Визуализация, взвешенная по чувствительности

SWI-изображение, полученное при 4 Тесла, показывает вены головного мозга.

Визуализация, взвешенная по чувствительности ( SWI ), первоначально называвшаяся BOLD венографической визуализацией, представляет собой последовательность МРТ , которая чрезвычайно чувствительна к венозной крови, кровотечению и накоплению железа. длинного эха и градиентного эха (GRE) с полной компенсацией потока SWI использует последовательность импульсов для получения изображений. Этот метод использует различия в чувствительности между тканями и использует фазовое изображение для обнаружения этих различий. Данные о величине и фазе объединяются для создания изображения с улучшенной контрастностью. Визуализация венозной крови с помощью SWI — это метод, зависящий от уровня кислорода в крови (ЖИРНЫЙ), поэтому его называли (а иногда и до сих пор) ЖИРНОЙ венографией. Из-за своей чувствительности к венозной крови SWI обычно используется при черепно-мозговых травмах (ЧМТ) и для венографии головного мозга с высоким разрешением, но имеет множество других клинических применений. SWI предлагается в виде клинического пакета компаниями Philips и Siemens, но может работать на машине любого производителя при напряженности поля 1,0 Тл, 1,5 Тл, 3,0 Тл и выше.

Получение и обработка изображений

SWI использует трехмерное сканирование градиентного эхо (GRE) высокого разрешения с полной компенсацией скорости, радиочастотным искажением. Изображения амплитуды и фазы сохраняются, а фазовое изображение подвергается фильтрованию верхних частот (HP) для удаления нежелательных артефактов. Затем изображение магнитуды объединяется с фазовым изображением для создания изображения магнитуды с улучшенным контрастом, называемого изображением, взвешенным по восприимчивости (SW). Также принято создавать проекции минимальной интенсивности (mIP) размером более 8–10 мм, чтобы лучше визуализировать соединение вен. Таким образом генерируются четыре набора изображений: исходная магнитуда, фаза, отфильтрованная по HP, взвешенные по восприимчивости и mIP по изображениям, взвешенным по восприимчивости.

Фазовая фильтрация

Значения на фазовых изображениях ограничены от -π до π, поэтому, если значение превышает π, оно переходит в -π, неоднородности магнитного поля вызывают низкочастотные фоновые градиенты. Это приводит к тому, что все значения фазы медленно увеличиваются по изображению, что создает фазовый перенос и затемняет изображение. Этот тип артефактов можно удалить путем развертки фазы или высокочастотной фильтрации исходных комплексных данных для удаления низкочастотных изменений в фазовом изображении.

Создание изображений, взвешенных по восприимчивости

Фазовая маска, чувствительная к отрицательным значениям фазы, с линейным (пунктирная линия) и отображением четвертой степени (сплошная линия).

Взвешенное по восприимчивости изображение создается путем объединения изображений величины и отфильтрованной фазы. Маска создается из фазового изображения путем сопоставления всех значений выше 0 радиан с 1 и линейного сопоставления значений от -π до 0 радиан с диапазоном от 0 до 1 соответственно. Альтернативно, вместо линейного преобразования от -π до 0 можно использовать степенную функцию (обычно 4-й степени), чтобы усилить эффект маски. Изображение магнитуды затем умножается на эту маску. Таким образом, значения фазы выше 0 радиан не оказывают никакого влияния, а значения фазы ниже 0 радиан затемняют изображение магнитуды. Это увеличивает контрастность изображения магнитуды для объектов с низкими значениями фазы, таких как вены, железо и кровоизлияния.

Клинические применения

SWI чаще всего используется для обнаружения небольшого количества кровоизлияний или кальция. Клиническое применение исследуется в различных областях медицины.

Черепно-мозговая травма (ЧМТ)

Сравнение диффузного аксонального повреждения, полученного с помощью обычного GRE (слева) и SWI (справа) при 1,5 Тл.

