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浅谈工作中遇到的磁敏感加权成像的信号解读问题
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2024.01.19 河南

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  磁敏感加权成像SWI序列,在大家在核磁扫描中已经成为一个比较常用的一个序列。随着对于SWI的开发以及临床的应用,它的优点和缺陷已经显而易见。我们都说没有完美的人,那么在磁共振技术来说也没有完美的序列。笔者就实际工作中遇到的一例SWI序列的病例来一起探讨一下磁敏感加权成像的信号变化的困惑。

图1:传统磁敏感加权成像的过程

  首先解读SWI的信号,第一个重点得知道我们扫描的仪器的厂商。因为这涉及到不同厂商不同的坐标参考体系,相位图也不同。右手坐标系的相位图中顺磁性物质(如:出血)表现为低黑信号,而抗磁性物质(如:钙化)表现为高亮信号;而左手坐标系的相位图中刚好相反。所以看到磁敏感加权图我们第一件事就是明确相位图的坐标系原则。

图2:目前市场上的各厂商的坐标系原则

  根据上图可知,笔者所用机器是GE磁敏感加权像也叫SWAN,所以遵循着右手坐标系。

  我们都知道SWI对于颅脑的微小出血检出有很大的优势,有研究表明SWI在检测出血性病变的大小、数量、体积和分布方面比传统的T2*加权梯度回波(T2*GE)序列敏感3-6倍,SWI在检测异常方面更加敏感,与其他常规序列相比,它显示的病变数量和大小都要多得多。

图三:脑梗死后微出血的病例磁敏感加权图

  如箭头所指区相位图低信号(GE右手坐标系)显示两处微小出血点。

图四:脉络膜丛钙化

  如箭头所指区两侧脑室角内相位图高信号(GE右手坐标系)显示两处钙化灶。

  图三图四的表现,这是我们平时工作中所见到的典型的SWI出血和钙化的区别。但要知道的是有典型的那么就有不典型的表现。床上,部分病灶在SWI相位图上呈高低混杂信号,不易判断病灶主体信号强度,因此存在误诊可能,实际临床价值往往难以满足临床需求。

 笔者遇到一例就是如此所以当时很困惑。

  患者 男,71岁,临床诊断,肾细胞癌继发肺转移瘤,脑转移瘤。来笔者医院进行了核磁检查。

图五:脑转移瘤伴出血

如图可见根据性出血的MR信号特点我们可以判断出属于亚急性出血早期。

图6:来自北京友谊资料对于出血不同变化时期的总结

但后面的磁敏感加权图让笔者感到很困惑了。

图7:笔者截取病灶层面

  如图相位图表现出有高有低的信号,甚至有些层面中心出现高信号的表现。与典型的右手坐标系出血呈低信号不符合。当然从诊断的角度来说结合发挥核磁多参数成像的特点结合其他序列我们可以判断出此病灶为出血。更有甚者可以做一个头颅CT明确病灶性质。

  我们追寻一个事物的真相通常就需要打破砂锅问到底的精神,笔者查询了一些文献资料,确实让笔者有很大的收获。北京天坛医院几篇文献就有对磁敏感加权成像相位图病灶信号强度鉴别单纯出血或钙化失败的影响因素研究和总结。

图8:来自北京天坛医院的文献病例

  如图文献上两例病例比笔者的病例病灶更小更加难以判断。

  SWI原始相位图信号解读的难点是混淆伪迹,又被称为卷褶伪影、假频伪影,也是临床应用前期一直存在的问题。相位图为-π到+π的矩阵,但当相位超过π时,会被卷褶到对侧,混淆为-2π ,与FOV过小造成的卷褶伪影原理相似。原始相位图须先进行相位解缠才能进行其他后处理。随着相位解缠算法的进步,相位图才得以应用。但各种方法均无法彻底消除混淆,相位变化剧烈的部位更容易解缠不完全而产生伪迹  。另外相位图病灶的混杂可能与偶极场有关  。混淆伪迹最终影响诊断,顺磁性物质会被混淆为反磁性物质;同样钙化病变内磁化率过大(病灶中心钙盐沉积最浓的部位),会被错判为出血,或因多个像素信号反转造成信号混杂、失去诊断价值。  

