方面要优于 T1WI、T2WI、增强 T1WI、T2*、FLAIR、质子密度加权（PDWI）和 DWI（图 2 和图 3）。SWI 可显示低级别胶质瘤（如星形细胞瘤）内的小血管，亦可显示高级别胶质瘤，如胶质母细胞瘤（GBM）的复杂肿瘤脉管系统。不论肿瘤级别高低，SWI 均可协助肿瘤分级，从而为进一步诊断和治疗提供依据。

图 2：胶质母细胞瘤患者的图片资料。钆增强的 T1WI 显示一强化病变，中心有坏死灶（左），SWI 通过最小信号投影转换发现瘤内多发出血灶和细小线状血管（右）

图 3：胶质母细胞瘤患者的图片资料。A. 滤过的相位图见右侧脉络丛内高信号出血（白箭头）和低信号钙化（黑箭头）；B.SWI 显示低信号的脉络丛钙化（黑箭头）和出血（白箭头）；C.CT 显示脉络丛钙化

除了肿瘤脉管系统，钙化对诊断颅内肿瘤有着非凡的意义。有报道称，相比于无钙化者，伴有钙化的肿瘤患者具有更长的生存期和更佳的预后。虽然 CT 常用于显示钙化，SWI 亦可有效地显示肿瘤内钙化（表现为低信号）。

在有些肿瘤或疾病，利用常规影像学检查可能难以诊断，而 SWI 或许能辅助鉴别诊断。如 SWI 可协助区分脑脓肿和坏死性 GBM（脑脓肿内见双重低信号环而 GBM 则无，图 4）。有学者报道，SWI 可鉴别基底节生殖细胞瘤与亚急性腔隙性梗死。现今，有些学者正在用 SWI 区分脑肿瘤与多发性硬化（MS）斑块。

Haacke 等报道了 SWI 能较敏感的发现 MS 病灶内的铁沉积。通过 mIP 法 SWI 更能显示 MS 病灶内的血管结构。SWI 显示铁沉积区域意义重大，因为铁尤其是含铁血黄素往往与 MS 斑块的位置一致。虽然肿瘤卒中亦可导致脑实质内铁沉积，但是 MS 斑块和肿瘤卒中在 SWI 影像上差别较大（出血部位表现为低信号，而 MS 斑块内可见穿行的静脉，MS 斑块周围则可见稍细的静脉网）。

图 4：转移瘤病人的图片资料。钆增强的 T1WI 显示左额叶一环状强化病变伴明显周围水肿（左）；SWI 显示病变前壁有含铁血黄素沉积（右）

有一些研究证实了 SWI 检测脑转移瘤的能力。值得一提的是，人们利用一种较为客观的技术——百分比定量法（PQ），来鉴别不同的脑转移瘤。PQ 所分析的是 SWI 上点状或线状病灶。遗憾的是，PQ 法不考虑 SWI 上病变的分布和形态特征，因此将丢失很多信息。这个缺陷使人们怀疑这项技术的敏感性。

除了显示肿瘤特点，SWI 也被用于对肿瘤进行客观分级（虽然不同研究间所利用的分级方法差别较大）。Park 等发明一种利用肿瘤内磁敏感信号（ITTSSs）（肿瘤内的点状或线状低信号）半定量地进行脑肿瘤分级的方法。肿瘤的分级由 ITTSSs 数量决定。因 GBM 的 ITTSSs 更显著，故运用此法可与淋巴瘤鉴别。然而 ITTSSs 在低级别胶质瘤中的适用性差，更重要的是，对 ITTSSs 的定量具有很大主观性。故其应用因此受限。

Hori 等描述了另一种基于 SWI 上低信号/瘤体大小（低信号比）的脑肿瘤分级方法。低信号比与 WHO 的脑肿瘤分级吻合度良好，且优于其他分级方法，如 ITTSSs 分级法。然而，低信号比亦是一半定量方法，也受评价者的主观因素影响。

Di Ieva 等介绍了一种基于碎片的计算机分析方法以进行胶质瘤分级。肿瘤内微出血和肿瘤脉管系统的 SWI 信号被几何化，经由计算机进行定量碎片分析，其结果与 WHO 胶质瘤分级相关（图 5）。

