磁敏感加权成像

磁敏感加权成像SWI序列原理及应⽤（⼀）磁敏感加权成像SWI（Susceptibility-Weighted Imaging）是⼀种不同于常规的T1W，T2W，PDW等成像，⽽是利⽤组织间固有的磁敏感差异来获得图像对⽐的成像⽅式。

磁敏感加权成像利⽤磁共振相位图像作为Mask来增强组织间对⽐，经过20多年的临床使⽤，发现磁敏感加权成像在发现颅脑静脉畸形，脑微⼩出⾎，钙化等都具有⾮常重要的应⽤。

那么磁敏感加权成像是如何从常规的GRE序列演变发展成为能够识别组织间不同磁化率信息的SWI序列的呢？在进⾏磁敏感序列参数设定时需要注意什么？如何在磁敏感加权成像中鉴别出⾎和钙化？以及磁敏感加权成像图像的伪影及处理⽅案有什么？本⽂将逐⼀进⾏介绍。

⼀、磁敏感成像基本原理磁化率是组织的固有属性，通常我们使⽤Xm进⾏表⽰，不同组织与材料的磁化率差别⾮常⼤，为了描述⽅便，可以将组织或材料划分为逆磁性、顺磁性以及铁磁性三种不同的类型，其中逆磁性的组织或材料的磁化率Xm<0，常见的有铜、银、⽔以及304不锈钢等等，⽽铁、钴、镍等⾦属则为铁磁性材料，磁化率⾮常⾼。

当把具有⼀定磁化率的组织或材料放置于均匀的磁化环境中时，组织被均匀磁化形成磁偶极⼦，产⽣感应磁场，这种感应磁场不仅影响组织的内部，同时也影响着组织周边的外加磁化的均匀性。

对外加磁场的扰动的程度取决于组织的磁化率，形状和体积。

就扰相GRE序列来说，假如认定磁场均匀性以及梯度线性⾮常好时，使⽤⼀定的翻转⾓在TE 时刻采集获得的信号为：但是如果存在导致局部磁场不均匀的影响因素时，在TE时刻由于磁场不均匀导致横向磁矩的相位并没有聚相，⽽是存在⼀定的相位差，导致接收信号的降低。

这种信号的降低主要由两个参数决定，ΔB为磁场不均匀的参数，TE则为回波时间，磁场不均匀越厉害，相位差越明显，回波时间TE越长，相位差越明显，导致的信号降低越明显。

这两个参数都在磁敏感成像参数设定中有⾮常重要的意义。

磁敏感加权成像技术(Susceptibility weighted imagng，SWI)是近年发展起来的一种新的MR／技术。

它的图像对比来源于组织磁敏感性的差异，与传统的T1加权像、他加权像和质子加权像的对比机制完全不同。

组织磁敏感性组织的磁敏感性是指组织在外加磁场中诱发的磁响应的能力。

在一个稳定的外加磁场中，所有的物质都会产生一个属于自己的诱发磁场。

多数人体生物物质都是反磁性的，诱发的磁场方向和外加磁场方向相反，强度大约只有外加磁场强度的106分之一。

体内的一些金属离子，如铁、铜、锰等，是顺磁性物质，所诱发的磁场方向和外加磁场相同，强度大约是外加磁场的104分之一，并且这种顺磁性响应的强度直接和原子的数目成比例。

由于生物组织的反磁性响应非常弱，并且几乎是恒定的，而锰、铜等金属离子，浓度都非常低，对组织磁敏感性的影响也非常小，因此，生物组织的磁敏感性差异主要由铁及其降解产物的含量和分布决定。

