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1、SWI的成像原理及其CNS应用研究 徐海波 等 武汉协和医院放射科 概要 Today s Agenda lSWI的基本概念 basic concepts lSWI的临床应用 clinical applications l磁化率 一种物质放入外磁场后的磁性反应 l许多组织与背景或相邻组织有特征磁敏感差异 l一些组织具有独特的磁化率 静脉脱氧血红蛋白 血凝块 顺磁性 钙 抗或反磁性 含铁组织 空气 组织界面 SWI发展背景 l高分辨率 矩阵320以上 l薄层 1mm 扫描 l采用更长回波时间 l三维完全流动补偿 lT2 梯度回波序列 l同时采集磁矩图像和相位图像 SWISWI序列参数特点序列参数特
2、点 SWI 三维图像 高分辨率 三个方向完全流动补偿 Dimension 3D Thickness 2mm Matrix 192X512 Voxel size 1mmX0 5mmX2mm Flow compensation Yes slice read and phase Reconstruction Magnitude Phase T1WITE 20ms longer TE value 包含幅度和相位信息 l利用不同组织磁化率 Susceptibility 的差异 产生的磁化率对比 l磁化率对比大部分来源于相位图 l长期以来依赖于MRI幅值图 相位图被忽视 l相位图含有大量局部不同组织间磁化
3、率差异的信 息 在像素水平上可分离获取主要频谱信息 l相位图的难题 局部背景磁场效应可混淆局部组 织的相位变化 一旦组织间的相位变化具有高空 间频率 即可解决此问题 磁敏感加权成像 磁敏感加权成像 SWISWI 相位成像检测组织磁敏感率的可行性相位成像检测组织磁敏感率的可行性 l相位是图像对比优质源 如GM WM对比 脑内小静脉 l相位可作为蒙片 Mask 调节幅度图对比 如抑制或 增强频谱成分 l相位图可制作出投影图 mIP 显示组织或脉管连续性 l可用单时间点法提高组织内脂肪 静脉血 铁的对比 l聚焦磁敏感作用 应用原始相位图自身或用其调节幅 度图对比的方法 称为SWI susceptib
4、ility weighted imaging 或磁敏感成像 E Mark Haacke l假设磁距最开始与x轴平行 经过一段时间后便会与x轴成一 夹角 此夹角 即为相位 可由tan 1 x y 计算出 l拉莫尔方程 Bo 相位可表示为 t l经过一段时间TE后 不同组织间相位的差异可表示为 TE BTE B局部磁场变化 可见相位仅受局部磁场变化和时间的影响 l B Bo 则 g BoTE Bo为主磁场的大小 为不同组织间磁化率的差异 g为 几何效应因子 相位是相位是SWISWI的核心的核心 X轴 Y轴 Z轴 M磁矩 影响磁场效应的因素影响磁场效应的因素 l受磁化率影响 也受物体的几何形状影响
5、l对于复杂的结构 其周围磁场改变的计算不像圆柱 体直接 关键是要知道两个相邻结构磁化率的差 异 会导致结构内和其周围的空间场的改变 这种 改变与它们的几何结构相关 l相位图上包含微观和宏观的磁场效应 微观效应为我们感兴趣组织磁化率的差异 如 GM WM铁含量不同 两者间磁化率有差异产生对比 宏观磁场效应包括由物体的几何形态引起的磁场变 化 如空气 组织界面 和主磁场的不均匀 l相位图包含相位变化 l相位源于以下四个因素 localBo Bcs Bglobal geometry Bmain field TE 第一项为局部的磁场改变 即不同组织间的磁化率差 异 是我们感兴趣的信息 第二项为化学位移