图 5：不同级别的胶质瘤（WHOⅡ、Ⅲ和Ⅳ）。SWI 显示瘤内有明确的血管影（WHOⅡ呈线状，随级别增高其弯曲度和密度增高）和团状点，提示瘤内出血和/或坏死（在 WHOⅢ和Ⅳ更明显）。二维碎片（FDSWI,y 轴）的数值随着肿瘤级别增高而增高

虽然应用 SWI 进行肿瘤分级尚无一致性结论，然而以上证据已经证明了其在肿瘤分级方面的潜力和价值。总而言之，相对于常规 MRI，SWI 在脑肿瘤诊断中可提供独一无二信息。

2. 脑肿瘤随访和治疗应答

一些研究证实，SWI 可应用于追踪肿瘤进展。治疗前，T1WI 增强的病变在 SWI 上的低信号比例与辅助治疗（包括放疗、化疗和抗血管生成药物）的效果相关。SWI 上低信号比例越高则新诊断的 GBM 对辅助治疗应答越好。用 SWI 可监测肿瘤患者对贝伐单抗（一种血管生成抑制剂）的应答情况。若应答良好则肿瘤内血管减少，反之则肿瘤内血管增多并伴有瘤内微出血。除此之外，SWI 可通过监测瘤内微出血以评价胶质瘤和髓母细胞瘤的放疗后损伤。

当下的重点是开发客观的临床方法（如 PQ 和碎片分析），以减少在评估肿瘤恶性程度和预后时的主观性。

WI 在神经血管外科的应用 

脑血管畸形（VMs）可破坏正常脑血管结构，导致脑出血或毛细血管功能丧失。SWI 可更精确地探明脑梗塞患者的栓塞区域，监测 VMs 患者的引流静脉系统。

1. 栓塞探查 

通过皮质血管征（CVS）可明确栓塞区域。CVS 利用的是栓塞侧和对侧某一血管内去氧血红蛋白和氧化血红蛋白的比例差别。SWI 可高效地监测到 CVS 以诊断动脉栓塞，并可通过对比溶栓前后 CVS 的变化以评估再灌注水平。虽然测量 CVS 可为栓塞区域的判断提供精确信息，一种简易判断栓塞区域的方法是在 SWI 上找到扩张和低信号的皮质血管。

WI 上扩张的血管区域与 MRA 的结果相关性良好，故可用于监测血管栓塞和出血性转化。

2. 监测梗塞转归

仅有少数研究是关于 SWI 监测梗塞病人转归的，然而各家报道差异较大。Bai 等提出，再灌注后 SWI 上脑内微出血的数量与良性转归呈正相关。考虑到脑内微出血提示再灌注损伤，Bai 等的观点令人怀疑。

WI 和 DWI 图像上不匹配是脑梗塞预后的另一标志，其基于灌注加权成像（PWI）与 DWI 的不匹配。考虑到至今尚无神经放射领域对 PWI-DWI 不匹配的明确定义，SWI-DWI 不匹配也同样面临着定义不明的问题。尽管如此，近期有研究表明 SWI-DWI 不匹配是评估脑梗塞病人缺血半暗带的一个可靠标志。

测量 CVS 的变化也可预测脑梗塞病人的预后，虽然至今尚无其可靠性的共识。SWI 可监测血管再通前后 CVS 的变化。若血管再通后半球两侧静脉对称则提示预后较好，若梗塞侧静脉无对侧明显则提示预后不良。

3. 诊断 VMs

据报道，SWI 在检测 VMs 方面要优于 T1WI、T2WI、增强 T1WI 、T2*和 FLAIR。然而这些研究主要集中在脑海绵状血管瘤（图 6）。尽管如此，SWI 仍可能成为一种有效诊断 VMs 的方法。SWI 可鉴别高流量和低流量 VMs（图 7），尤其在 7T 超高场强条件下与病理吻合度良好。因与诊断 VMs 的金标准（包括 DSA 和时间流逝法 MRA）具有高度的一致性，SWI 是一种很有前途的诊断 VMs 的方法。