Сравнение кровоизлияний, полученных с помощью традиционных изображений GRE (слева) и SWI (справа) при 1,5 Тл.

Обнаружение микрокровоизлияний, сдвигов и диффузных аксональных повреждений (DAI) у пациентов с травмами часто затруднено, поскольку повреждения, как правило, относительно небольшие по размеру и могут быть легко пропущены при сканировании с низким разрешением. SWI обычно запускается с относительно высоким разрешением (1 мм). ³ ) и чрезвычайно чувствителен к кровотечениям на границах серого и белого вещества, что позволяет видеть очень маленькие поражения, что повышает способность обнаруживать более тонкие повреждения.

Инсульт и кровотечение

Диффузионно-взвешенная визуализация представляет собой мощное средство выявления острого инсульта. Хотя хорошо известно, что градиентная эхо-визуализация позволяет обнаружить кровотечение, лучше всего его выявляют с помощью SWI. В показанном здесь примере градиентное эхо-изображение показывает область вероятного цитотоксического отека, тогда как SW-изображение показывает вероятную локализацию инсульта и пораженную сосудистую территорию (данные получены при 1,5 Тл).

Яркая область на изображении, взвешенном по градиентному эхо-сигналу, показывает область, пораженную в этом примере острого инсульта. Стрелки на SWI-изображении могут показывать ткани риска, пораженные инсультом (A, B, C), и место самого инсульта (D). Причина, по которой мы можем видеть пораженную сосудистую территорию, может заключаться в том, что в этой ткани снижен уровень насыщения кислородом , что позволяет предположить, что приток кислорода в эту область мозга может быть уменьшен после инсульта. Другое возможное объяснение состоит в том, что происходит увеличение местного венозного объема крови. В любом случае это изображение предполагает, что ткань, связанная с этой сосудистой территорией, может находиться в зоне риска. Будущие исследования инсульта будут включать сравнение перфузионно-взвешенной визуализации и SWI, чтобы узнать больше о локальном кровотоке и насыщении кислородом.

Болезнь Стерджа-Вебера

SWI-венограмма новорожденного с синдромом Стерджа-Вебера

SWI-венограмма новорожденного с синдромом Стерджа-Вебера, Справа показана у которого не было неврологических симптомов. Первоначальные традиционные методы МРТ не выявили каких-либо отклонений. На венограмме отчетливо видна аномальная венозная сосудистая сеть левой затылочной доли, простирающаяся между задним рогом желудочка и кортикальной поверхностью. Благодаря высокому разрешению можно разрешить даже залоговые вопросы.

Опухоль

Часть характеристики опухолей заключается в понимании ангиографического поведения поражений как с точки зрения ангиогенеза, так и микрокровоизлияний. Агрессивные опухоли имеют тенденцию иметь быстрорастущую сосудистую сеть и множество микрокровоизлияний. Следовательно, способность обнаруживать эти изменения в опухоли может привести к лучшему определению статуса опухоли. Повышенная чувствительность SWI к венозной крови и продуктам крови из-за различий в чувствительности по сравнению с нормальной тканью приводит к лучшему контрасту при обнаружении границ опухоли и опухолевого кровоизлияния.

Рассеянный склероз

Рассеянный склероз (РС) обычно изучают с помощью FLAIR и визуализации Т1 с контрастным усилением. SWI дополняет это, выявляя венозные связи в некоторых поражениях и предоставляя доказательства наличия железа в некоторых поражениях. Эта ключевая новая информация может помочь понять физиологию рассеянного склероза.

Было показано, что частота магнитного резонанса, измеренная с помощью SWI-сканирования, чувствительна к образованию очагов рассеянного склероза. Частота увеличивается за несколько месяцев до появления нового поражения на сканировании с контрастным усилением. Во время контрастного усиления частота быстро увеличивается и остается повышенной в течение как минимум шести месяцев.

Сосудистая деменция и церебральная амилоидная ангиопатия (ЦАА)

Изображения CAA, полученные при 1,5 Тл. Слева, обычный T2 * (TE = 20 мс), в центре, изображение магнитуды, обработанное SWI (TE = 40 мс), и справа, фазовое изображение SWI (TE = 40 мс).

