楊染，曾文兵，翟昭華，高才良

( 1.重慶三峽中心醫(yī)院放射科，重慶萬州　404000; 2.川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院放射科，四川南充　637000)

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磁敏感加權成像在輕型顱腦外傷中的應用

楊染1，2，曾文兵1，翟昭華2，高才良1

( 1.重慶三峽中心醫(yī)院放射科，重慶萬州404000; 2.川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院放射科，四川南充637000)

【摘要】磁敏感加權成像( susceptibility-weighted imaging，SWI)是利用組織間磁敏感差異而成像的新技術，它具有三維成像、高分辨率、完全流動補償?shù)忍攸c，它對顱內出血尤其是彌漫性軸索損傷十分敏感。本文主要對其原理和在輕型顱腦外傷中的應用進行綜述。

【關鍵詞】磁敏感加權成像;磁共振成像;腦外傷;彌漫性軸索損傷

網(wǎng)絡出版時間: 2016-3-4 10∶16網(wǎng)絡出版地址: http: / /www.cnki.net/kcms/detail/51.1254.R.20160304.1016.078.html

創(chuàng)傷性顱腦損傷( traumatic brain injury，TBI)是現(xiàn)代社會中非疾病死亡或殘疾的重要原因，其發(fā)生率逐年增高，而且耗資巨大，已成為公共衛(wèi)生問題越來越引起社會的關注。據(jù)報道［1］，顱腦外傷中約75%的病人為輕型顱腦外傷( mild traumatic brain injury，mTBI)，常常伴有短暫或持續(xù)的臨床癥狀，如頭痛、記憶減退、注意力下降、失眠、焦慮等，常規(guī)CT 和MRI很難發(fā)現(xiàn)異常，而磁敏感加權成像( susceptibility-weighted imaging，SWI)利用不同組織間磁敏感性差異產(chǎn)生圖像對比，對顯示血液代謝產(chǎn)物十分敏感，對發(fā)現(xiàn)腦外傷所致微出血( cerebral microbleedings，CMBs)及彌漫性軸索損傷出血灶具有明顯的優(yōu)勢，可以清晰的顯示病灶的部位、大小和數(shù)目，對mTBI的診斷具有重要的臨床價值。

1　輕型顱腦外傷

創(chuàng)傷性顱腦損傷在外力的作用下常常發(fā)生大腦功能或組織病理的改變［2］，依據(jù)格拉斯哥昏迷評分( GCS)分為三型［3］:輕型、中型和重型，其中≥13分為輕型，9～12為中型，≤8為重型［4］。輕型顱腦外傷的診斷標準在不斷變化，2009年3月美國國防部頒布的臨床實踐指南依據(jù)以下標準: ( 1)短暫的意識喪失低于30 min; ( 2)短暫的意識改變達到24小時; ( 3)外傷后記憶缺失小于1 d; ( 4)外傷后第1個24 h GCS評分13～15分; ( 5) CT掃描顱腦陰性。mTBI的腦損傷主要包括腦震蕩、外傷性軸索損傷( traumatic axonal injury，TAI)及腦挫裂傷等。其主要征象為出血，且出血灶多以微出血灶為主，CT難以發(fā)現(xiàn)異常，極易漏診［5］。所以發(fā)現(xiàn)mTBI病灶能夠為臨床提供相關的循證影像醫(yī)學證據(jù)，成為影像學的需要。

TBI通常包括原發(fā)性損傷和繼發(fā)性損傷兩個階段。原發(fā)性腦損傷是外傷時立即發(fā)生的腦損傷，通常不能逆轉;繼發(fā)性損傷是外傷后延遲發(fā)生的損傷，并能持續(xù)進展，但能提供治療時機［6］。原發(fā)性損傷主要源于暴力或加、減速運動引起的直接或間接機械損傷，包括腦挫裂傷、原發(fā)性腦干損傷、軸索剪力傷及微脈管損傷等。繼發(fā)性腦損傷是組織細胞經(jīng)過一系列復雜的代謝級聯(lián)引起的非機械性損傷，包括細胞膜破壞內穩(wěn)態(tài)失衡引起的神經(jīng)細胞凋亡和死亡，血管損傷引起自動調節(jié)導致腦血流量降低，自由基的釋放等［7－8］。

