磁敏感加權成像相位圖病灶信號強度鑒別單純出血或鈣化失敗的影響因素研究

蘇錄，高培毅，2

目的 旨在統計SWI相位圖病灶本身信號強度（直接征象）鑒別單純出血或鈣化發生錯判的概率，并通過logistic回歸分析確定錯判的獨立影像學危險因素，為影像及臨床醫師鑒別診斷提供依據。

方法 回顧性分析2016-2019年首都醫科大學附屬北京天壇醫院單純出血或鈣化病例，連續性入組。將SWI圖像進行標準化，即將左手圖變成右手圖。含有多個病灶者，所有病變逐個評估。兩名觀察者直觀定性評估SWI相位圖數據：低、高信號或無法判斷（混雜或等信號），預測病變為出血或鈣化。與CT診斷“金標準”進行對比，預判結果與CT結果不一致者認定為失敗組，一致者為成功組。評估的臨床及影像學影響因素包括年齡、性別、病灶直徑、平均CT值、T1WI和T2WI信號、SWI相位圖病灶本身信號強度（直接征象）、左右手圖、病灶位置、側別、單多發及病灶性質。采用logistic回歸分析SWI相位圖病灶本身信號強度法鑒別失敗的影響因素。

結果 共納入受試者41例，病灶339個，鈣化及出血病灶分別為157個及182個。失敗組105個病灶，成功組234個病灶。通過SWI相位圖病灶本身信號強度（直接征象）錯判率為30.97%。多因素logistic回歸分析顯示，SWI相位圖等或混雜信號（OR 97.263，95%CI 28.746～329.096，P＜0.001）、SWI相位圖高信號（OR 5.684，95%CI 2.042～15.819，P=0.001）、T2WI低或混雜信號（OR 5.024，95%CI 2.391～10.558，P＜0.001）、CT值91～300 Hu（OR 2.710，95%CI 1.023～7.180，P=0.045）及病灶直徑＞4 mm（OR 2.437，95%CI 1.168～5.084，P=0.018）是導致SWI相位圖病灶本身信號強度（直接征象）錯判的獨立危險因素。

結論 SWI相位圖病灶高或混雜信號者、T2WI低或混雜信號者、CT值91～300 Hu者及病灶直徑＞4 mm者采用SWI相位圖病灶本身信號強度（直接征象）方法鑒別單純出血及鈣化錯誤風險高，對臨床及影像學診斷有一定指導作用。

國內外研究表明，SWI相位圖（右手圖）X-Y軸平面病灶中心層面上病灶本身（本質上為病變直接征象）呈高信號，提示存在反磁性物質，最常見的是鈣化，呈低信號提示存在順磁性物質，最常見的是出血[1-2]。X-Y軸平面病灶中心層面上病灶周圍（間接征象）呈低信號以及Z軸兩極（間接征象）呈高信號，提示病灶為反磁性物質，最常見為鈣化；X-Y軸平面病灶中心層面上病灶周圍（間接征象）呈高信號以及Z軸兩極（間接征象）呈低信號，提示病灶為順磁性物質，最常見為出血。左手圖反之。后者利用病灶對周圍磁場的擾動進行鑒別診斷，本研究不涉及此方法，其與直接征象方法的準確率、穩定性差異較大，但為了與直接征象方法區別，本研究稱之為間接征象方法[3]。

直接征象法較為簡便，在臨床上的應用及認知較廣泛，但常常出現SWI相位圖病灶內信號高低混雜的情況，致使鑒別診斷價值大幅度下降，缺乏相關研究對此方法的準確率進行統計以及相關因素的深入分析研究。本研究將統計SWI相位圖病灶本身信號強度（直接征象）鑒別單純出血與鈣化的錯判發生率，并將可能的臨床及影像學影響因素進行多因素logistic回歸分析，確定獨立危險因子，為臨床及影像學醫師提供線索。具有獨立危險因子的病變，直接及間接征象法相結合更有利于臨床對出血及鈣化的鑒別診斷。

1 對象與方法

1.1 研究對象 回顧性分析2016-2019年首都醫科大學附屬北京天壇醫院進行頭顱MRI及CT檢查的單純出血或單純鈣化病例，連續性入組。

納入標準：①單純出血或者單純鈣化病例；②根據CT檢查確定病變性質，單次不能確診者兩次CT檢查密度不變者為單純鈣化，密度改變者為單純出血；③除SWI、定量磁化率成像（quantitative susceptibility mapping，QSM）序列的常規平掃MRI不能發現病灶或不能鑒別出血、鈣化者；④具有SWI數據。

