磁敏感加權成像對腦腫瘤診斷價值初探

沈俊林，張 輝，劉起旺，楊曉棠，錢麗霞，張鎖旺，梁 力，王 樂

磁敏感加權成像(susceptibility weighted imaging, SWI)是一種全新的、反映組織間磁敏感差異對比的成像技術，具有三維、高分辨率、高信噪比的特點。所形成的影像對比有別于傳統的T1WI(T1-weighted imaging)、T2WI(T2-weighted imaging)、PDWI(proton density weighted imaging)及DWI(diffusion weighted imaging)成像，可以充分顯示組織之間內在磁敏感特性的差別。鑒于SWI在顯示靜脈結構、血液代謝產物、鐵質沉積等方面十分敏感，使其腦腫瘤、腦血管病、腦外傷、神經變性病等中樞神經系統疾病中有廣闊的臨床應用前景。筆者通過對41例腦腫瘤的SWI研究，并與常規MRI序列對比，初步探討SWI技術在腦腫瘤診斷方面的應用價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象

搜集2009年3月至2009年10月本院腦腫瘤病例41例，男23例，女18例，年齡15～59歲，平均34.5歲，臨床表現為頭痛、嘔吐、癲癇發作和局灶性神經缺失癥狀，除4例腦轉移瘤患者為臨床證實外，其余病例均經手術病理證實。參照世界衛生組織(WHO)2007年中樞神經系統腫瘤分類標準，本組中腦膜瘤15例，包括2例術后復發者；低級別星形細胞瘤(Ⅱ級)5例，間變型星形細胞瘤(Ⅲ級)9例及膠質母細胞瘤(Ⅳ)6例(1例術后復發者)；腦轉移瘤6例。

1.2 MRI設備及檢查方法

采用SIEMENS Magnetom Avanto 1.5 T磁共振成像系統，仰臥位，頭頸聯合8通道頭顱相控陣線圈。常規橫斷位(T1WI、T2WI)及橫斷位SWI檢查，30例同時行增強T1WI(CE-T1WI)及SWI(CESWI)。肘靜脈注射釓噴替酸葡甲胺(Gd-DTPA)，劑量0.1 mmol/kg。各序列掃描參數如下：①常規掃描：梯度回波(GRE)T1WI序列：TR 195 ms, TE 4.76 ms，翻轉角70°，FOV 230 mm×187 mm，矩陣256×256，激勵次數1，層厚6 mm，間隔1.2 mm；快速自旋回波(TSE)T2WI 序列：TR 4000 ms, TE 98 ms，FOV 230 mm×230 mm，矩陣320×299，激勵次數2，層厚6 mm，間隔1.2 mm。②SWI序列：高分辨率3D擾相位梯度回波序列(3D-FLASH)，TR 49 ms，TE 40 ms，翻轉角15°，FOV 230×201，矩陣256×202，激勵次數1，層厚2 mm；通過機器的SWI后處理軟件自動得到校正的相位圖和強度圖，采用SIEMENS Leonard工作站3D-MIP軟件進行最小密度投影得到mIP圖，相關參數為層間距1.2 mm，層厚6 mm。

1.3 圖像分析方法

由2名高級職稱醫師觀察描述腦腫瘤SWI表現，并對SWI的強度圖、校正后相位圖及mIP圖結合MRI常規序列圖像進行背對背對比分析。觀察項目包括，腫瘤顯示、瘤周水腫、腫瘤出血、腫瘤鈣化及腫瘤靜脈，并對上述項目進行評分，按0～3分劃分：0分，無法發現病變；1分，病變顯示不佳；2分，部分病變可判斷；3分，容易判斷病變。SWI圖像觀察項目的判斷標準為：①腫瘤顯示：病灶與正常組織對比度，內部信號特點；②腫瘤出血：大小不等的點狀、斑片狀低信號影，分布不均勻，大小無規律；③腫瘤鈣化：經CT掃描證實的斑點狀、團塊狀低信號，邊緣僵直；④腫瘤靜脈：長條狀直線或彎曲走形的管狀結構，或連續層面可追蹤的低信號點。鑒于本組資料腫瘤類型和級別的不均質性，評分結果不按腫瘤類型進行區分。對同時行CE-T1WI和CE-SWI序列掃描者，根據評分結果，按照上述5個觀察項目，對CE-T1WI和CE-SWI序列做出比較，分為：CE-T1WI較好、CE-SWI較好及兩種均好。

1.4 統計學方法

應用SPSS 15.0統計學軟件包，將兩位醫師的評分結果進行析因設計的方差分析，如結果有統計學意義，再采用LSD多重檢驗方法進行多重比較，P＜0.05為有統計學意義。