图 6：A 和 B.T2 梯度回波序列显示低信号病灶；C：SWI 经过最小信号投影转换证实为右侧额叶旁进展性静脉畸形，也就是海绵状血管瘤

图 7：SWI 显示右侧颞顶叶一 AVM 和引流的浅静脉，皮质静脉扩张（白箭头）。引流的深静脉呈扩张迂曲状（黑箭头）与右侧室管膜下静脉连接，汇入右侧大脑内静脉

WI 在神经创伤外科的应用

WI 可有效地检测出颅脑创伤（TBI）患者脑白质内出血，并藉此区分弥漫性周所损伤（DAI）患者有无白质出血。而区分出血性和非出血性 DAI 对指导治疗和评估预后都有一定的意义。

1. 病变诊断

脑干和胼胝体上点状出血灶是 DAI 的典型影像学表现。很多研究显示，在诊断 DAI 方面，SWI 要敏感于 CT、T2WI、T2*和 FLAIR。SWI 对微出血诊断的高度敏感性决定了其是诊断 DAI 充分和必不可少的一项检查。

WI 可增加脑内病变的检出率，更重要的是颅内病变的数目和大小与 Glasgow Coma Scale（GCS）评分相关联（图 8）。

图 8：一位 22 岁车祸重度颅脑损伤患者，入院 GCS 为 3 分，SWI 显示灰白质交界处、放射冠、半卵圆中心、基底节和脑干区域广泛性出血。这些微出血在 CT 和其他 MRI 序列不可见

2. 转归预测

许多研究已经证实了 SWI 在预测颅脑损伤患者转归方面的作用。SWI 上病变的数量和大小与临床严重程度呈正比。若将临床相关变量（如 GCS 评分和昏迷时间）和 SWI 结合，可显著增强预测转归的能力。

尽管如此，在目前条件下，SWI 仍只能作为一种预测颅脑外伤患者的临床转归的补充手段。临床变量仍是最佳的预测手段。然而，当临床变量很难评估时，SWI 则是一种最好的补充。

WI 在神经功能外科的应用

在神经功能外科方面，SWI 可为神经外科医生提供更精确的解剖学信息。因此使得深部脑刺激（DBS）和 γ 刀放疗更加安全有效。

DBS

DBS 治疗的基础是靶向定位基底节区某一特定核团，如丘脑底核（STN）或苍白球内侧核（GPi）。DBS 手术需要 MRI 引导下立体定向，微电极植入和术中测试。SWI 可清晰地辨识红核、黑质（SN）、苍白球、STN 和一些脑干核团，以此协助术前规划。此外，SWI 对脑干周围静脉血管的辨别能力还有助于减少电极植入时出血的并发症（图 9）。

图 9：作 SWI 和 CT 图像融合以进行术中导航，CT 图像上增加静脉信息（A 和 B），WHOⅡ岛叶胶质瘤（C）。将 SWI 信息与 CT 图像融合，无框架立体定向活检时可避免对肿瘤内外的血管损伤

对健康志愿者和需接受 DBS 治疗的病人图像研究证实，SWI 在显示 STN 方面要优于 T1WI、T2WI、T2*和 PDWI。在 7T 超高场强条件下，SWI 可更好的显示中脑的各个结构、GPi 和苍白球外侧核（GPe），并进一步描绘出 SN、STN、GPi 和 GPe 的三维关系以指导电极植入。

WI 的局限性

虽然在显示血管和出血方面 SWI 要优于常规 MRI，其仍有自身的局限性。首先是收集数据所需时间较长，这就增加了运动伪影发生的机会。虽然高场强 SWI 和并行采集技术的应用可显著减少检查时间，进一步减少数据采集时间仍是 SWI 检查的头等大事。

其次，SWI 容易产生空气-组织伪影。再者，在进行病变计数时神经放射学家和计算机程序往往采用逐层计数法，此过程容易将血管影误认为病变而夸大病变计数。

将 SWI 图像和组织病理结果对照的研究较少。目前仅有的关于 SWI 与组织病理结果对照的研究多为颅内肿瘤。考虑到一些颅内病变本身呈良性过程（如毛细血管扩张症），很难有活检和 SWI 的对照。

本文由丁香园学术编辑 侯坤 编译

编辑：程培训

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