磁敏感加权成像从技术到临床之——如何实现磁敏感加权成像？

什么是磁敏感加权成像：简单的说，是一种通过特殊的序列来突出组织之间磁敏感差别对比的成像技术。磁敏感加权成像这一概念最早提出是在1997年由Reichenbach, E Mark Haacke等提出，当时他们更多关注的是如何利用脱氧血红蛋白作为内源性示踪剂来实现头部静脉成像的理念。随后有很多相关的文献发表，如果读者感兴趣可以搜一下“MR BOLD Venography”这个主题，会搜到很多类似的文献。显而易见，早期磁敏感加权成像的关注点更多的是利用脱氧血红蛋白的顺磁性效应来实现静脉成像。一方面，因为脱氧血红蛋白的浓度取决于血氧浓度，另一方面，因为静脉血中脱氧血红蛋白浓度更高。所以把这种成像技术称为血氧水平依赖的静脉成像。

这里笔者希望大家牢记一个概念：脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白的之间存在0.18PPM的化学位移，这个微小的化学位移现象对于磁敏感加权成像的回波时间选择却非常重要。在不同的主磁场强度时由这个化学位移所导致的频率差（以Hz为单位）不同，因此对应的反相位时间也不同。有一点需要提前说明一下：尽管早期的磁敏感加权成像更多关注的是有关静脉成像，但随着对磁敏感加权成像认识的不断深入，它的应用也远远超出了静脉成像这个范畴。同时，随后的临床应用环节笔者将谈及在磁敏感加权成像所显示的血管也未必都是静脉结构，无论静脉还是动脉，只要其中脱氧血红蛋白的浓度足够高，就可能被显示，这在肿瘤血管显示中占了很重要的地位。更准确的说：磁敏感加权成像不是专门的显示静脉的血管成像，而是显示脱氧血红蛋白浓度的成像。

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重T₂^*梯度回波序列是实现磁敏感加权成像的基础：如果要回答如何实现磁敏感加权成像，其实就是要回答用什么样的序列才能最大化的突出组织之间磁敏感差别的对比。回答这个问题，需要我们简要回顾一下有关脉冲序列的基本概念。在前面的分享中我们讨论过有关自旋回波序列和梯度回波序列的基本概念，这里再简单复习一下：自旋回波和梯度回波一个重要区别就是要看回波是怎么形成的：自旋回波家族中其回波中有射频聚焦脉冲的参与，这一射频聚焦脉冲所产生的回波信号在理想状态下与读出梯度所读取的信号刚好重合，虽然我们采集的信号是读出梯度读取的，但这个隐藏其中的聚焦脉冲最大程度上消除了各种空间上有规律的磁场不均匀对弛豫信号的干扰，显然自旋回波序列家族不利于实现磁敏感加权成像。与自旋回波家族相对比，梯度回波序列的信号读取只有读出梯度参与，所以它不能有效克服组织间磁化率差别所导致的信号衰减，因此梯度回波序列更有利于实现磁敏感加权成像。因此，尽管不同厂商的设备上对应的磁敏感加权成像技术商品名不同，但它们有一个共同的属性就是都是基于梯度回波序列基础之上，而且通常都是重T₂^*加权的梯度回波序列。

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磁敏感加权成像中的相位图：在磁敏感加权成像过程中相位图具有非常重要的意义，一方面相位信息能更敏感的显示不同组织的磁化率差别，同时相位信息也是诊断和鉴别诊断的一个重要依据。在磁共振成像过程中会同时产生幅值图和相位图两种信息，但通常显示的图像是幅值图像，而相位信息图不被常规使用。在磁敏感加权成像过程中会同时保留幅值图和相位图两种信息，传统的磁敏感加权成像还会利用相位信息图生成相位蒙片图，利用这个相位蒙片图与幅值图进行卷积从而突出磁敏感对比。在其他的磁敏感加权成像虽然不利用蒙片相乘但相位信息对于鉴别出血或钙化至关重要。关于相位信息图有几个概念需要把握：