2 結果

2.1 腦腫瘤的SWI表現

2.1.1 腫瘤顯示：本組15例腦膜瘤均為實性，13例腫瘤實質部分呈等或稍高信號(圖1～3)；2例術后復發者信號稍低，介于腦脊液與腦組織信號之間(圖4～6)。5例低級別星形細胞瘤(Ⅱ級)，除1例囊變外，均為實性，實性成分信號稍高于腦組織，囊性成分呈稍低信號(圖7～9)。15例高級別星形細胞瘤(Ⅲ、Ⅳ級)，10例為囊實性腫瘤，實質部分稍低于腦組織信號，囊性部分表現為類似信號，僅憑信號強度難將二者區分；5例實性病灶均表現為稍低號(圖10～12)。6例轉移瘤，3例為囊實性病灶，實質成分呈稍低信號，2例病灶囊性與實性成分信號相近；3例實性病灶呈稍低信號(圖13～16)。

2.1.2 瘤周水腫：8例腦膜瘤、所有高級別星形細胞瘤和轉移瘤均伴瘤周水腫，表現為斑片狀高信號；7例腦膜瘤及所有低級別星形細胞瘤(Ⅱ級)未見瘤周水腫。

表1 兩名醫師對41例腦腫瘤MRI各序列圖像的統計評分(分)

表1 兩名醫師對41例腦腫瘤MRI各序列圖像的統計評分(分)

掃描序列 腫瘤顯示 瘤周水腫 腫瘤出血 腫瘤鈣化 腫瘤靜脈SWI醫師1 2.00±0.500 2.07±1.292 1.05±1.284 0.46±0.925 2.76±0.435醫師2 1.95±0.590 2.00±1.225 1.02±1.255 0.51±1.003 2.68±0.471平均 1.98±0.544 2.04±1.252 1.04±1.261 0.49±0.959 2.72±0.452 CE-SWI醫師1 2.53±0.507 2.00±1.339 0.93±1.230 0.60±1.070 2.93±0.254醫師2 2.40±0.498 1.93±1.363 0.93±1.230 0.57±1.006 2.83±0.379平均 2.47±0.503 1.97±1.340 0.93±1.219 0.58±1.030 2.88±0.324 T2WI醫師1 1.83±0.587 2.15±1.276 0.54±0.840 0.20±0.511 0.73±0.593醫師2 1.66±0.530 2.12±1.269 0.44±0.776 0.17±0.442 0.49±0.553平均 1.74±0.562 2.13±1.265 0.49±0.805 0.18±0.475 0.61±0.583 T1WI醫師1 1.24±0.624 0.98±0.821 0.39±0.666 0.10±0.374 0.37±0.488醫師2 1.10±0.625 1.10±0.917 0.39±0.703 0.17±0.495 0.20±0.401平均 1.17±0.625 1.04±0.867 0.39±0.681 0.13±0.438 0.28±0.452 CE-T1WI醫師1 2.70±0.466 0.93±0.828 0.33±0.661 0.10±0.548 1.97±0.669醫師2 2.70±0.466 1.07±0.944 0.30±0.535 0.10±0.403 1.80±0.664平均 2.70±0.462 1.00±0.883 0.32±0.596 0.10±0.477 1.88±0.666

表2 兩名醫師對30例腦腫瘤CE-T1WI和CE-SWI序列圖像的評價結果(例)

2.1.3 腫瘤靜脈：所有腦膜瘤病例均顯示腫瘤邊緣靜脈，呈弧形受壓改變；13例瘤周靜脈粗細均勻，沿腫瘤表面單層排列，瘤內靜脈斷面稀少；2例術后復發者，瘤周靜脈層數增多，排列紊亂，瘤內靜脈斷面增多。5例低級別星形細胞瘤(Ⅱ級)腫瘤靜脈稀疏，呈散在點狀、線狀低信號。15例高級別星形細胞瘤(Ⅲ、Ⅳ級)腫瘤實質靜脈豐富，呈粗細不均的點狀、線狀低信號，部分扭曲呈團；與腫瘤相連的引流靜脈呈增粗、紆曲的線狀低信號。轉移瘤實質內亦可見豐富的點狀、線狀低信號靜脈影，其中2例病灶周圍血管呈弧形改變。