  究其原因我们可以从两个方面入手,首先是SWI成像技术层面,造成这一现象的原因可以总结出解决策略1.采用更小的TE时间以及推荐的反相位TE时间两个回波时间去进行SWI成像,进行对比判读是否是病灶磁化率增大造成的磁敏感加权成像的相位卷褶伪影。但有缺点缩小TE会减少磁敏感的权重,两次扫描会增加检查时间(且磁化率差距过大,相位卷褶严重也无效果)。2.进行QSM定量磁化率成像,此技术具有以下:优点量化体素内磁化率;描述了磁化率的真实大小和形状减少开花伪影;能够区分各种生物组织的磁化率,包括顺磁性铁与逆磁性钙化。缺点是QSM属于科研序列算法复杂而且多用于科研(笔者也没扫过,这里不做赘述)。

  图九来自文献资料的解析SWI偶极效应

  既然从SWI成像技术层面知道这种信号特征产生的原因,那么有什么好的办法去寻找这种伪影规律以此来提高SWI相位图判读结果的准确率呢?答案:是有的

,这就是从第二个方法从图像信号本身的规律入手。文献中称SWI信号判读(极晕法)的两个间接征象反晕征和两极征(以下图像统一右手坐标系)。

图10:SWI的极晕法

   θ =0°或180°时,在球体病灶的上下两极层面,ΔB(r) 病灶上下极周围 与 ΔB(r) 病灶呈正比关系。当病灶本身信号混杂时,高信号反晕征或低信号两极征均可反推病灶本身为低信号,提示病灶为出血。反之亦然。

看到公式笔者也头皮发麻

 ,我们可以只记住结论即可。

我们就跟着文献的思路来回顾一下,笔者遇到的病例:

图11:分别截取病灶上下极

  可见图11病灶上下两极相位呈浅淡云雾状的低信号图像与SWI相位图病变主体信号一致。

图12:截取病灶主体最大层面

  可见病变最大径层面周围可见稍高信号晕(与病变主体信号强度相反)(红圈所示),即高信号反晕征,与病灶主体共同构成“日全食”图案

图13:该病例的CT图

   CT图像也明确证实了该病灶是出血(CT值60几)

  另外值得一提的是我们知道SWI图也具备T1权重,所以有时候我们会在一些出血病灶的SWI图上看高信号。

图14:该病例SWI图

  可见图14中SWI低信号中点状高信号可能由于SWI成像中T1投射效应所致。

图15:还是该病人左侧脉络膜丛病灶

  图15中SWI相位图显示左顶叶高信号两极征(红圈和蓝圈所示),边界模糊,极晕(间接)法,病灶主体最大层面周围另见稍低信号反晕征(绿圈所示),诊断为常见的脉络膜丛钙化。

   参照文献中的SWI极晕法诊断效能有极大的提高。

   综其所述,文献中认为极晕在图像域中无相对应的物质,是相位图上一种特殊的伪迹。因此,极晕是具有极性的、稳定的且仅存在于SWI相位图的特殊的伪影,这种极性和稳定性是具有鉴别诊断意义的。

  然对于磁敏感加权成像相位图像的这种高低混叠信号的出现。笔者也咨询了诊断老师,有的老师提出了另一种观点其肿瘤的异质性的特点成分混杂,钙化和出血合并出现是否也会造成这种特殊信号的出现原因。确实文献中也提出了极晕法只是用于研究单纯的出血和钙化鉴别。

  不过结合我们日常工作中运用SWI直接法和间接法(极晕法),已经能解决很多临床问题。

  不正之处,请批评指正。

参考资料:

[1]苏录,高培毅. 磁敏感加权成像相位图病灶周围极晕鉴别单纯出血或钙化的价值研究[J]. 中国卒中杂志,2022,09:950-956.

[2]苏录,高培毅. 磁敏感加权成像相位图病灶信号强度鉴别单纯出血或钙化失败的影响因素研究[J]. 中国卒中杂志,2022,10:1082-1088.

[3].Haacke EM, Mittal S, Wu Z, Neelavalli J, Cheng YC. Susceptibility-weighted imaging: technical aspects and clinical applications, part 1. AJNR Am J Neuroradiol. 2009 Jan;30(1):19-30. doi: 10.3174/ajnr.A1400. Epub 2008 Nov 27. PMID: 19039041; PMCID: PMC3805391.

[4]公众号机趣西医 磁敏感加权成像SWI常见的图像伪影

[5]汤光宇 李懋 主编《磁共振成像技术与应用》

[6]张英魁 黎丽 李金锋 主编《实用磁共振成像原理与技术解读》

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