Визуализация градиентного эхо (GRE) является традиционным способом обнаружения кровоизлияний при ВГА , однако SWI является гораздо более чувствительным методом, который может выявить множество микрокровоизлияний, которые не видны на изображениях GRE. Обычное Т2*-взвешенное изображение с градиентным эхо (слева, TE=20 мс) показывает некоторые очаги с низким сигналом, связанные с ВГА. С другой стороны, SWI-изображение (в центре, с разрешением 0,5 x 0,5 x 2,0 мм, проецируемое более 8 мм) показывает гораздо больше сопутствующих очагов с низким сигналом. Фазовые изображения использовались для усиления эффекта локального накопления гемосидерина. Пример фазового изображения (справа) с еще более высоким разрешением 0,25 x 0,25 x 2,0 мм демонстрирует явную способность локализовать несколько очагов, связанных с CAA.

Пневмоцефалия

Недавние исследования показывают, что SWI может быть подходящим для мониторинга нейрохирургических пациентов, выздоравливающих от пневмоцефалии , поскольку с помощью SWI можно легко обнаружить воздух.

Высокопольное SWI

SWI уникально подходит для использования систем с более сильным полем, поскольку контраст фазового изображения линейно пропорционален времени эха (TE) и напряженности поля. Таким образом, более высокие поля позволяют сократить время эхо-сигнала без потери контраста, что может уменьшить время сканирования и артефакты, связанные с движением. Высокое соотношение сигнал/шум, доступное при более высоких полях, также повышает качество сканирования и позволяет выполнять сканирование с более высоким разрешением.

См. также

• Магнитно-резонансная ангиография
• Количественное картирование восприимчивости

Ссылки

• Ашвал С. и др. (2008). «Взвешенная по чувствительности визуализация и протонная магнитно-резонансная спектроскопия в оценке исхода после черепно-мозговой травмы у детей». Арх Физ Мед Реабилитация . 87 (12 Приложение 2): С50–8. дои : 10.1016/j.apmr.2006.07.275 . ПМИД   17140880 .

• Барт М. и др. (2003). «Трёхмерная магнитно-резонансная венография опухолей головного мозга с контрастным усилением в зависимости от уровня оксигенации крови при 3 Тесла: первый клинический опыт и сравнение с 1,5 Тесла». Инвест Радиол . 38 (7): 409–14. дои : 10.1097/01.RLI.0000069790.89435.e7 . ПМИД   12821854 . S2CID   25855019 .

• Дейстунг А и др. (2008). «Визуализация, взвешенная по восприимчивости, при сверхвысокой напряженности магнитного поля: теоретические соображения и экспериментальные результаты» . Маг Резон Мед . 60 (5): 1155–68. дои : 10.1002/mrm.21754 . ПМИД   18956467 .

• Денк и Раушер, А. (2010). «Визуализация, взвешенная по чувствительности, с множественными эхо-сигналами» . Журнал магнитно-резонансной томографии . 31 (1): 185–91. дои : 10.1002/jmri.21995 . ПМИД   20027586 .

• де Соуза Ж.М. и др. (2008). «Визуализация, взвешенная по чувствительности, для оценки пациентов с семейными церебральными кавернозными мальформациями: сравнение с t2-взвешенными последовательностями быстрого спин-эхо и градиентного эхо» . Am J Нейрорадиол . 29 (1): 154–8. дои : 10.3174/ajnr.A0748 . ПМЦ   8119083 . ПМИД   17947370 .

• Хааке Э.М. и др. (2005). «Изучение запасов железа в мозге с помощью магнитно-резонансной томографии» . Магнитно-резонансная томография . 23 (1): 1–25. дои : 10.1016/j.mri.2004.10.001 . ПМИД   15733784 .