原始相位图与校正相位图：

需要注意的是在磁共振成像过程中直接得到的相位信息图并不能直接用于相位蒙片，这是因为一些含气结构，如鼻窦或颞骨乳突等与临近组织间具有更大的磁化率差别，它们对相位信息图具有更明显的影响，在这种相位信息干扰下组织间微弱的磁化率差别通常会被淹没其中。为了突出组织之间的磁化率差距，必须对这个原始相位图进行校正并得到校正相位图。对原始相位图进行校正的过程就是一个滤波的过程，滤波函数的选择非常重要，滤过不充分会导致过大的外来干扰，而过度滤过也可能导致有些组织间磁化率差别信息丢失。

图片说明：这里给大家图示一下传统磁敏感加权成像的过程：显然原始相位图上无法显示组织信息，该相位图经过滤波处理后得到校正相位图，根据校正相位图上所获得的相位信息根据人为规定的法则与幅值图进行卷积相乘，从而得到磁化率加权图（即磁敏感加权图），通常对该图进行厚层最小强度投影处理。

判读相位图时需要注意的问题：

当我们解读一幅相位图时需要注意采集相位图所遵循的坐标系原则，如果采用的是右手坐标系原则，则顺磁性物质的相位为负，在GE的相位图上遵循这个右手坐标系原则；某些厂家遵循的左手坐标系原则，此时顺磁物质的相位为正。所以出血或钙化在相位图表现是亮的信号还低黑的信号和采用相位信息图所遵循的坐标系原则相关，在GE的SWAN成像中的相位图上出血表现为低信号，钙化表现为高信号。这一点希望读者引起注意。

此外，各厂家实现磁敏感加权成像的方式不同，下面简单介绍不同厂商实现磁敏感加权成像的不同方式。

相位蒙片相乘法磁敏感加权成像：

磁共振成像过程中同时具有幅值和相位两种信息，只是通常情况下并未利用相位信息。在传统的磁敏感加权成像（SWI）保留这种相位信息图并以相位信息图作为蒙片与幅值图进行几次相乘从而突出了磁敏感加权对比。因为磁化率不同会导致磁共振信号的相位信息不同。

公式说明：这是相位蒙片相乘法磁敏感加权成像的运行公式。这个公式中大家可以看到：对于顺磁性物质而言会产生一个负的相位角，此时我们运用公式可以计算出相乘因子w(x)小于1，这样当用这个加权因子与幅值图反复卷积相乘时顺磁性物质的信号强度会不断变小，而公式中另一个规定对于非磁性物质或抗磁性物质而言其相位角大于或等于0时相乘加权因子规定为1，这样反复卷积相乘后该类物质的幅值不发生变化，这样经过几次相乘后就加大了顺磁性物质与非顺磁性或抗磁性物质的对比，从而突出了磁敏感对比。

多回波迭代重T₂^*对比磁敏感加权像：

与传统磁敏感加权成像不同的是在多回波迭代重T₂^*磁敏感加权成像保留相位信息但不进行相位蒙片卷积，以GE的SWAN(Star Weighted Angiography)为例，采用多回波的梯度回波采集技术，这样就获得了权重更突出的磁敏感对比图像。与传统相位蒙片相乘法的磁敏感加权成像相比，SWAN这种多回波迭代技术相对更直接，可以理解为通过扫描获得的磁敏感加权图像，而传统的磁敏感加权成像则可以理解为通过后处理重建获得的磁敏感加权成像。虽然成像的方式不同，在临床上的应用是相同的。

除了上述谈及的磁敏感加权成像实现方式外，也有厂家采用小幅度弥散方式实现磁敏感加权成像，如流动敏感黑血成像（Flow Sensitive Black Blood, FSBB），这种FSBB除了施加强度很低的扩散梯度外，在序列采集上也采用比较长的TE从而实现突出磁敏感对比的目的。

小结

本文重点阐述了磁敏感加权成像的概念以及不同的实现方式，希望读者了解并掌握以下几个要点：

1.  实现磁敏感加权成像所依托的序列基础是重T₂^*梯度回波序列；

2. 相位信息图在磁敏感加权成像中具有重要的临床意义；

3. 解读相位图信息要了解所遵循的坐标系原则。