SWISWI(磁敏感加权成像)最早由 Dr. E. Mark Haacke 于 1997 年发明,是一种借助高分辨率、流动补偿及三维(3D)梯度回波采集序列的 MRI 技术。该技术最初主要用于颅内小静脉显影,当时被命名为 “高分辨率血氧水平依赖静脉成像”。随着技术迭代升级,SWI 已在临床广泛应用,尤其在出血、钙化及血管结构显示方面优势显著。在腹部肿瘤领域,其可用于检测肿瘤内出血、显示微小血管与钙化灶,并对肿瘤进行分级评估,目前在肝细胞癌、肾细胞癌及前列腺癌等疾病的诊疗中应用已较为成熟。
磁敏感加权成像(Susceptibility-Weighted Imaging, SWI)是一种具有高组织分辨率的T2*三维梯度回波成像技术,其核心在于探查血液代谢产生的顺磁性物质在图像中的信号表现。
临床应用中,该技术通过后处理方法提取磁共振相位成像(Phase Imaging)信息,能够高度敏感地发现静脉血管内的脱氧血液(Deoxygenated Blood)及血管外的脱氧血液代谢物。
SWI成像的关键在于组织间的磁敏感性差异,这与常规依赖质子密度的MR幅度成像(如T1加权、T2加权成像)截然不同——当物质与周围组织的磁敏感性存在差异时,会引发相位偏移,而相位信息正是SWI图像的重要组成部分。
临床使用的SWI图像包含相位图像(Phase Imaging)和幅度图像,两者既可单独分析,也可经后处理融合,生成可视化效果更佳的SWI图像,从而实现对微小静脉结构、出血灶及代谢产物的精准显示。
3D扰相梯度回波序列与TOF-MRA技术原理相似,同属VIBE/FLASH、FSPGR或FFE序列范畴,其通过施加完全流动补偿技术,在获取T2*加权幅值图的同时同步采集相位图,两种对比信息经不同运算处理后可衍生出多样化的成像对比效果。
西门子 SWI 序列定位扫描后,通常生成 4 组核心图像:
1. 幅度图(Magnitude Image)成像机制:与常规 MRI 图像原理一致,反映质子弛豫过程中发出的信号强度,涵盖组织对比度的主体信息。
临床作用:作为 SWI 图像的基础,需与校正后的相位信息协同计算,最终生成 SWI 融合图像。
2. 相位图(Phase Image)成像机制:经高通滤波处理,体现组织磁化率差异导致的信号相位偏移,本质上通过磁敏感性差异构建组织对比。
临床作用:直接反映物质的磁属性(如顺磁性、抗磁性),是区分出血、钙化等结构的关键依据。
3. MIP 图(最小密度投影图)成像机制:对SWI图进行厚层低信号投影,通过最小密度投影算法突出显示连续性或孤立性低信号结构。
临床作用:优化静脉血管可视化效果,用于鉴别走行连续的静脉(连续性低信号)与出血灶(孤立性低信号)。
4. SWI 图(磁敏感加权图像)成像机制:通过相位图与幅度图蒙片(Phase Mask)加权整合生成,融合了T2*效应引起的信号丢失与相位变化信息。
公式表达:幅度图 × 相位 Mask 图 = SWI 图
在SWI图像判断时,西门子设备上钙化在相位图呈低信号,而GE、飞利浦上呈高信号,这是因为不同厂商采用的相位坐标系统不同。
什么是左手法则(左手定则)、右手法则(右手定则)?假设桌面上有一个钟表,把手握拳拇指朝上放在这个“钟表”上。
左手定则:拇指朝上时,其余四指为顺时针方向,那就代表顺磁性的(比如铁沉积)为高信号(拇指朝上代表高信号,朝下代表低信号)。西门子磁共振采用的是左手定则。
右手定则:拇指朝上时,其余四指为逆时针方向,那就代表逆磁性的(比如铁钙化)为高信号(拇指朝上代表高信号,朝下代表低信号)。飞利浦和GE的磁共振设备采用的是右手定则。
左手坐标系统和右手坐标系统(大拇指、食指及中指相互正交,组成坐标系统的XYZ轴,分别代表三个平面)
相位图上不均匀信号如何判定?
出血VS钙化
相移模拟图
GE:相位横断面边缘层面低信号是出血
GE:相位横断面边缘层面高信号是钙化
不同厂商磁共振设备的SWI相位图信号差异,源于相位坐标系的左右手系统区别:
01右手坐标系(飞利浦、GE)坐标特性:顺磁性物质产生负相移,相移越大相位图越亮(灰度越高)。
信号表现:
出血(顺磁性):相位图呈低信号,幅度图及 MIP 图呈低信号。
钙化(抗磁性):相位图呈高信号,幅度图及 MIP 图呈低信号。
物质判断:
若幅度图 / MIP 图为低信号,且相位图为高信号→ 抗磁性物质(如钙化)。
若幅度图 / MIP 图为低信号,且相位图为低信号→ 顺磁性物质(如铁沉积、钆沉积、出血)。
02左手坐标系(西门子、佳能)坐标特性:顺磁性物质产生正相移,相移越大相位图越亮(灰度越高)。
信号表现:
出血(顺磁性):相位图呈高信号,幅度图及 MIP 图呈低信号。
钙化(抗磁性):相位图呈低信号,幅度图及 MIP 图呈低信号。
物质判断:
若幅度图 / MIP 图为低信号,且相位图为高信号→ 顺磁性物质(如铁沉积、钆沉积、出血)。
若幅度图 / MIP 图为低信号,且相位图为低信号→ 抗磁性物质(如钙化)。
西门子与GE机器—出血图像对比
(QSM:定量磁化率成像)
参考文献:
1. Susceptibility-weighted Imaging: Technical Essentials and Clinical Neurologic Applications
2. Diagnostic Algorithm for a T2 Hypointense Lesion
3. Black Dipole or White Dipole: Using Susceptibility Phase Imaging to Differentiate Cerebral Microbleeds from Intracranial Calcifications