TAI是TBI的一種特殊類型，主要由于暴力作用瞬間，顱腦發(fā)生旋轉、加速或減速運動，由于灰、白質組織密度差異，運動速度不一致，產(chǎn)生瞬間剪切力，不同密度的腦組織發(fā)生相對位移，造成軸索結構的破壞和小血管斷裂［9］。所以這種損傷主要發(fā)生在軸索聚集區(qū)的不同密度組織結構間，如灰白質交界區(qū)、兩側大腦半球間的胼胝體、基底節(jié)區(qū)、腦干上端背外側及小腦等區(qū)域。其主要病理改變是神經(jīng)軸索腫脹斷裂，以及并行血管的破裂出血，其出血常多發(fā)而少量［10］。TAI是顱腦外傷中普遍存在的病理變化，最初有學者認為［11］，TAI僅限于意識改變嚴重的患者，近年研究發(fā)現(xiàn)［12］，TAI可以發(fā)生在所有TBI類型中，包括mTBI患者，從短暫性意識障礙到持續(xù)性昏迷均可合并TAI。在最新聯(lián)邦機構間倡議( Federal Interagency Initiative)提出的神經(jīng)影像指南中［13］，將TAI分為局灶性(≤3個異常信號)和彌漫性(＞3個異常信號)兩類，彌漫性軸索損傷( diffuse axonal injury，DAI)是臨床常見的類型。因為CT和常規(guī)MRI不易顯示TAI，所以對TAI的診斷主要是根據(jù)影像檢查結果與嚴重的神經(jīng)功能缺陷不一致作為主要推理依據(jù)［14］。

2　SWI的成像原理

SWI是利用磁場中不同組織局部或內部間磁敏感性差異形成影像對比的技術，反映的是組織磁化屬性。SWI以T2*加權梯度回波作為基礎序列，利用三維采集信號，空間分辨率明顯提高;同時采用薄層掃描技術，明顯降低了背景場T2*噪聲影響，并在3個方向上加以完全性流動補償技術以消除小動脈的影響［15］，可以同時獲得幅度圖( magnitude image)和相位圖( phase image)，二者成對出現(xiàn)，且其對應的解剖關系完全一致。相位圖對磁場中磁敏感性不同的物質敏感，通過相位蒙片和加權等處理能突出顯示磁敏感物質;幅度圖主要顯示解剖細節(jié)，T1WI、T2WI就是幅度圖。通過將相位圖進行高通濾波，消除非病變引起的背景T2*信號丟失，然后形成模像，再由模像與幅度圖整合形成SWI圖像。而傳統(tǒng)的GRE序列僅僅采用幅度圖數(shù)據(jù)，所以SWI能夠更清楚的顯示血紅蛋白代謝產(chǎn)物與周圍腦組織的對比［16］。

SWI可以敏感地反映物質在外加磁場作用下的磁化程度，用磁化率來度量。常見的磁敏感物質有: ( 1)順磁性物質:血紅蛋白的代謝產(chǎn)物如脫氧血紅蛋白、含鐵血黃素及正鐵血紅蛋白等都是高順磁性物質。( 2)反磁性物質:鈣化是最常見的反磁性物質。( 3)鐵磁性物質:主要是鐵、鈷、鎳3種。無論是順磁性物質還是反磁性物質，均能改變局部磁場不均勻而引起的質子失相位，使質子自旋頻率產(chǎn)生差異。在一個足夠長TE的作用下，自旋頻率不同的物質間就形成明顯的相位差別［17］，據(jù)此，磁敏感度不同的組織在SWI相位圖上就可以被區(qū)別出來。由于出血灶中含有脫氧血紅蛋白、含鐵血黃素及正鐵血紅蛋白等高順磁性物質，使局部磁場不均勻，盡管這種差異很小，但足以使小出血灶與周圍物質產(chǎn)生相位差別而被突出顯示。