排除標準：①對稱性鈣化病灶；②運動偽跡嚴重、無法評估者；③單次CT掃描不能確定性質，且無隨訪檢查；④隨訪檢查時間間隔太短，變化不顯著無法確定是出血還是鈣化；⑤病變內同時存在鈣化及出血。

1.2 CT及MRI數據參數 層厚5.5～6.5 mm，層間隔1.0～1.5 mm，視野（field of view，FOV）240 mm×240 mm，矩陣512×512。磁共振儀型號：GE SIGNA Explorer，GE Discovery，Siemens Verio，Philips Ingenia CX。SWI：重復時間（repetition time，TR）27～78.6 ms，回波時間（echo time，TE）5.6～48.89 ms，層厚3～6 mm，層間隔2.4～3 mm，翻轉角15°～30°。T1WI：TR 6.43 ms，TE 2.97 ms。T1FLAIR：TR 1900～2275.2 ms，TE 8.6～29.06 ms。T2WI：TR 4500～4744 ms，TE 85.82～110.22 ms。T2PROPELLOR：TR 7385.03 ms，TE 105.49 ms。CT型號：GE Revolution，GE Discovery CT750 HD，GE LightSpeed VCT，Philips iCT，SINOVISION Insitum 64S，Philips IQon-Spectral CT。毫安秒320～360 mAs，管電壓120 KVp。

1.3 分組及數據評估 兩名神經放射診斷醫師運用直接征象法獨立評估SWI相位圖數據。①SWI相位圖預測：通過SWI相位圖病灶信號強度，預測病變為出血（低信號）或者鈣化（高信號）。兩名醫師意見不同時，請上級醫師會診定奪。②分組：將SWI相位圖評估結果與CT診斷“金標準”進行對比，預判結果與CT隨訪結果不一致者認定為失敗組，一致者為成功組。有一名評估醫師認為SWI相位圖為混雜信號或等信號時，認定SWI預測錯誤，歸入失敗組。

將SWI圖像進行標準化，即將左手圖相位圖進行黑白顛倒，使之變成右手圖后再進行評估。對多個病灶者的所有病灶逐一進行評估。

MRI數據評估：①每個病灶SWI為右手圖還是左手圖；②直觀判斷每個病灶SWI相位圖病灶信號強度（低信號、高信號、等信號或混雜信號）；③每個病灶T1WI及T2WI序列信號強度（高信號、等信號、低信號或混雜信號）。

CT數據評估：①同一患者病灶為單發或多發；②每個病灶側別（左側或右側）；③每個病灶位置（額、頂、顳、枕葉、基底節、腦島、小腦、腦干及丘腦）；④測量每個病灶的病灶直徑及CT平均值，精確到個位、不保留小數點。

1.4 統計分析 采用SPSS 26.0數據統計軟件進行統計分析。計數資料以百分率（%）表示，計量資料符合正態分布者以表示，不符合正態分布者以M（P25～P75）表示。采用χ2檢驗比較出血及鈣化組間SWI相位圖病變信號強度差異。采用χ2檢驗、t檢驗及秩和檢驗比較SWI相位圖鑒別成功及失敗組間各參數的統計差異，即單因素分析，檢驗水準P≤0.05。對所有變量進行多重共線性診斷，容忍度≥0.1則可進行多因素分析。將單因素分析具有統計學意義的變量代入多因素logistic回歸模型構建回歸方程，采用向前步進法，顯著性檢驗P≤0.05進入方程，顯著性檢驗P≥0.1移出模型。確定SWI病灶本身信號強度（直接征象）法鑒別單純出血或鈣化失敗的各相關因素的風險比，以OR和95%CI表示。

2 結果

2.1 基本信息 受試者共41例，病灶共339個。27例患者的157個鈣化病灶，14例患者的182個出血病灶。鑒別成功組共234個病灶，失敗組共105個病灶。

2.2 SWI相位圖病灶本身信號強度（直接征象）鑒別鈣化的診斷效度 鈣化組157個病灶中，53個（33.8%）SWI相位圖病灶本身信號為低信號（診斷錯誤），104個（66.2%）為高信號（鑒別成功）。出血組182個病灶中，52個（28.6%）SWI相位圖病灶本身信號為高信號（診斷錯誤），130個（71.4%）為低信號（鑒別成功）。鈣化與出血組間SWI相位圖病灶本身信號強度（直接征象）失敗率比較差異具有統計學意義（χ2=48.150，P＜0.001）。

