磁敏感成像（SWI）为什么要这么扫！

来源：磁共振之家

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MRI成像中很多效应都有着双重效应，既可以用来产生特殊的对比，完成对病灶的鉴别诊断；又可以产生某些特殊的伪影，影响病灶的显示与鉴别。如物质具有不同的磁化率属性，在MRI成像过程中可由于物质间的磁化率不同产生磁敏感伪影；同时也可利用物质间的磁化率不同来产生特殊的对比——磁敏感成像！

磁敏感成像SWI（Susceptibility-Weighted Imaging）是利用人体内的铁、钙化、血液代谢物等不同组织或物质间的固有磁化率差异作为对比来源的成像技术。

SWI的主要应用：

• 对微小静脉、静脉畸形高度敏感。小体素成像，且不依赖血流流速。

• 对出血高度敏感。对微出血灶的显示比2D梯度回波序列敏感3-6倍，发现更早、更小的出血灶。

• 对铁质高度敏感。检测铁质含量和分布。
  

• 对钙化高度敏感。钙化灶在常规T1WI、T2WI上信号缺乏特异性（可高、中、低）。

在临床扫描中，SWI最常用于小静脉、钙化、微出血、血管畸形的鉴别诊断。

在介绍磁敏感成像之前先简单介绍磁化率的知识。

磁化率是组织的固有属性，用于描述某种物质被磁化的程度，通常用X表示，不同组织或物质的磁化率差别非常大，其磁化率的属性取决于原子核外电子的分布。

• 原子核外具有成对的电子，通常表现为逆（抗）磁性，如氧合血红蛋白。
  

• 原子核外具有不成对的电子，通常表现为顺磁性，如脱氧血红蛋白、高铁血红蛋白、含铁血黄素等。

根据物质被磁化的程度不同可以分为：

• 逆磁性物质：在外加磁场的作用下产生一个很小的磁矩，其磁矩的方向与外加磁场的方向相反。磁化率X<0，但非常小，在10^-5量级，这类代表物质如氧合血红蛋白、钙化、水、脂肪、不锈钢、金等。

• 顺磁性物质：在外加磁场的作用下产生一个很小的磁矩，其磁矩的方向与外加磁场的方向相同。磁化率X＞0，但非常小，在10^-6-10^-3量级，这类代表物质如增强用的钆对比剂、脱氧血红蛋白、高铁血红蛋白等。

• 铁磁性物质：在外加磁场的作用下能迅速产生一个很大的磁矩，且外加磁场拆除后仍能保持磁化现象的物质。该类物质的磁化率非常大，在10-10⁶量级，这类代表物质如铁、钴、镍等金属。

• 超顺（亚铁）磁性物质：在外加磁场的作用下能迅速被磁化，且外加磁场拆除后能迅速退磁的物质。该类物质的磁化率在10-10³量级，这类代表物质如MRI分子探针SPIO。

当把具有一定磁化率的组织或物质放置于均匀强大的主磁场环境中时，组织被磁化形成“小磁铁”，产生相应的感应磁场，这种感应磁场不仅影响组织的内部，同时也会影响局部磁场的均匀性。

• 不管是顺磁性还是抗磁性，都会改变磁场的均匀性。

• 对局部磁场均匀性的影响程度主要取决于物质的磁化率、形状和体积。

详情请参考：人体置入主磁场中之后，发生了什么？

人体内常见的磁敏感物质：

钙化	氧合血红蛋白	脱氧血红蛋白	高铁血红蛋白	含铁血黄素	铁蛋白
逆磁性	逆磁性	顺磁性	弱顺磁性	强顺磁性	高顺磁场

人体内源性的磁性物质会改变局部磁场，在外加磁场的作用下：

• 顺磁性物质产生的正向感应磁场使得局部磁场增大。

• 抗磁性物质产生的负向感应磁场使得局部磁场减小。

局部磁场的改变不仅会导致相位的差别，还会使得信号幅值的降低，通过一定的技术来获取这种磁化率差异导致的相位差和信号的衰减的图像对比，则是磁敏感成像机理。

为什么需要相位图？

无论是顺磁性，还是逆磁性，都能改变局部磁场均匀度，只要造成磁场的不均匀，都会加速质子的去相位，造成信号的衰减，在磁敏感图像上表现出低信号。

所以单凭磁敏感图像上的信号强度难以鉴别是顺磁性物质还是逆磁性物质，如钙化和出血灶怎么区分？

则还需结合相位图上的信号方向变化才能对其鉴别。

顺磁性物质和逆磁性物质在不同厂家的相位图上显示的形式不一样。

• 右手坐标系：以联影、GE、飞利浦为代表。顺磁性的静脉、出血灶等为低；逆磁性的钙化为高；如上图。（当然出血会受T1和T2双重影响，部分在SWI上表现会随分期发生改变，在此不作讨论）。