• Хааке Э.М. и др. (2009). «Визуализация, взвешенная по чувствительности: технические аспекты и клиническое применение, часть 1» . Am J Нейрорадиол . 30 (1): 19–30. дои : 10.3174/ajnr.A1400 . ПМЦ   3805391 . ПМИД   19039041 .

• Миттал С. и др. (2009). «Визуализация, взвешенная по чувствительности: технические аспекты и клиническое применение, часть 2» . Am J Нейрорадиол . 30 (2): 232–52. дои : 10.3174/ajnr.A1461 . ПМЦ   3805373 . ПМИД   19131406 .

• Раушер А и др. (1 апреля 2005 г.). «Фазовая МРТ головного мозга человека, взвешенная по магнитной восприимчивости» . Am J Нейрорадиол . 26 (4): 736–42. ПМЦ   7977092 . ПМИД   15814914 .

• Райхенбах Дж.Р. и др. (1 июля 1997 г.). «Маленькие сосуды головного мозга человека: МР-венография с дезоксигемоглобином в качестве внутреннего контрастного вещества». Радиология . 204 (1): 272–7. дои : 10.1148/radiology.204.1.9205259 . ПМИД   9205259 .

• Райхенбах Дж.Р. и др. (2000). «МР-венография высокого разрешения при 3,0 Тесла» . J Comput Assist Томогр . 24 (6): 949–57. дои : 10.1097/00004728-200011000-00023 . ПМИД   11105717 . S2CID   37704005 .

• Райхенбах Дж.Р. и др. (2001). «Жирная венографическая визуализация высокого разрешения: окно в функцию мозга» . ЯМР Биомед . 14 (7–8): 453–67. дои : 10.1002/nbm.722 . ПМИД   11746938 .

• Седлачик Дж. и др. (2007). «Определение уровня оксигенации крови по поведению МР-сигнала при наличии одиночных венозных сосудов» . Маг Резон Мед . 58 (5): 1035–44. дои : 10.1002/mrm.21283 . ПМИД   17969121 .

• Сегал В. и др. (2005). «Клиническое применение нейровизуализации с визуализацией, взвешенной по восприимчивости» . J-магнитно-резонансная томография . 22 (4): 439–50. дои : 10.1002/jmri.20404 . ПМИД   16163700 .

• Сегал В. и др. (2006). «Визуализация, взвешенная по чувствительности, для визуализации продуктов крови и улучшения контрастности опухолей при исследовании образований головного мозга». J-магнитно-резонансная томография . 24 (1): 41–51. дои : 10.1002/jmri.20598 . ПМИД   16755540 . S2CID   34669397 .

• Томас Б. и др. (2008). «Клиническое применение взвешенной по восприимчивости МРТ головного мозга - иллюстрированный обзор». Нейрорадиология . 50 (2): 105–16. дои : 10.1007/s00234-007-0316-z . ПМИД   17929005 . S2CID   12492779 .

• Тонг К. и др. (2008). «МРТ, взвешенная по чувствительности: обзор клинического применения у детей» . Am J Нейрорадиол . 29 (1): 9–17. дои : 10.3174/ajnr.A0786 . ПМК   8119104 . ПМИД   17925363 .

• Виггерманн и др. (2013). «Сдвиг частоты магнитного резонанса при формировании острого поражения рассеянного склероза» . Неврология . 81 (2): 211–218. дои : 10.1212/WNL.0b013e31829bfd63 . ПМК   3770162 . ПМИД   23761621 .

• Пальма Дж.А. и др. (2009). «Пневмоцефалия, имитирующая кавернозные мальформации головного мозга при МРТ-взвешенной визуализации» . AJNR Am J Нейрорадиол . 30 (6): е83. дои : 10.3174/ajnr.A1549 . ПМК   7051328 . ПМИД   19342538 .

Внешние ссылки

• Информационные брошюры SWI, включая программное обеспечение SWI
• Пилотное исследование MRI-CCSVI с MRA и SWI
• ХОРОШИЙ МРТ
• Институт МРТ биомедицинских исследований