3　SWI在mTBI診斷中的應用

多層螺旋CT以其掃描速度快、薄層掃描、三維成像和多平面重建等優(yōu)點，仍然是腦外傷的首選檢查方法，它能及時準確發(fā)現(xiàn)顱骨骨折、大的顱內出血、腦挫裂傷、中線移位等，從而指導臨床采取迅速的治療措施［18］，但是它難以發(fā)現(xiàn)小出血灶及TAI病變。常規(guī)MRI具有多參數(shù)成像，軟組織分辨率高等優(yōu)點，能清楚的顯示腦組織形態(tài)、結構的改變，也能發(fā)現(xiàn)腦水腫和部分出血灶，但由于對磁化率變化的相對不敏感及空間分辨率的相對較低，所以對微小出血灶的顯示敏感性相對較低，從而低估了TBI的病情［19－20］。

SWI是目前顯示顱內出血最敏感的序列之一，尤其是對顱內微出血特別敏感［21］。其在1. 5T和3. 0T的數(shù)據(jù)采集分辨率能分別達到1. 0 mm3和0. 5 mm3。微出血泛指＜5mm的出血灶，被看做是出血性DAI的標志［22］，好發(fā)于基底節(jié)、丘腦、皮層下白質、小腦及腦干等部位。微出血主要是因為微血管破裂，出血灶內的血紅蛋白代謝產(chǎn)物，如脫氧血紅蛋白及含鐵血黃素等均是高順磁性物質，造成局部磁場不均，質子自旋快速失相位，T2縮短，信號減低，與鄰近組織對比增強而被檢測出來。研究發(fā)現(xiàn)SWI對出血性損傷比傳統(tǒng)MRI序列敏感，SWI能比傳統(tǒng)MRI序列多檢出30%以上的微小出血灶［23］，并且其對微小出血灶的敏感度是常規(guī)梯度回波序列的3～6倍［24］。Akter等［25］將SWI與GRE及GREEPI序列對腦內出血灶檢出能力做對比研究，結果同樣發(fā)現(xiàn)SWI對小出血灶的檢出具有更高的敏感性，并且其對幕下和顱底的小出血灶同樣很敏感。Tong等［26］的研究發(fā)現(xiàn)，SWI檢測出血灶的數(shù)量接近T2*WI的6倍，診斷出血灶的體積幾乎是T2*WI 的2倍，病灶可小于10 mm2。SWI不僅對腦實質的微小出血灶敏感，而且在某些情況下，對蛛網(wǎng)膜下腔出血( SAH)及腦室內出血的檢測較CT更敏感。Wu等［27］運用SWI對外傷性SAH評價研究表明，SWI對腦室內出血的檢出優(yōu)于CT，而且對少量SAH也十分敏感。所以SWI比常規(guī)MRI能發(fā)現(xiàn)更多、更小的出血病灶，能更確切的顯示出血灶的部位、大小和數(shù)目，對客觀判斷腦外傷的嚴重程度具有重要的指導意義。

SWI顯示病灶的數(shù)目和體積與患者的GCS分數(shù)及預后具有密切關系?；颊卟≡顢?shù)目和體積代表腦組織損傷、壞死或膠質增生的程度，病灶數(shù)目越多、體積越大，表明損傷的部位越廣泛及腦組織損傷范圍越大。Tong等［28］研究發(fā)現(xiàn)，SWI序列顯示的病灶數(shù)目和體積與GCS評分呈負相關關系，GCS分數(shù)較低(≤8)或昏迷時間較長(＞4天)的患兒出血灶的數(shù)量和體積明顯大于預后較好的患兒;在受傷6～12個月后，已經(jīng)恢復正?；蜉p度殘疾患兒出血灶的數(shù)目和體積明顯小于中、重度殘疾和植物生存狀態(tài)的患兒。韓成坤等［29］對DAI研究發(fā)現(xiàn)，與出血灶的體積相比，DAI病灶的數(shù)量與GCS評分的相關性更強。王曉陽等［30］另外還發(fā)現(xiàn)GCS分數(shù)與SWI所示中線結構出血灶數(shù)目也呈明顯負相關關系，而與雙側顳枕葉出血灶數(shù)目無明顯相關，這可能由于腦干中存有的網(wǎng)狀結構，它可調節(jié)肌張力，影響軀體運動，參與覺醒、警覺和睡眠，調節(jié)內臟活動，并與呼吸、心跳和血壓有著密切關系，因為腦干網(wǎng)狀結構中的生命中樞受到損傷，導致臨床GCS評分較低。