• 左手坐标系：以西门子、佳能。顺磁性的静脉、出血灶等为高；逆磁性的钙化为低；

简单的方法：

①桌面上放一个时钟，右手坐标系伸出右手，左手坐标系伸出左手。

四个手指朝顺时针方向弯曲，大拇指的方向代表顺磁性物质的信号。大拇指朝上，为高，朝下则为低。

②看静脉，静脉血液主要含顺磁性的脱氧血红蛋白，表现为顺磁磁性。在相位图像上如物质与静脉一致则为顺磁性物质，不一致则为逆磁性物质。

什么序列可以更敏感的检测这种磁化率差异？

磁敏感成像通常采用T2*加权的扰相梯度回波序列来实现。而不同于常规T2*WI的是磁敏感成像需采用长TE、高分辨率、完全流动补偿的3D采集模式，将采集的原始图像经过复杂的运算处理，最终获得幅度图和相位图来对组织成分完成鉴别诊断。

磁敏感成像不同于常规的T1WI、T2WI对比成像，其反映的是组织间磁敏感差异对比的成像。

• 常规的T1WI、T2WI成像只采集信号强度变化的幅值（信号强度）图，主要通过组织间的信号幅值变化进行鉴别诊断。
  

• SWI成像同时采集幅值信息和相位信息，除了要观察在幅值图上信号强度变化外，还需关注在相位图上信号方向变化的磁敏感对比信息。

为什么采用梯度回波？

• 由于快速自旋回波在信号的读取中有多个聚焦脉冲的存在，很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影响，很显然快速自旋回波对磁场的均匀性不敏感，不利于实现磁敏感成像。

• 而在信号读取中只有读出梯度参与的梯度回波序列不能有效克服组织的磁化率差距带来的信号衰减，所以梯度回波序列更利于实现磁敏感成像，更能有效检出这种信号丢失和相位变化。

SWI仅能用于静脉的成像？

在MRI成像中，我们可以利用动、静脉的流速差异进行成像，同时我们也可以利用其血氧浓度进行成像。SWI最早被称为血氧依赖的静脉成像，其主要是利用顺磁性属性的脱氧血红蛋白来进行静脉成像。

• 脱氧血红蛋白的浓度依赖于血氧浓度，所以在SWI上显示的并不仅仅并不局限于静脉。不管是静脉，还是动脉、肿瘤血管，只要脱氧血红蛋白浓度足够高，表现出了足够的磁敏感差异就能被显示出来。

• 同时，只要磁性物质导致了一定的相位差，造成信号的衰减，就能在磁敏图像上表现出来。

所以SWI的应用已不再局限于静脉的评估，同时也不再局限于颅脑部的应用。

SWI扫描中常见的几个重要参数。

①TE值的合理选择是成像的关键

• TE：TE需足够长，以积累一定的相位差，获得更好的相位对比。

• 需兼顾在信号强度上能很好区分动、静脉、磁性物质；在相位上能很好的分区钙化、出血等磁性物质。

• 但不宜过长，TE过长，相位图像易出现卷积伪影。通常选择为T2*值的一半。

• 多个TE优于单个TE。

我们可以根据脱氧血红蛋白与周围组织的磁化率差异来粗略计算TE值。

静脉与周围脑灰白质的磁化率差异大约存在0.20ppm；脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白之间大约存在0.18ppm的磁化率差异，这个微小的差距对SWI 回波时间（TE）的选择非常关键。

我们可根据这个微小的差异来算出其二者反相位时间，1.5T 大约40ms，3.0T大约20ms。这个时间附近更利于静脉与周围脑组织间的对比，增加局部微小静脉、出血灶的显示能力。

计算方法可参考：MRI中那些实用的数值与计算方法！

②TR：通常设置为最短，以节省扫描时间。

③FA：计算其恩斯特角，并保证T2*WI对比，参考下表。

④带宽：采用宽的带宽以减轻磁敏感伪影。

⑤完全流动补偿，需要在相位、频率（读出）和层面三个方向上施加流动补偿。

• 以消除流动对成像过程中相位信息的影响，同时减轻流动导致的运动伪影和流动导致的相位信息在空间上的错配。

• 保证图像的稳定性很准确性，SWI通常使用轴位进行扫描。

⑥高空间分辨率，薄层、大矩阵，小体素。

• 高分辨率扫描。其容积效应轻，能更准确描述对应解剖结构的磁敏感信息。

• 小体素，能更好的描述组织间相位变化，突出组织间的磁敏感差异，更利于小病灶、小血管的显示。

在实际扫描中应处理好时间、空间分辨率和信噪比三者间的关系。

⑦3D容积扫描模式。

• 3D使得空间分辨率更高。同等的空间分辨率的情况下，3D的图像信噪比远远高于2D。

• 3D容积成像，更利于在容积内施加流动补偿以保证相位信息的准确性和图像的稳定性。

在实际扫描中，参数的设置需要综合考虑对目标组织的显示能力、扫描时间、分辨率、对比度，合理调整优化TE、TR、FA、带宽等参数。相关的参数可参考下表：

（感兴趣的可查阅该文）

参考文献：

刘欣瑶,毕京凤,张英魁.脑出血信号改变机制与磁共振影像表现[J].中国卒中杂志,2021,16(12):1217-1221.DOI:10.3969/j.issn.1673-5765.2021.12.004.

Xiao Z Z M .High signal-intensity abnormalities in susceptibility-weighted imaging for primary intracerebral hemorrhage[J].International Journal of Neuroscience, 2019, 129(7a12).

张英魁,黎丽,李金锋. 磁共振成像系统的原