血红蛋白铁是生物体内铁的主要存在形式。

血红蛋白含有四个Fe2+，当Fe2+与氧气结合的时候，则没有多余的未成对电子存在。

因此，含氧血红蛋白是反磁性物质。

当氧气和铁原子分离，形成去氧血红蛋白，含有4个未成对电子，是顺磁性物质。

因此，依据氧饱和度不同，血液可以是反磁性的(完全氧饱和的血液)也可以是顺磁性的(去氧饱和血液)。

生物体内还有相当数量的非血红蛋白铁，主要以铁蛋白及其降解产物一一含铁血黄素的形式存在。

这两种都是顺磁性物质，在不同的组织中的差异很大，比如，在肝脏、大脑的某些灰质核团中含量较高。

根据分析可以看出，生物体的磁敏感性对比取决于铁以及降解产物在组织内的含量和分布。

成像原理铁及其降解产物在体内的沉积会产生亚体素的磁场不均匀，影响周围质子的自旋，导致MR信号强度和相位的改变。

采集到的磁共振成像的原始信号，即k空间信号，包含了强度和相位两方面的信息。

也就是说，k空间信号S(k)能够以信号强度s0(k)和累积相位0(k)的形式来表达，如公式(1)所示：S{Jfc)=S。

磁敏感加权成像在中枢神经系统的临床应用磁敏感加权成像(SWI)是一种利用组织间磁敏感性差异和BOLD效应成像的磁共振新技术。

磁敏感加权成像原理首先由E. Mark Haacke博士、Jurgen R Reichenbach博士和Yi Wang博士提出，2002年12月磁敏感加权成像技术获得美国专利。

SWI名称最初叫高分辨率Bold静脉血管成像（HRBV），后又称检测疾病静脉成像（AVID Bold），2002年以后正式命名为磁敏感加权成像（SWI）。

一、磁敏感加权成像基本原理SWI是一种全新的反映组织间磁敏感差异对比的成像技术。

SWI采用三维采集技术，它通过长TE，高分辨率，完全流动补偿和3D梯度回波扫描产生相位图和强度图，相位图通过滤波减少不必要的场效应产生蒙片，再利用相位蒙片对强度图进行增强处理，而相邻层面进行最小密度重建，使周围组织磁敏感度不同的物质(如静脉血或出血)产生信号对比。

常规磁共振成像中所使用的都是强度图像，它描述弛豫过程中质子发出的信号强度[1]，相位图像则描述质子在该过程中行经的角度。

强度图像中包含了绝大部分的组织对比信息，而相位图像则从磁敏感性角度反映组织对比，特别是磁化率差异较大的组织。

SWI图像的主要特点是使用相位对比来增强强度图像的对比。

因此，SWI是一种以梯度回波T2*序列为基础，并对其进行了多项改进的磁共振扫描技术。

与传统的加权序列比较，SWI使用了一直被忽略的相位图，相位图和强度图像被同时采集，并利用后处理将两者有机结合在一起，所以SWI既代表了一种新的成像序列，也代表了一种图像后处理的方法。

1.血液产物及其磁敏感效应：磁敏感性可以用磁化率来度量，反映物质在外磁场作用下的磁化程度。

磁敏感性是不同于质子密度、弛豫时间、弥散系数的另一个可以反映组织特征的变量。

顺磁性物质在组织内沉积会导致磁性变化，由于磁敏感度的差异，会产生亚体素磁场不均匀，使处于不同位置的质子的自旋频率不一致，在回波时间足够长的情况下，自旋频率不同的质子间将形成相位差，这样，不同磁敏感度的组织在SWI相位图上可以被区别出来。

【实用干货】磁敏感加权成像（一）【实用干货】看图说话：SWI精确诊断中枢神经系统疾病（一）众所周知，磁敏感加权成像（Susceptibility weighted imaging,SWI) 是一种重要的磁共振成像技术，采用3D的GRE序列，在三个方向施加流动补偿，利用不同组织间磁敏感度的差异产生图像对比，西门子在业界最早推出此技术并得到了广泛的应用。

脱氧血红蛋白在常规T2WI上，顺磁性作用较弱，信号丢失不明显。

但是在梯度回波(T2*WI)序列，脱氧血红蛋白产生磁敏感去相位，增强了局部磁场的变形，突出了快速去相位后信号的丢失，可以提高与周围组织的对比，使静脉及脱氧血红蛋白区显示更清楚，因此SWI 对于静脉血流及脱氧血红蛋白丰富的小病灶显示非常敏感，检出率高。