2.3 SWI相位圖病灶本身信號強度（直接征象）鑒別出血與鈣化失敗與成功組的單因素分析受試者基本信息見表1。SWI相位圖病灶本身信號強度（直接征象）鑒別失敗組共105個病灶，成功組234個病灶，鑒別失敗率為30.97%（105/339）。

表1 SWI相位圖病灶本身信號強度（直接征象）鑒別單純出血或鈣化失敗組與成功組各參數比較

成功組平均年齡（t=2.695，P=0.007）及男性患者比例（χ2=12.008，P=0.001）高于失敗組，病灶直徑（t=-6.499，P＜0.001）及中位CT值（U=10 060.500，P=0.008）低于失敗組，差異具有統計學意義。成功組SWI圖像右手圖比例（χ2=4.386，P=0.036）、相位圖病灶本身高或低信號比例（χ2=139.859，P＜0.001）、T1WI等信號比例（χ2=53.133，P＜0.001）、T2WI等或高信號比例（χ2=87.516，P＜0.001）高于失敗組，差異具有統計學意義。兩組病灶位置、側別、單多發及鈣化出血比例差異無統計學意義（表1）。

2.4 SWI相位圖病灶本身信號強度（直接征象）鑒別單純出血或鈣化失敗的影響因素 對各自變量進行多重共線性診斷，結果自變量的容忍度在0.160～0.983，表明自變量間多重共線性不嚴重。將單因素分析具有統計學意義的8個變量（年齡、性別、SWI圖、SWI相位圖信號、T1WI信號、T2WI信號、病灶直徑、CT值）納入多因素logistic回歸分析，結果顯示：SWI相位圖病灶高信號及等或混雜信號、T2WI低或混雜信號、病灶直徑＞4 mm以及CT值高（91～300 Hu）是SWI相位圖病灶本身信號強度（直接征象）鑒別單純出血或鈣化失敗的4個獨立危險因子（表2）。

表2 SWI相位圖病灶本身信號強度（直接征象）鑒別出血或鈣化失敗的影響因素logistic回歸分析

SWI相位圖病灶本身高信號、等或混雜信號病變錯判風險分別是低信號病變的5.684倍（95%CI2.042～15.819）及97.263倍（95%CI28.746～329.096）。T2WI低或混雜信號病變是等或高信號病變錯判風險的5.024倍（95%CI2.391～10.558）。大病變（病灶直徑＞4 mm）是小病變（病灶直徑1～4 mm）錯判風險的2.437倍（95%CI1.168～5.084），CT值91～300 Hu病變是0～90 Hu病變錯判風險的2.710倍（95%CI1.023～7.180）。應用示例見圖1～圖4。

圖1 病灶直徑大SWI相位圖錯判單純出血為鈣化者

圖2 病灶直徑大、CT值高、T2WI信號低SWI相位圖錯判單純鈣化為出血者（43歲女性）

圖3 病灶直徑大、CT值高、T2WI信號低、SWI相位圖信號混雜錯判鈣化為出血者（37歲女性）

圖4 病灶直徑小SWI相位圖診斷正確者（40歲女性）

3 討論

SWI原始相位圖信號解讀的難點是混淆偽跡，又被稱為卷褶偽影、假頻偽影，也是臨床應用前期一直存在的問題。相位圖為-π到+π的矩陣，但當相位超過π時，會被卷褶到對側，混淆為-2π[4]，與FOV過小造成的卷褶偽影原理相似。原始相位圖須先進行相位解纏才能進行其他后處理。隨著相位解纏算法的進步，相位圖才得以應用。但各種方法均無法徹底消除混淆，相位變化劇烈的部位更容易解纏不完全而產生偽跡[5]。長TE和高通濾波也會使偽跡加劇[5]。另外相位圖病灶的混雜可能與偶極場有關[6-7]。混淆偽跡最終影響診斷，順磁性物質會被混淆為反磁性物質（圖1）；同樣鈣化病變內磁化率過大（病灶中心鈣鹽沉積最濃的部位），會被錯判為出血（圖2），或因多個像素信號反轉造成信號混雜、失去診斷價值（圖3）。本研究結果顯示，SWI相位圖病灶本身為混雜信號者錯判風險最高，也就是出現混淆偽跡者，是低信號者錯判風險的97.263倍。

理論上，SWI相位圖病灶周圍極暈信號強度（間接征象）通常比病灶本身信號強度（直接征象）小約一半或小一個數量級（主要受系數影響）[2，5，8]，混淆偽跡的本質是局部結構的磁場或相位變化劇烈、超出閾值，而極暈理論數值小，本研究中統計數據未體現，但本研究中各病灶周圍極暈均無混淆偽跡（圖1～圖3）。在此需強調的一點是，該暈與GRE T2*WI產生的暈不同，不是部分容積效應（部分學者認為SWI存在暈[9]，部分學者認為SWI分辨率高不存在暈[10]），極暈是同時呈現高及低兩種截然相反的信號強度[3]。