2.1.4 腫瘤出血與鈣化的鑒別：6例腦膜瘤病灶內部混雜斑點狀、團片狀低信號磁敏感效應，邊緣僵硬、銳利，相位圖以低信號為主，周邊環以高信號，結合CT相應部位可見形態一致的鈣化致密影；2例復發性腦膜瘤病灶內也表現為斑片狀低信號磁敏感效應，但邊緣欠銳利，相位圖以高信號為主，周邊環以低信號，經病理證實為大量含鐵血黃素；5例低級別星形細胞瘤(Ⅱ級)病灶內部未見斑片狀低信號磁敏感效應；15例高級別星形細胞瘤中，6例合并出血者表現為斑點或斑片狀低信號磁敏感效應，相位圖以高信號為主，周邊環以低信號；6例轉移瘤，僅1例病灶表現為出血所致低信號磁敏感效應。2.1.5 腫瘤對比增強表現：對比劑增強后，除5例低級別星形細胞瘤、2例高級別星形細胞瘤及1例腦轉移瘤外，所有病例實性成分均明顯強化，腫瘤靜脈、出血代謝物、鈣化灶顯示清晰，未見強化(圖17～19)。

2.2 兩名醫師對MRI各序列評分及統計結果

經統計學分析，在腫瘤出血、腫瘤鈣化及腫瘤靜脈顯示方面，SWI(包括CE-SWI)與T1WI(包括CE-T1WI)、T2WI評分結果差別具有統計學差異(P＜0.01)；在瘤周水腫顯示方面，SWI(包括CESWI)與T2WI評分結果差別無統計學意義；在腫瘤顯示方面，CE-SWI及CE-T1WI與其他序列評分結果的差別有統計學意義(P＜0.01)(表1)。

2.3 兩名醫師對CE-T1WI和CE-SWI的比較結果

在腫瘤及邊界的顯示方面，盡管CE-T1WI總體上優于CE-SWI(P＜0.05)(表1)，但許多病例CE-SWI在該方面的顯示效果類似，甚至優于CE-T1WI，如表2所示，醫師1認為10例，醫師2認為11例，兩者顯示效果均好；醫師1認為7例，醫師2認為5例，CE-SWI顯示效果較好。CE-SWI在顯示出血鈣化、靜脈血管、瘤周水腫及腫瘤內部結構方面的顯示效果較CE-T1WI好。

3 討論

3.1 SWI序列的圖像特點及產生機制

SWI序列掃描后得到的圖像包括強度圖(magnitude image)、校正的相位圖(phase image)和mIP圖(mIP image)。強度圖中的對比度主要由組織的內在參數，如質子密度和內在的T1、T2和T2*弛豫支配[1]。由于序列參數的選擇(TR短、TE足夠長及小的翻轉角)使得正常灰質、白質和腦脊液之間的對比不明顯。然而，實際工作中，我們經常選擇稍大的翻轉角部分抑制腦脊液信號，使之略低于腦灰白質的信號，類似T2WI FLAIR像。在這種情況下，瘤周水腫表現為高信號而腦脊液為低信號，有助于同時顯示瘤周水腫和腫瘤內的磁敏感效應[2]。校正相位圖中的對比度主要由局部進動頻率的差異決定，而進動頻率的差異又由不同類型組織的磁敏感性或血氧的不同水平決定，因此，相位圖可以清楚地顯示靜脈、鐵含量增加的深部灰質核團及出血，因為腦實質與腦脊液的進動頻率非常接近，二者在相位圖上的對比不是很明顯[3]。將相位蒙片與強度圖相乘，通過最小密度投影(minimum intensity projection, MinIP) 生成 mIP圖，可以立體地顯示靜脈血管結構，清楚的顯示腫瘤內部的新生血管或腫瘤周圍靜脈血管的位置、形態改變。總的來說，SWI中的對比類型是自旋密度、T1、T2、T2*和磁敏感效應的混合[4]。

3.2 SWI對腦腫瘤內部結構的顯示

本組15例腦膜瘤中，僅2例術后復發者表現為稍低信號；15例高級別星形細胞瘤中，所有實性病灶及10例囊實性病灶的實性成分表現為稍低信號；6例轉移瘤中，所有實性病灶及2例囊實性病灶的實性成分表現為稍低信號；而低級別星形細胞瘤及大多數腦膜瘤表現為等或稍高信號。筆者認為造成這一現象的主要原因可能為復發性腦膜瘤、高級別星形細胞瘤及轉移瘤惡性程度增高、細胞代謝旺盛，使得腫瘤內部血氧飽和度大大降低[5]，加之其內部常伴發血細胞滲出且有較多病理性血管微增生，因此在SWI中上述病灶顯示為稍低信號。