SWI對mTBI的診斷及預后具有重要的意義。蔣熙攘等［31］研究發(fā)現(xiàn)，mTBI患者傷后是否存在意識障礙與SWI檢出微出血灶有關，并且出血灶的數(shù)目越多、越廣泛，傷后發(fā)生顱腦損傷后綜合征( PTBS)的可能性越大。林金蓮等［32］對mTBI進行對比研究發(fā)現(xiàn)，SWI在檢測出血灶陽性患者及出血灶數(shù)量方面均顯著高于常規(guī)MRI，并且推測，昏迷組患者的PTBS發(fā)生率比非昏迷組高可能與昏迷組出血灶檢出率高于非昏迷組有關。Beauchamp等［33］研究發(fā)現(xiàn)，SWI不僅能夠發(fā)現(xiàn)嚴重DAI患者的病灶，而且能夠顯示輕型或者局灶的顱腦損傷病灶;大約19%的CT檢查陰性的mTBI患者，SWI能夠發(fā)現(xiàn)出血病灶，且SWI顯示病灶數(shù)目越多，智力功能就越差。另對mTBI抑郁患者隨訪發(fā)現(xiàn)［34］，SWI顯示抑郁組顱內出血灶的數(shù)量和體積均大于非抑郁組，且這種差異表現(xiàn)在額顳頂葉，其它區(qū)域沒有顯著差異。所以SWI能夠更好的診斷和評估m(xù)TBI患者的病情，為mTBI的治療和預后提供幫助。

4　SWI對出血灶的鑒別診斷

SWI對出血表現(xiàn)為低信號，而顱內一些其它的病變和結構也可以表現(xiàn)為相似的信號，所以需要鑒別: ( 1)鈣化灶:鈣化是反磁性物質，所以表現(xiàn)為低信號。但出血為順磁性物質，在相位圖上，鈣化表現(xiàn)為高信號或高信號為主的混雜信號，出血表現(xiàn)為低信號或低信號為主的混雜信號［35］。( 2)正常小靜脈:正常小靜脈具有血管結構的連續(xù)性，且邊緣光滑，通過觀察連續(xù)層面可以鑒別。( 3)與正常灰質核團的鑒別:灰質核團雙側對稱，形態(tài)規(guī)則，在SWI表現(xiàn)為稍低信號，而出血表現(xiàn)為明顯低信號［29］。

5　問題及展望

SWI的主要缺點一是掃描時間長，容易出現(xiàn)運動偽影，對患者的配合要求高;二是對部分非出血性小病灶，SWI與常規(guī)MRI均不能很好顯示;三是對組織磁化率差異較大的區(qū)域(如顱底的含氣鼻竇)，成像受到一定的限制。但SWI由于對出血灶的高度敏感性，能夠比常規(guī)CT和MRI發(fā)現(xiàn)更多、更小的病灶，能夠更加明確病灶的部位和范圍，所以對TBI患者尤其是輕型顱腦外傷具有獨特的優(yōu)勢，能夠為輕型顱腦外傷提供循證醫(yī)學依據(jù)，對臨床治療和醫(yī)學鑒定等均有很大的幫助。隨著4.0T甚至7.0T磁共振的開發(fā)應用，后處理軟件的不斷改進，檢查時間將不斷縮短，圖像分辨率不斷提高，SWI將會成為輕型顱腦損傷的常規(guī)和首選序列。

參考文獻

［1］Bazarian JJ，Blyth B，Cimpello L.Bench to bedside: evidence for brain injury after concussion－looking beyond the computed tomography scan［J］.Acad Emerg Med，2006，13( 2) : 199－214.

［2］Menon DK，Schwab K，Wright DW，et al.Position statement: definition of traumatic brain injury［J］.Arch Phys Med Rehabil，2010，91( 11) : 1637－1640.