6、 化学位移产生的场效应没有几何 依赖性 是一个点场的效应 最后两项 Bgeometry 和 Bmain field引起的相 位改变为宏观磁场效应 常被认为是伪影 倾向于有 很低的空间频率 采用去除低频信号 保留高频信 号 可除掉这些伪影 这就是所说的相位高频滤过法 影响相位变化的因素或相位源影响相位变化的因素或相位源 SWISWI数据后处理数据后处理 l处理步骤 除掉背景低频成分 保留高通滤过效应 应用64 x 64 高通滤过函数 获取校正相位图 高通滤过图 校正相位图作为蒙片调节幅度图对比 通过卷积算法 A 原始相位图 B 高通滤过相位图 滤过矩阵大小为32x32 C 高通滤过相位图 滤过矩
7、阵大小为64x64 高通滤过处理高通滤过处理 滤波矩阵的选择滤波矩阵的选择 0 0 8 8 16 16 32 32 64 64 96 96 128 128 192 192 组织间相位和差异与高频滤过函数窗的相关性组织间相位和差异与高频滤过函数窗的相关性 WM 白质 GM 灰质 CSF 脑脊液 滤波函数处理的作用滤波函数处理的作用 l滤波矩阵越大 低频伪影滤除的越干净 图像越细腻 但有效信息也被部分滤除 l选择 32 x 32 或 64 x 64 高通滤波矩阵 最合适 此时有效的滤除了低频伪影 同 时最大程度的保留了有用信息 SWISWI数据后处理数据后处理 l校正相位图作为蒙片调节幅度图对比
8、通过卷积算法 l相位蒙片设置 举例设定对 抑制 则相位蒙片为 F x x 相位 x 0 当相位 x 则 F x 0 故相位 的体素均被抑制为0 当相位 x 0 时 则 0 F x 0 时 则设 F x 1 相位蒙片与幅度图相乘时 相位为 的体素全部被抑制 位 于 和0之间 则部分被抑制 相位大于0时 则体素幅值 不变 故所获得SWI图的组织间差异或对比形成明显 magnitude SWI phase thresholded phase An example of SWI processing A 幅度图 B 相位图 C A B 乘1次 D A B B 乘2次 脂肪 脂肪 校正相位图作为蒙片调节
9、幅度图对比举例校正相位图作为蒙片调节幅度图对比举例 校正相位图作为蒙片调节幅度图对比举例校正相位图作为蒙片调节幅度图对比举例 应用相位图调节灰 白质对比举例 A T1WI幅度图 TE 5ms B 用相位蒙片 TE 40ms 乘4次幅度图所得的SWI图 图中所示灰 白质对比明显提高 苍 白球矿物质明显显示 同时 额窦旁局部磁场不均所致的伪影亦明显出现 A 幅度图 T1WI TE 5msB SWI图 3 0T3 0T上滤过后相位图上滤过后相位图 Filtered Phase Image at 3 0T 该图显示了运动皮层铁含量很高 脑组织中大多数的铁以铁蛋白 ferritin 的形式存在 这些在3
10、T上获得的扫描能够覆盖整 个大脑只需要4min 而在1 5T若想 获得相同的信噪比 需要16min 红核 大脑脚 内侧膝状体 黑质 致密部 黑质 网状部 SWISWI相位图对中脑结构的显示相位图对中脑结构的显示 SWI Phase Image in Midbrain 尸检后印度墨汁染色SWI 相位图 4T SWI 0 5 x 0 5 x 1 0 mm3 活体 血管内注入造影剂 放射成像 尸检 7T 215 x 215 x 1000 E 16ms TR 45ms FA 25 8层面MIP 图像提供 纽约大学葛玉林图像提供 纽约大学葛玉林 7T7T SWISWI的的CNSCNS临床应用临床应用 I
11、PD和MSA鉴别诊断 脑外伤 trauma 脑肿瘤 tumors 脑卒中 stroke 多发性硬化 MS 钙化显示 calcification 海绵状血管瘤 cavernous hemangioma IPD control MSA IPDIPD和和MSAMSA铁沉积比较 幅度图 铁沉积比较 幅度图 IPD患者苍白球铁沉积较明显 MSA患者壳核铁沉积较明显 PD control MSA IPD患者苍白球铁沉积较明显 MSA患者壳核铁沉积较明显 IPDIPD和和MSAMSA铁沉积比较 相位图 铁沉积比较 相位图 PD control MSA PD和MSA患者黑质存在铁沉积 本例MSA患者红核内亦有