中枢神经系统病种繁多，病变复杂，因而除了常规解剖图像之外，需要更多的功能序列来辅助诊断病变。

SWI由于其序列特点，广泛应用于低流量血管畸形；血管瘤；多发细小出血；退行性病变铁沉积的评估；肿瘤的血管评价等病变，相比于常规MRI及MRA 检查更敏感，最重要的是，实时的相位图信息能够准确的鉴别出血及钙化。

因而SWI现已经成为MR神经系统最常用的功能成像技术之一，而能否生成实时相位图，是SWI技术是否先进的标志。

SWI最擅长的领域之一是血管类疾病：病例一：男性，56岁，头痛、头晕1年；T2WI显示左侧颞叶条带状略低信号影，但病变轮廓与形态显示欠佳；SWIMIP图清晰显示左侧大脑半球深部增粗的髓静脉汇入左侧室管膜下静脉内。

类似的隐匿性血管疾病，包括静脉血管畸形、海绵样血管瘤、毛细血管扩张症、静脉瘤都属于慢血流，常规MR成像较困难，但是SWI可以准确而清晰的显示病变的形态和范围。

病例二：女性，35岁，头痛，CT发现脑内占位；T2WI显示右侧额颞部一团块样低信号占位，其内信号不均匀，占位效应明显，右侧脑室前角挤压变形，中线结果左移，右侧前额叶及左枕叶亦发现低信号占位；SWI MIP发现除上述病灶外，颅内多发点状低信号影。

实验目的：了解磁敏感加权成像（SWI）的基本原理，掌握SWI技术的操作流程，并分析SWI 在图像对比和疾病诊断中的应用。

实验原理：磁敏感加权成像（SWI）是一种利用组织间磁化率差异进行图像对比增强的磁共振成像技术。

由于不同组织具有不同的磁化率，如脱氧血红蛋白、含铁血黄素等顺磁性物质在SWI图像上呈现低信号，而脂肪、钙化等物质则呈现高信号，从而实现组织对比度的增强。

实验材料：1. 3.0T磁共振成像设备2. SWI扫描序列3. 实验样本：人体头部、肝脏、肾脏等实验步骤：1. 样本准备：将实验样本放置于磁共振成像设备中，确保样本固定良好。

2. 参数设置：根据实验需求设置SWI扫描参数，包括TR/TE、翻转角、层厚、矩阵等。

3. 扫描过程：启动SWI扫描序列，对样本进行扫描。

4. 图像分析：使用图像处理软件对SWI图像进行预处理，包括去噪、插值等，然后对图像进行分析。

5. 结果比较：将SWI图像与常规T2WI图像进行对比，观察组织对比度的差异。

实验结果：1. 组织对比度：SWI图像中，脱氧血红蛋白、含铁血黄素等顺磁性物质呈现低信号，脂肪、钙化等物质呈现高信号，组织对比度明显增强。

2. 微出血灶：SWI图像可以清晰显示脑内微出血灶，对于高血压、脑血管淀粉样变性等引起的脑内微出血灶的检出具有重要作用。

3. 动静脉血栓：SWI图像可以显示新鲜血凝块中的脱氧血红蛋白，有助于评估静脉血栓形成。

4. 脑血管畸形：SWI图像可以清晰显示脑血管畸形，对于隐匿性血管疾病的诊断具有重要作用。

实验结论：1. SWI技术可以有效增强组织对比度，提高图像质量。

2. SWI技术在微出血灶、动静脉血栓、脑血管畸形等疾病的诊断中具有重要作用。

3. SWI技术是一种安全、无创、高分辨率的磁共振成像技术，具有广泛的应用前景。

实验讨论：1. SWI技术的优势：SWI技术具有无创、高分辨率、组织对比度强等特点，在临床诊断中具有广泛的应用前景。