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磁敏感加权成像在脑肿瘤中的诊断应用关键词：脑肿瘤磁共振来源： CHKD期刊全文库国际医学放射学杂志2010年第3期 （本文作者：山西医科大学第一医院放射科 沈俊林等） 磁敏感加权成像（susceptibility -weighted imaging, SWI） 是近几年发展起来的MR 新技术，是一项可以反映组织磁敏感特性的新的对比增强技术，提供了T1WI、T2WI、质子密度及扩散加权成像之外的另一种对比度，包含铁、钙、血红蛋白代谢物等物质的组织磁敏感性与邻近的背景组织明显不同，在幅度图像后处理中使用相位掩码（phase mask）技术提高幅度图像的相位对比，从而提高对引起磁敏感效应物质的显示。现在该技术已被广泛运用于中枢神经系统病变的临床诊断与研究中，脑肿瘤是神经影像学研究热点之一，其早期诊断、分级诊断及鉴别诊断具有重要的临床意义，现就有关磁敏感成像技术在脑肿瘤应用研究情况综述如下。 1 临床应用价值 1.1 在肿瘤分级中的价值 高级别和低级别病灶的治疗方法不同，临床上对星形细胞瘤的准确分级具有重要的预后和治疗意义。高级别星形细胞瘤（WHO 、级）无论是否可以切除，均需进行放疗或放化疗联合；低级别星形细胞瘤（WHO、级）可行手术切除，且有治愈的趋势，辅助放化疗仅推荐给不能完全切除的级肿瘤或年龄大于40 岁的病人。Burger 等发现，肿瘤病理学特征（如瘤细胞增殖、细胞核异形性、有丝分裂活动、肿瘤坏死和血管增生）中，仅血管增生能够预测间变性星形细胞瘤病人短期及长期生存时间。SWI 使得观察脑星形细胞瘤中血管结构的改变成为可能，能够为肿瘤准确分级提供有效的无创性检查手段。 肿瘤内磁敏信号(intratumoral susceptibility signals, ITSS) 标准定义是肿瘤内部聚集或不聚集呈簇低信号的细微线状或点状结构，SWI 可观察到而常规MRI 不明显。有研究者将ITSS 按形态学表现分为3 种：聚集的点状结构、聚集的细微线状结构和点状与细微线状混合结构；并根据SWI 上肿瘤内线状或点状结构数目将病灶分级，制定出ITSS 分级系统。 Park 等对41 例弥漫性星形细胞瘤病人的研究发现，ITSS 见于所有胶质母细胞瘤（级），且病灶ITSS 级别最大；间变性星形细胞瘤（WHO 级）中，ITSS 的级别是可变的； 而低级别胶质瘤中见不到ITSS。ITSS 级别和星形细胞瘤级别的Spearman相关系数为0.88。ITSS 级别对星形细胞瘤分级诊断的敏感度、特异度、阳性预测值及阴性预测值分别为85.2%、92.9%、95.8%和76.5%。 1.2 提高病灶检出率和敏感性 生殖细胞瘤主要见于松果体区或鞍上区，起源于基底节区的生殖细胞瘤临床罕见， 与其他部位的生殖细胞瘤相比，基底节区生殖细胞瘤体积常较大，通常35 cm，伴轻度占位效应，囊变、钙化和出血常见。由于生殖细胞瘤对放射线高度敏感及病变早期单独放疗即有潜在治愈可能，因此早期诊断对于治疗和预后十分重要。然而，由于病情呈典型缓慢进展，颅内高压症状通常发生在病变晚期，血清甲胎蛋白（AFP）和人类绒毛膜促性腺激素（HCG）水平可在正常范围，且常规MRI 信号改变不明显及缺乏占位效应，早期诊断仍然十分困难。 病理学表明，出血和铁沉积可发生于生殖细胞瘤，甚至出现在病变早期，识别出血和铁沉积有助于肿瘤的早期诊断。SWI 对于静脉血管、出血产物及生物性金属沉积有独特的敏感性。理论上讲，SWI能够对早期基底节生殖细胞瘤中出血和铁沉积的演变过程进行追踪。 除了肿瘤内出血，基底节区生殖细胞瘤SWI 上信号强度的变化有其他两种机制：第一，基底节结构，特别是内囊和苍白球，富含生物性金属，如铁。肿瘤的侵犯将会导致神经递质轴突运输的破坏，形成异常的铁沉积。第二种可能的机制是肿瘤细胞分泌的神经递质结合在基底核团的神经元及神经节细胞的受体上，进而将释放生物性金属信号传递至苍白球。 Lou 等对6 例基底节区生殖细胞瘤常规MRI和SWI 表现进行了对比研究，3 例早期基底节区生殖细胞瘤， 常规MRI 显示肿瘤最大直径10 mm，T1WI 上肿瘤不易发现或仅表现为稍高信号；T2WI上呈斑片状稍高信号， 不伴占位效应，T1WI-Gd 无强化； 由于肿瘤内的出血产物及生物性的金属沉积，SWI 上表现为苍白球和壳核区的显著低信号，范围较常规T1WI 及T2WI 大。