SWI是以T2*WI為基礎的采用三維流動補償的梯度回波序列，TR短，TE長。短TR決定了其有T1權重，另外受壓水、自旋質子密度及磁化率影響[11]。通常亞急性早期血腫（T1WI為高信號、T2WI為低信號）在SWI上為低信號，而亞急性期晚期血腫（T1WI及T2WI均為高信號）呈現SWI高信號，因此SWI序列T2*較T1權重大。SWI相位圖主要受磁化率影響，不受T1加權的影響[5]。本研究雖未進行SWI以外其他T2*加權序列數據的分析，但臨床上無論是鈣化還是出血在其上均為低信號，而SWI相位圖出血和鈣化病變具有肉眼可辨的差別。也就是說，從定性角度來說，T*2加權低信號對解釋相位圖信號無價值，與相位圖信號混雜與否并無明顯關聯。因為幅值圖主要受T2*及T1加權共同影響[5]，而相位圖不受T1加權影響，本研究中T1加權多因素分析結果顯示其并非獨立危險因素，與技術理論相一致。

本研究結果提示，T2WI低信號病變于相位圖上大概率具有較大正或較小負磁化率（無相位改變的情況存在，但發生概率極小），更容易產生相位混淆、錯判風險更高。筆者分析，由于T2WI相比T2*WI具有相位重聚效果，當重聚都無法挽回失相位、信號丟失時，間接說明具有T2*加權的幅值圖上信號丟失更嚴重、信號更低。有研究提示，強磁敏感源造成MRI信號難以產生時，磁敏感圖像更容易不均質[12]。因此，T2加權較T*2加權低信號更能解釋SWI相位圖混雜的原因。

CT值高者及鈣化SWI相位圖更容易混雜、造成錯判。雖然本研究的單因素分析顯示，鈣化及出血灶錯判風險無差異，但半定量指標CT值為91～300 Hu者錯判風險是CT值≤90 Hu者的2.7倍，也就是說大部分鈣化錯判風險高于出血灶。而＞300 Hu者多因素分析結果顯示其與低CT值風險相當，結合數據中＞300 Hu者大多數為錯判且該分類樣本量少，考慮為混雜因素所致的偏倚，需要嚴格分層設計的大樣本研究進一步探索。既往研究顯示CT值與SWI相位圖信號相關性較差[12]。本研究分析其原因為鈣化及出血的形成過程可能存在本質上的差別。出血的血紅蛋白濃度較固定、改變不顯著，其順磁性主要依靠不同順磁性物質磁化率的高低演變。一般順磁性或反磁性物質磁化率在10-6～10-5，順磁性物質中磁化率最高者為含鐵血黃素（是一般順磁性或反磁性物質的100～1000倍）。而鈣化灶形成時間長，磁化率主要由反磁性物質種類決定，其聚集程度無明顯上限，可能產生更大的磁場擾動。

鈣化的成分是復雜的，鈣化病灶不完全由結晶鈣組成。病理和生理鈣化的化學成分為磷酸鈣，以及微量的銅（Cu）、錳（Mn）、鋅（Zn）、鎂（Mg）和鐵（Fe）[13]，其中含有順磁性物質，也有國外學者研究顯示病理性腦內鈣化和脈絡叢鈣化的形態及成分不同[14]。鈣化合物、不同濃度和鈣比例的差異可能是SE序列上MRI信號變化的原因[15]。鈣化病灶內可能有少量鐵。這些因素都可能造成相位圖信號混雜，從而更易發生錯判[16]。

雖然CT檢查是診斷鈣化的“金標準”，但有研究顯示，MRI SWI對小病變的顯示效果優于CT[16]。本研究顯示大病變（病灶直徑＞4 mm）者，錯判風險更高，與既往學者的研究結果相符[16]。其可能原因為大病變中心物質濃聚、相位變化劇烈，從而與相位混淆相關。本研究病灶較大者，中心CT值確實較高（圖2、圖3）。

本研究的局限性：首先是回顧性研究本身的局限性；其次，單因素分析時高CT值（＞300 Hu）更易錯判，而多因素分析時結果出現反轉，可能是受樣本量及混雜因素影響，結果存在偏倚，因此需要擴大樣本量進一步探究。

綜上所述，SWI相位圖病灶本身信號強度（直接征象）錯判單純鈣化或出血的獨立危險因素為病灶直徑＞4 mm者、T2WI低或混雜信號者、SWI相位圖信號混雜者及CT值91～300 Hu者。CT值＞300 Hu可能為重要危險因子，需大樣本研究進一步證實。以上因素存在時，直接征象法錯判率高，應考慮結合間接征象即極暈征法進行鑒別診斷。