［3］Teasdale G，Jennett B.Assessment of coma and impaired consciousness.A practical scale［J］.Lancet，1974，2( 7872) : 81－84.

［4］Timmons SD，Bee T，Webb S，et al.Using the abbreviated injury severity and Glasgow Coma Scale scores to predict 2-week mortality after traumatic brain injury［J］.J Trauma，2011，71( 5) : 1172－1178.

［5］Park JH，Park SW，Kang SH，et al.Detection of traumatic cerebral microbleeds by susceptibility-weighted image of MRI［J］.J Korean Neurosurg Soc，2009，46( 4) : 365－369.

［6］Ling GS，Marshall SA，Moore DF.Diagnosis and management of traumatic brain injury［J］.Continuum ( Minneap Minn) 2010，16 ( 6) : 27－40.

［7］Giza CC，Hovda DA.The Neurometabolic Cascade of Concussion ［J］.J Athl Train，2001，36( 3) : 228－235.

［8］Hernandez-Ontiveros DG，Tajiri N，Acosta S，et al.Microglia activation as a biomarker for traumatic brain injury［J］.Front Neurol，2013，4: 30.

［9］Shaw NA.The neurophysiology of concussion［J］.Prog Neurobiol，2002，67( 4) : 281－344.

［10］黃文才，韓飛，田世俊，等.MR擴散加權成像對腦彌漫性軸索損傷的診斷價值［J］.放射學實踐，2007，22( 1) : 28－30.

［11］Strich SJ.Diffuse degeneration of the cerebral white matter in severe dementia following head injury［J］.J Neurol Neurosurg Psychiatry，1956，19( 3) : 163－185.

［12］Blumbergs PC，Scott G，Manavis J，et al.Staining of amyloid precursor protein to study axonal damage in mild head injury［J］.Lancet，1994，344( 8929) : 1055－1056.

［13］Haacke EM，Duhaime AC，Gean AD，et al.Common data elements in radiologic imaging of traumatic brain injury［J］.J Magn Reson Imaging，2010，32( 3) : 516－543.

［14］Edlow BL，Wu O.Advanced neuroimaging in traumatic brain injury ［J］.Semin Neurol，2012，32( 4) : 374－400.

［15］鄭玲，刁強，李林，等.磁共振磁敏感加權成像技術在顱內微出血中的應用價值［J］.醫(yī)學研究生學報，2010，23( 5) : 511－513.

［16］Geurts BH，Andriessen TM，Goraj BM，et al.The reliability of magnetic resonance imaging in traumatic brain injury lesion detection ［J］.Brain Inj，2012，26( 12) : 1439－1450.

［17］王麗娟，劉玉波，王光彬.磁敏感加權成像原理概述［J］.磁共振成像，2010，( 3) : 227－230.

［18］Ginde AA，F(xiàn)oianini A，Renner DM，et al.Availability and quality of computed tomography and magnetic resonance imaging equipment in US emergency departments［J］.Acad Emerg Med，2008，15( 8) : 780－783.

［19］Arfanakis K，Haughton VM，Carew JD，et al.Diffusion tensor MR imaging in diffuse axonal injury［J］.AJNR Am J Neuroradiol，2002，23( 5) : 794－802.

［20］Rugg－Gunn FJ，Symms MR，Barker GJ，et al.Diffusion imaging shows abnormalities after blunt head trauma when conventional magnetic resonance imaging is normal［J］.J Neurol Neurosurg Psychiatry，2001，70( 4) : 530－533.

［21］Ghostine S，Raghavan R，Khanlou N，et al.Cerebral amyloid angiopathy: micro-haemorrhages demonstrated by magnetic resonance susceptibility-weighted imaging［J］.Neuropathol Appl Neurobiol，2009，35( 1) : 116－119.

［22］Kou Z，Wu Z，Tong KA，et al.The role of advanced MR imaging findings as biomarkers of traumatic brain injury［J］.J Head Trauma Rehabil，2010，25( 4) : 267－282.

［23］Vernooij MW，Ikram MA，Wielopolski PA，et al.Cerebral microbleeds: accelerated 3D T2*-weighted GRE MR imaging versus conventional 2D T2*-weighted GRE MR imaging for detection［J］.Radiology，2008，248( 1) : 272－277.