另外3 例为晚期，由于肿瘤体积增大、成分复杂性增加，T1WI、T2WI 及T1WI-Gd 上病灶信号呈明显不均匀性；在SWI 上肿瘤的整体可见性及边界显示较差，且无法显示肿瘤室管膜下播散。鉴于基底节区生殖细胞瘤在常规MRI 和SWI 上截然不同的表现， 常规MRI 和SWI的联合应用能够对基底节生殖细胞瘤的早、晚期进行明确的划分。 1.3 帮助判断病灶内各种征象的病理意义 1.3.1 脑内单发强化病灶 脑内单发强化病灶（solitary enhancing brain lesions, SELs），如高级别星形细胞瘤、单发脑转移瘤、中枢神经系统淋巴瘤及感染性肉芽组织等的鉴别诊断仍是目前临床MRI亟待解决的难题。然而，常规MRI 对SELs 鉴别诊断的敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值相对较低。 高级别星形细胞瘤含有大量的脱氧血红蛋白，可能与血管再生和肿瘤血供增加有关，它能够引起磁敏感效应，导致SWI 信号降低；原始中枢神经系统淋巴瘤最显著的组织病理学特征是血管的生长方式和扩大的血管周围间隙，新生血管化不是原始中枢神经系统淋巴瘤的主要特征，这种病理学背景能够解释SWI 上ITSS 的缺乏。尽管丰富的血管结构是感染性肉芽组织共同的病理学特征，然而，感染性肉芽组织SWI 形态学上表现为弥漫的或模糊的低信号，不符合ITSS 的定义。 Kim 等根据病灶内ITSS 强度，采用ITSS 分级系统对64 例SELs （30 例胶质瘤、22 例非胶质细胞肿瘤及12 例非肿瘤病灶） 行常规MRI 及联合SWI后的影像资料进行定性及半定量分析，结果发现常规MRI 诊断准确度为67%， 联合SWI 后诊断准确度提高到78%；ITSS 见于100%的多形胶质母细胞瘤，40%间变性星形细胞瘤，11%脑转移瘤； 利用高级别ITSS 可鉴别多形胶质母细胞瘤与单发脑转移瘤；此外，ITSS 对高级别星形细胞瘤和淋巴瘤、非肿瘤病灶（感染性肉芽肿）鉴别的特异度为100%。多形胶质母细胞瘤和单发脑转移瘤中ITSS 级别的差异具有重要的临床意义，然而造成这些差异的病理生理学基础有待于进一步的研究阐明。 1.3.2 对比增强SWI （contrast-enhanced SWI, CESWI） 类似于对比增强T1WI （contrast-enhancedSWI,CE-T1WI），注射对比剂后，由于肿瘤区域血脑屏障的破坏或肿瘤供血丰富，病灶CE-SWI 表现为信号增强；由于存在丰富的供血或引流血管，肿瘤边缘常表现为高信号，内部强化表现各异。然而，CE-SWI 和CE-T1WI 并非显示同样的细节，肿瘤内部结构的CE-T1WI 取决于病灶内部的坏死、囊变和分隔；而CE-SWI 还取决于肿瘤静脉、出血和钙化。因此，CE-SWI 能在显示肿瘤的一般强化特征的基础上同时显示静脉、出血和钙化，提供不同于常规MRI 序列的肿瘤内部结构信息。 Pinker 等将SWI 上病灶内磁敏感效应(susceptibility effect ，SusE) 定义为低信号管状影或非管状影，经常聚集呈簇，代表增生的微血管。该研究中，22 例高级别肿瘤，3 例病灶在CE-SWI 上表现为轻度或无对比增强， 但SusE 至少以低频率出现， 其中1 例病灶内SusE 聚集呈簇；1 例中等级别肿瘤，虽不表现为对比增强，但病灶内SusE 出现频率居中。对比增强既可提示肿瘤局部血脑屏障破坏，也可提示病灶血供丰富，与肿瘤恶性程度无直接关系， 但有助于显示肿瘤及肿瘤边界； 病灶内SusE 是肿瘤血管增生的指征， 与肿瘤迅速生长有关，并与肿瘤分级直接相关，是评价肿瘤恶性程度更为敏感的指标。 由于磁性对比剂内在磁敏感位移，高浓度对比剂的T2* 效应会诱导血管相位失真， 表现为高信号假象。如果相位变化由负到正，相位掩码将不再会影响体素，静脉血管不会表现为明显的强化，通过相位分析和相位展开，能够克服这个局限。出血产物在对比剂注射后相位不会改变，而静脉血管相位会发生改变，高信号假象将有助于鉴别静脉结构和出血产物。此外，对比剂能够缩短血液的T1值，额外的相位位移能够在短的采集时间内增强血液的信号衰减，从而缩短扫描时间。 1.3.3 病灶出血和钙化钙化 对于脑肿瘤诊断和鉴别诊断是十分重要的征象。