12、铁的沉积 PD 患者 77Y F nMIBG H M 比值降低 nH M 1 23 1 18 PD降低 MIBG Metaiodo Benzylguanidine 123I 间碘苄胍 nSWI n苍白球铁沉积增加 n黑质铁沉积增加 MSAMSA与与PDPD鉴别鉴别 n壳核铁沉积增加 n提示MSA PD 74 M n壳核和苍白球铁沉 积增加 nH M ratio of MIBG 降低 1 07 提示 PD nMSA MIBG正常 SWIT2WI PD 74yrs M Multiple sysytemic atrophy MSA PD患者 78Y F n n 19991999年 年 6969歳 発
13、症 歳 発症 20012001年年 診断診断 n n 発症後発症後9 9年年 n n 他院 加療他院 加療 n n H M 1 4 1 36H M 1 4 1 36 nMIBG H M ratio 轻度降低 n1 4 1 36 nSWI n苍白球铁沉积增加 n黑质无明显铁沉积增加 PD 83Y F n n 19971997年 年 7272歳 発症歳 発症 n n 発症後発症後1111年年 n n H M 1 24 1 20H M 1 24 1 20 nMIBG H M 比值降低 n1 24 1 20 nSWI n苍白球铁沉积增加 n黑质无明显铁沉积增加 lSWI可用于临床定量分析铁沉积 l区别
14、IPD和MSA lECT辅助鉴别 MIBG正常 MSA lMSA的壳核在高铁含量区显著高于IPD lIPD在黑质和苍白球的高铁含量区较MSA高 结结 论论 脑外伤脑外伤 l50 脑外伤病人影像学表现为正常 lSWI对微出血灶显示比GRE序列敏感3到6倍 l结合DTI 可显示弥漫性轴索损伤 DAI SWISWI对微出血灶的显示对微出血灶的显示 GRESWI 剪切效应和轴索损伤剪切效应和轴索损伤 Shearing Effects GRESWI SWIT2 弥漫性轴索损伤 DAI AB CD Male 35 yr fell from 4 meters high coma GCS 7 CT was d
15、one the same day of accident MRI was done five days later 脑外伤出血脑外伤出血 脑外伤出血脑外伤出血 AB Female 38 yrd motor vehicle accident in coma 脑外伤出血脑外伤出血 BCA Male 29 motor vehicle accident CT and MRI were done the same day 脑外伤出血脑外伤出血 A 7 year old boy accident headache vomit trauma traumatrauma 同前病人 脑肿瘤脑肿瘤 Tumor Tu
16、mor l我们是否能用MRI 观察新生的肿瘤血管 angiogenesis l我们是否能用MRI发现极早期肿瘤 early tumor l是否每个人因该每隔五年进行一次MRI检查 Should we scan people every 5 years 肿瘤内出血肿瘤内出血 脑转移 非增强T1未 显示明显出血征像 SWI清楚显示出血产物存 在 经病理证实 肿瘤边界的低信号 肿瘤血管 肿瘤边界的低信号 肿瘤血管 T1 平扫 SWI 磁矩图 T1 增强 高级别的肿瘤活动区含更多的血管 且容易出血 左额叶血管周围细胞瘤左额叶血管周围细胞瘤 CE SWI SWI 胶质母细胞瘤胶质母细胞瘤 肿瘤内血氧饱和度更高的成分或许代肿瘤内血氧饱和度更高的成分或许代 表着代谢更活跃的肿瘤细胞成分表着代谢更活跃的肿瘤细胞成分 Carbogen 5 二氧化炭 95 氧气 air T1 磁矩图 mIP FLAIR T1 脑血管病 中年男性 五年前突发失语 右手感觉障碍 治 疗后好转 诊断为左侧内囊后肢腔隙性梗塞 复 查T1 T2 FLAIR 甚至SWI磁矩图均未见异常 相位和mIP图示内囊区一小病灶 SWI显示病灶