［24］Van Boven RW，Harrington GS，Hackney DB，et al.Advances in neuroimaging of traumatic brain injury and posttraumatic stress disorder［J］.J Rehabil Res Dev，2009，46( 6) : 717－757.

［25］Akter M，Hirati T，Hiai Y，et al，Detection of hemorrhagic hypointense foci in the brain on susceptibility weighted imaging clinical and phantom studies［J］.Acad Radiol，2007，14 ( 9) : 1011－1019.

［26］Tong KA，Ashwal S，Holshouser BA，et al.Hemorrhagic shearing lesions in children and adolescents with posttraumatic diffuse axonal injury: improved detection and initial results［J］.Radiology，2003，227( 2) : 332－339.

［27］WuZ，Li S，Lei J，et al.Evaluation of traumatic subarachnoid hemorrhage using susceptibility-weighted imaging［J］.AJNR Am J Neuroradiol，2010，31( 7) : 1302－1310.

［28］Tong KA，Ashwal S，Holshouser BA，et al.Diffuse axonal injury in children: clinical correlation with hemorrhagic lesions［J］.Ann Neurol，2004，56( 1) : 36－50.

［29］韓成坤，史浩，劉桂芳，等.磁敏感加權成像對彌漫性軸索損傷的診斷價值［J］.中華放射學雜志，2011，45( 7) : 632－636.

［30］王曉陽，嚴福華，賈慶，等.磁敏感加權成像在創(chuàng)傷性顱腦損傷中的應用與研究［J］.浙江醫(yī)學，2012，34( 11) : 866－869.

［31］蔣熙攘，劉勝，王誠，等.磁敏感加權成像對輕型顱腦損傷的臨床應用及意義［J］.中國臨床神經(jīng)外科雜志，2011，16 ( 9) : 520－523.

［32］林金蓮，吳光耀，秦天，等.3.0T MRI磁敏感加權成像對輕型腦損傷的評估［J］.放射學實踐，2014，29( 1) : 53－56.

［33］Beauchamp MH，Beare R，Ditchfield M，et al.Susceptibilityweighted imaging and its relationship to outcome after pediatric traumatic brain injury［J］.Cortex，2013，49( 2) : 591－598.

［34］Wang X，We XE，Li MH，et al.Microbleeds on susceptibilityweighted MRI in depressive and non-depressive patients after mild traumatic brain injury［J］.Neurol Sci，2014，35 ( 10) : 1533－1539.

［35］高升，甘潔.磁敏感加權成像的臨床應用及研究進展［J］.國際醫(yī)學放射學雜志，2012，38( 5) : 54－58.

(學術編輯:董國禮)

綜述

Application of susceptibility-weighted imaging in mild traumatic brain injury

YANG Ran1，2，ZENG Wen-bing1，ZHAI Zhao-hua2，GAO Cai-liang1
( 1.Department of Radiology，Wanzhou Three Gorges Central Hospital，Chongqing 404000; 2.Department of Radiology，Affiliated Hospital of North Sichuan Medical College，Nanchong 637000，Sichuan，China)

【Abstract】Susceptibility-weighted imaging is a new technique that exploits differences in magnetic susceptibility between tissues.It is characterized by three-dimension，high-resolution，fully velocity compensation.It is very sensitive to intracranial bleeding especially diffuse axonal injury.In this article，we present a review focusing on the principles and application of susceptibility-weighted imaging.

【Key words】Susceptibility-weighted imaging; Magnetic resonance imaging; Traumatic brain injury; Diffuse axonal injury

作者簡介:楊染( 1982－)，男，碩士，主治醫(yī)師。通訊作者:曾文兵，E-mail: 422817593@ qq.com

基金項目:重慶市衛(wèi)生局醫(yī)學科研計劃項目( 2015MSXM128)

收稿日期:2015－02－11

doi:10. 3969/j. issn. 1005-3697. 2016. 01.39

【文章編號】1005-3697( 2016) 01-0142-04

【中圖分類號】R445.2

【文獻標志碼】A