瘤周水腫在SWI上表現出類似T2WI序列樣的高信號。盡管不如T2WI序列上高，其兼具的T2*效應和水腫效應，使得SWI在沒有對比劑增強的情況下，能清晰地顯示病灶。將來，隨著設備的場強和信噪比的提高，由于組織T2*值的衰減，在同樣的TE的時間內，將會更好的顯示瘤周水腫[2]。

本研究表明，SWI對腫瘤靜脈的顯示具有獨特優勢。Haacke[6]等指出，利用SWI可在1.5 T場強的系統上對幾百微米大小的靜脈成像，空間分辨率達1 mm×1 mm×1 mm，若采用3.0 T或4.0 T場強的系統，則更加縮短掃描時間及提高圖像空間分辨率，使得理論上識別和量化靜脈血管成為可能[7]。腫瘤惡性程度越高，生長速度越快，腫瘤內血管增生越明顯，本研究中腦膜瘤內部新生血管稀少，周圍靜脈血管呈弧形受壓改變，沿腫瘤表面單層排列且粗細均勻；低級別星形細胞瘤腫瘤靜脈稀疏、散在分布；復發性腦膜瘤、高級別星形細胞瘤及轉移瘤內部靜脈血管靜脈豐富，呈粗細不均的線狀或點狀低信號，部分扭曲呈團狀。

在顯示腫瘤出血產物方面，SWI優于其他的任何序列。我們知道，GRE序列對出血代謝產物較SE序列敏感，而SWI引入了相位信息，較傳統GRE序列更敏感。此外，SWI具備的高分辨率，使之顯示腫瘤微出血更具優勢[2]。腫瘤內部出血的原因包括病態血管的發生、血管侵襲及腫瘤生長加速和壞死[8]，惡性程度越高的腫瘤越容易合并出血，本研究中所有復發性腦膜瘤、6例高級別星形細胞瘤合并出血；所有腦膜瘤及低級別星形細胞瘤未見出血所致低信號磁敏感效應；6例轉移瘤，僅1例合并出血，可能與轉移瘤血腦屏障結構破壞不完全、血液有形成分的漏出頻率較小有關。

鈣化是一種逆磁性物質，也可引起局部磁場改變，造成SWI圖像信號減低，與出血信號難以鑒別。相位圖能反映不同磁化率組織置于磁場中導致的感應磁場變化，有助于判斷腦內物質的磁化特性[9]。西門子公司的MRI描儀為左手系統，校正相位圖上腫瘤鈣化以低信號成分為主，而且鈣化灶中心層面最外層表現為高信號；出血灶信號與之相反。此外，對于腫瘤內不規則的出血和鈣化的鑒別還需要參考病灶的形態(一般鈣化都為走行僵直的線條或條塊狀)鑒別[10]。本組中腦膜瘤與腦膜瘤術后復發者，SWI圖像病灶內部均可見斑片狀低信號磁敏感效應，通過相位圖像，可以明確腦膜瘤術后復發者病灶內低信號為出血，可能與復發者病灶惡性程度增加有關；而腦膜瘤鈣化為該類良性病變常見的病理學改變。

3.3 CE-SWI的應用價值

類似于CE-T1WI，注射對比劑后，對于血腦屏障破壞嚴重或是供血豐富的腫瘤，CE-SWI表現為明顯信號增強，有利于對腫瘤和腫瘤邊界的勾勒，突出顯示病灶內部出血代謝物及腫瘤靜脈。通過對CE-SWI和CE-T1WI比較發現，CE-SWI表現為低信號的靜脈結構，CE-T1WI則表現為高信號。筆者認為，可能與長時間的延遲導致血管內對比劑濃度明顯減低有關。腫瘤的內部結構在T1WI-CE上取決于病灶內部壞死、囊變及分隔；SWI-CE上還取決于腫瘤靜脈及出血產物。CE-T1WI延遲掃描時，由于腫瘤實質區及壞死區均含有對比劑，病灶整體可呈均勻強化；CE-SWI增強晚期，腫瘤壞死區強化，而腫瘤的實性成分卻呈低信號，其圖像對比優于CE-T1WI。

總之，SWI作為一種全新的MRI序列為研究腫瘤內部詳細結構提供了一種新方法，能在顯示腫瘤的一般影像特征的基礎上同時顯示腫瘤靜脈、出血和鈣化，提供不同于常規MRI序列的腫瘤內部病理信息。此外，相位圖像有助于腫瘤出血與鈣化的鑒別。隨著SWI廣泛應用于臨床以及自身技術的不斷完善，它必將在腦腫瘤的診斷中發揮重要的作用。

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