磁敏感成像的原理及其临床应用课件

1、磁敏感成像的原理 及其临床应用许尚文2008-6-19 SWI是一种可以用于检测组织磁场属性的新技术，利用不同组织间的磁敏感性差异, 通过选择合适的回波时间以产生静脉内最大的信号抵消,结合相位信息调整最终影像的对比。它对于显示正常或异常的小静脉非常有效, 能够比常规梯度回波序列更敏感地显示出血, 甚至微小出血。一、磁敏感成像的原理1.血液产物及其磁敏感效应2.非血红素铁和钙及其磁敏感效应 3.静脉结构显像1.血液产物及其磁敏感效应血红蛋白含有4个二价铁原子,当铁原子与氧气结合的时候, 则没有多余的未成对电子存在。含氧血红蛋白是反磁性物质, 而去氧血红蛋白含有4个未成对电子是顺磁性物质。当去氧血

2、红蛋白的铁被氧化成三价铁形成高铁血红蛋白时, 它就含有了5个未成对电子，仅有很弱的磁敏感效应。高铁血红蛋白稳走性差,易解体。最终由巨噬细胞吞噬引起组织内含铁血黄素沉积。含铁血黄素为高顺磁性物质。顺磁性和反磁性物质,均可使局部磁场发生改变而引起质子去相位,去相位程度的强弱仅取决于像素内磁场变化的大小。2.非血红素铁和钙及其磁敏感效应人体内除了血红蛋白外, 非含铁血红素铁(如铁蛋白、转铁蛋白和钙等)也可以影响组织的磁敏感效应。颅内非含铁血红素铁主要以顺磁性的铁蛋白形式存在, 因而, SWI的相位信息可以反映脑内铁的分布特点以及神经退行性疾病时的脑铁异常沉积。3.静脉结构显像含脱氧血红蛋白的静脉血引

3、起磁场的不均匀性导致：T2*时间缩短和血管与周围组织的相位差加大等两种效应。第一个效应是指含脱氧血红蛋白的红细胞与血浆之间的容积磁化率差别,使动-静脉的T2*时间差异加大。例如1.5T MRI动脉血的T2*大约为200ms,氧饱和量为70%的静脉血的T2*约为100ms。应用适当时间的TE脉冲序列就可以将动-静脉区分开来, 脱氧血红蛋白便成为一种内源性对比剂使静脉显影。T2*的缩短导致信号的降低,成为SWI的首要成像基础。第二种效应为静脉内容积磁化率引起血管内质子的频移,使静脉血与周围组织之间产生相位差,选择适当的回波时间(例如在1.5T的MR 仪上可选择TE40ms) 可以使体素内静脉与周围

4、组织的信号差达到最大,从而减少部分容积效应的影响,清晰显示细小静脉。 再通过后处理, 使用相位图与强度图相乘最终获得磁敏感影像。一般进行35次相乘, 以提高影像的对比。使用最小强度投影可获得静脉影像。根据SWI原理,只要组织间存在磁化率差异, 理论上即可以通过SWI显示出组织对比。磁敏感成像对于局部磁场不均匀性特别敏感, 因此在某些磁化率差异特别大的区域, 其成像受到一定的限制, 如颅底的含气鼻窦, 由于存在气-组织平面, 两者的磁化率差异极大, 因此造成局部特别强的伪影。二、磁敏感成像的临床应用1、SWI对脑血管畸形的诊断2、SWI对脑血管病的诊断3、SWI对脑肿瘤的诊断4、SWI对脑创伤的

5、诊断5、SWI对神经变性疾病的诊断2.1 SWI对脑血管畸形的诊断2.1.1 血管畸形 TOF-MRA和PC-MRA依赖于血液的流动效应, CE-MRA能提高对小血管的分辨力,受体素块较大所致部分容积效应的影响,难显示细小血管。隐匿型静脉疾病( 如海绵状血管瘤、静脉血管瘤、毛细血管扩张等) 有时即使用对比剂也较难发现。这类血管畸形的特点是血流缓慢。2.1 SWI对脑血管畸形的诊断 SWI 可以显示脑内直径1mm的静脉和直径1mm 的静脉, 且不受血流速度和方向的影响, 有助于血管畸形的分类。目前该技术似乎是唯一可以精确显示非出血性海绵状血管瘤以及毛细血管扩张的方法。SWI 较T2*WI 对于颅

6、内隐匿性血管疾病更敏感, 能清晰显示病灶的界线, 且能提供更详细的信息, 显示出更多的病灶。 SWI 诊断小的AVM也显示出强大的优势。 但显示供血动脉差。对接近颅骨的病灶, 由于气体与组织界面间的磁敏感性, 应用受到一定的限制。有研究表明：患者出现症状2.5h,SWI即可显示出血灶,最早发现病灶的时间是发病23min。DWI和PWI诊断脑梗死具有较高的敏感性和特异性, 但是对于出血的诊断却不够理想。CT难以鉴别脑梗死动脉溶栓后颅内对比剂渗出与少量出血。2.2 SWI对脑血管病的诊断SWI可以将二者区分开来,判断此类病人以及将要或已接受抗凝或抗血小板治疗的病人是否存在出血, 对于治疗方案的选择

7、非常重要。SWI对脑静脉血栓的诊断具有重要价值,尤其在显示皮质静脉血栓方面具有优势。2.2 SWI对脑血管病的诊断2.3 SWI对脑肿瘤的诊断目前临床应用的各种MRI脉冲序列都很难显示肿瘤的内部结构,而SWI可以发现肿瘤内部的出血和静脉结构。肿瘤生长依赖病理血管形成,恶性肿瘤通常具有快速增长的血管结构和多发微量出血。SWI有助于确定肿瘤良恶性以及恶性程度的分级。增强T1WI和SWI对病灶的显示有显著差别。前者主要显示肿瘤内部结构的坏死,囊变等成份。后者所显示的内部结构主要为血液的代谢产物,SWI显示肿瘤边界、内部结构、出血和静脉结构的效果更好。SWI还可以提供类似FLAIR的图像对比度,使脑脊

8、液的信号得到抑制,有助于显示高信号的水肿,SWI既包含T2*效应又能显示病灶周围的水肿,更有利于发现占位性病变。总之, SWI是一种能够分辨新生血管、出血及进行肿瘤分级的有效方法。2.4 SWI对脑创伤的诊断脑外伤是否合并颅内出血对评估病情、判断预后和选择治疗方法都有重要意义。由于出血病灶在常规MRI图像上的表现复杂多样,很容易漏诊小出血灶。SWI在显示出血病灶方面的有明显优势。2.5 SWI对神经变性疾病的诊断某些神经变性疾病如帕金森症、亨廷顿病、阿尔茨海默病、多发性硬化等, 其病理改变常常伴有脑内铁的异常沉积。测定脑内某些部位的铁含量(主要为铁蛋白) 不仅仅可以掌握疾病的进程, 而且还可以在一定程度上预测病人的愈后。 总之，SWI能够提供比常规MRI更加详细的信息, 有助于显示静脉的解剖结