常规自旋回波T1WI和T2WI 上，钙化的信号表现各异，不能明确鉴别；梯度回波成像上， 两者均引起局部磁场的改变，表现为低信号。SWI 相位图有助于肿瘤内出血和钙化的鉴别，对于右手系统，相位图上肿瘤钙化以高信号成分为主，中心层面外周表现为低信号，两极表现为高信号；出血灶信号与之相反。如果病灶较小，并呈球形或类球形，可通过相位图像上的信号高低以及病灶中心层面外周和两极层面的信号变化来鉴别；对于不规则形钙化灶和出血灶或不同时期出血共存的出血灶，还可通过中心层面外周的信号高低以及病灶的形态（钙化为走行僵直的线条或条块状影）鉴别。 2 应用其他影像学检查，提高对SWI 征象的认识 2.1 高血供区与高代谢区的关系 葡萄糖代谢活跃程度与肿瘤恶性程度有关，良性和低度恶性病灶18F-FDG（18F-fluorodexyglucose）摄取与正常白质相似， 而大多数高度恶性脑肿瘤18F-FDG 摄取则明显增高。氨基酸代谢显像主要反映脑内蛋白质合成水平，11C-MET(11C-methionine)能够被存活的肿瘤细胞摄取，而在巨噬细胞和其他细胞中摄取较少，恶性肿瘤细胞要求更多的氨基酸用于能量供给、蛋白合成和细胞分裂，在恶性细胞中氨基酸的转运是增加的。生长迅速的肿瘤血供丰富并且存在特定的血管结构，SWI 对脑肿瘤成像可以显示出不同类型肿瘤和肿瘤内不同部分中静脉结构的复杂性和多样性。Pinker 等利用18F-FDG 及11C-MET-PET 与SWI 进行相关性研究发现， 病灶内SusE 出现频率和PET 对脑肿瘤分级有明显的统计学相关性；病灶内聚集呈簇的SusE 和正电子发射体层摄影术（PET）分级也有明显的统计学相关性。 2.2 出血区和高血供区与组织活性的关系 脑胶质瘤中血管增生与肿瘤活性和侵袭性相关，动态磁敏感对比增强技术(dynamic susceptibility contrastenhancing, DSC)的灌注加权成像（PWI）能够提供胶质瘤新生血管和血管再生相关的信息，是目前确定脑胶质瘤分级的最佳成像方法。相对脑血流量（rCBV)和血管渗透性（Ktrans），是脑胶质瘤分级的可靠指标。 近来，SWI 作为非对比增强的脑肿瘤成像序列，适用于对比剂禁忌证或不能耐受团注对比剂的病人，被认为是无创性进行脑肿瘤分级有价值的成像方法。高级别肿瘤由于血管增生和血供增加，肿瘤内含有相对较多的脱氧血红蛋白，它产生的磁敏感效应，引起SWI 上信号的衰减。 Park 等对41 例脑弥漫性星形细胞瘤的研究发现， 病灶相同层面ITSS 大小和CBVmax值存在明显的相关性；在rCBV 和高分辨SWI（HR-SWI）的融合影像中细微线状或点状ITSS 部分与CBVmax图相一致， 而ITSS 最大的区域不能准确地和CBVmax图相对应，可能的解释是ITSS 不仅反映脑肿瘤富血管状态，而且与肿瘤坏死和微出血所致的磁敏感效应有关。 3 应用SWI 技术辅助其他影像学检查 MR 波谱（MRS）是目前唯一能无创性观察活体组织代谢及生化变化的技术。有研究报道，MRS的高Cho/Cr 值与SWI 肿瘤矩阵中出血代谢物浓度相关。另一方面， 磁敏感伪影是最容易观察到的MRS 伪影，通常与磁敏感性物质的影响有关，如颅底的鼻旁窦、骨质结构、出血等均可导致局部磁场扰动，造成对采集体素的影响，降低MRS 谱线质量。 Josey 等对健康人脑及脑肿瘤的研究发现，SWI 图像或相位图像磁场不均匀性指标（体素值标准差增加）与低质量的MRS 谱线指标（谱线半高全宽）明显相关。研究者认为，通过增强后的SWI 识别肿瘤出血区和对比增强区，优化MRS 体素定位，有利于提高频谱质量，减少重复性检查及缩短扫描时间。 4 SWI 的局限性和今后的发展 尽管相位掩码前已对气体-组织交界面或背景磁场不均匀导致的磁敏感伪影进行了滤过， 但气体-组织交界面附近仍有残存的伪影； 肿瘤出血产物沉积，特别是术后病灶中残留高浓度含铁血黄素导致的磁敏感伪影，使病灶的低信号区域常常被夸大，不利于病灶内其他结构的显示。采用双回波采集技术(double-echo acquisitions)，采集带宽较宽，回波畸变程度较轻，可以减轻磁敏感伪影，同时保持高的空间分辨率。 SWI 序列扫描时间较长，且对运动伪影十分敏感，不利于危重病人的检查。MR 快速成像技术，特别是平面回波成像技术(echo planar imagi