Взвешенные по магнитной восприимчивости изображения

Взвешенная по магнитной восприимчивости томография (SWI) — это МРТ-последовательность, особенно чувствительная к соединениям, искажающим локальное магнитное поле, что делает ее эффективной для выявления продуктов распада крови, кальция и т. д.

Физические основы

SWI представляет собой 3D МРТ-последовательность градиентного эха с высоким пространственным разрешением и полной коррекцией по скорости потока. В отличие от большинства других традиционных последовательностей, в SWI используется информация как о фазе, так и об амплитуде сигнала.

Соединения, обладающие парамагнитными, диамагнитными и ферромагнитными свойствами, взаимодействуют с локальным магнитным полем, искажая его и тем самым изменяя фазу локальных тканей, что, в свою очередь, приводит к изменению интенсивности сигнала.

К парамагнитным соединениям относятся дезоксигемоглобин, ферритин и гемосидерин. 

К диамагнитным соединениям относятся минеральные компоненты кости и дистрофические кальцинации. 

После сбора данных выполняется постпроцессинг, который включает высокочастотную фильтрацию для устранения фоновой неоднородности магнитного поля и применение фазовой карты для усиления непосредственно наблюдаемого выпадения сигнала. 

Обычно формируются следующие изображения: 

• амплитудные (магнитудные) 

• фильтрованные фазовые

• SWI (комбинация постпроцессинговых амплитудных и фазовых изображений)

Часто предоставляется четвёртый набор изображений — проекция минимальной интенсивности (minIP), которая представляет собой толстый срез (slab) стандартных изображений SWI и позволяет лучше визуализировать венозную анатомию. 

Клиническое применение

Наиболее частым применением SWI является выявление небольших количеств кровоизлияний/продуктов распада крови или кальция, которые могут быть не видны на других МРТ-последовательностях.

Они также хорошо подходят для оценки вен, поскольку дезоксигемоглобин приводит как к снижению амплитуды, так и к сдвигу фазы.

Рентгенологические признаки

МРТ

Дифференцировать кальцинацию (состоящую в основном из фосфата кальция, но также содержащую очень небольшие количества меди (Cu), марганца (Mn), цинка (Zn), магния (Mg) и железа (Fe)) и продукты распада крови на постпроцессинговых изображениях SWI невозможно, поскольку и те, и другие демонстрируют выпадение сигнала и blooming-артефакт.

Однако фильтрованные фазовые изображения (в принципе) позволяют дифференцировать их, поскольку диамагнитные и парамагнитные соединения по-разному влияют на фазу (т. е. вены/кровоизлияния и кальцинация будут иметь противоположную интенсивность сигнала).

Однако это не лишено определенных сложностей, поскольку то, выглядит ли очаг черным или белым на фазовых изображениях, зависит от множества факторов: 

1. хиральность системы 

2. способ отображения изображений (например, инверсия шкалы серого)

3. размер и степень, в которой очаг вызывает фазовый сдвиг (элайзинг) 

4. оксигенация 

Они рассматриваются ниже в разделе «подводные камни». 

Интерпретация

Несмотря на вышеупомянутые трудности, существует ряд приемов, позволяющих в большинстве случаев правильно определить по фазовым изображениям, представлен ли очаг дистрофической кальцинацией или продуктами распада крови.

Во-первых, вы, вероятно, изучите свои томографы и будете знать, являются ли они право- или левосторонними системами. При МРТ головного мозга серое вещество является гипоинтенсивным в правосторонних системах и гиперинтенсивным — в левосторонних. В правосторонней системе вены выглядят темными на фазовых изображениях, поскольку они парамагнитны по отношению к окружающим тканям. В то же время кальций выглядит ярким на фазовых изображениях, так как он диамагнитен по отношению к окружающим тканям. Однако это не исключает инверсии шкалы серого на изображениях. Таким образом, первым шагом является поиск надежного внутреннего контроля, чтобы определить, как будут отображаться парамагнитные (например, продукты распада крови) и диамагнитные (например, кальцинация) структуры. Как правило, внутренние мозговые вены легко идентифицируются. Наличие у пациента кальцинации шишковидного тела или сосудистого сплетения также может помочь, однако из-за алиасинга (см. ниже) это может быть более сложной задачей. 

Как только вы это установили, посмотрите на очаг. Если вам повезет, он будет однородно черным или белым, и на этом анализ завершен. Если сигнал такой же, как от вен, он парамагнитен и, следовательно, содержит продукты распада крови. Если сигнал противоположный, то он диамагнитен и, скорее всего, представляет собой дистрофическую кальцинацию. 

Однако во многих случаях очаг будет иметь как черные, так и белые компоненты из-за эффекта наложения (aliasing). В таком случае ключевое значение имеет оценка самых верхних и самых нижних изображений, поскольку они отображают не сам очаг, а магнитный диполь, направление фазового сдвига которого соответствует центральному очагу, без эффекта aliasing. Для усиления этого эффекта может быть полезно реконструировать изображения в корональной плоскости. 

Подводные камни

Винтовая ориентация фазы (Handedness)

К сожалению, способ отображения фазовой информации не стандартизирован и варьирует в зависимости от производителя и последовательности. Это называют «хиральностью» («handedness») в зависимости от направления, в котором отображается положительное изменение фазы. Если по часовой стрелке, это называют левосторонней системой, поскольку при сжатии левой руки в кулак пальцы закручиваются по часовой стрелке. Это, в свою очередь, влияет на то, будут ли парамагнитные и диамагнитные вещества выглядеть белыми или чёрными. 

Оконное преобразование и инверсия шкалы серого

Как будто вариабельности хиральности было недостаточно, способ представления фазовых изображений также вариабелен. И, что ещё хуже, если фильтрованные фазовые изображения инвертированы по шкале серого, они будут выглядеть очень похоже. Это может приводить к путанице и ошибкам при интерпретации фазовых изображений. 

Простой шаг, позволяющий этого избежать, — сначала проверить интенсивность сигнала от заведомо известной структуры, например внутренних мозговых вен. Это покажет, как должны выглядеть парамагнитные соединения. 

При желании можно также инвертировать изображение при необходимости, чтобы фазовые изображения всегда оценивались одинаково (например, вены выглядели темными). 

Элайзинг

Хотя фильтрованные фазовые изображения, вероятно, более чувствительны к минимальным количествам кальция, чем КТ, они уступают и могут вводить в заблуждение при наличии более выраженной кальцинации или гемосидерина. Когда поле достаточно велико, так что сдвиг фазы превышает π (пи) радиан, возникает элайзинг до -π радиан, и эта зона будет выглядеть темной, а не яркой. В результате крупные зоны кальцинации могут иметь участки, выглядящие темными, либо быть окружены темными ободками. Обратное явление также наблюдается в обширных зонах выраженного отложения гемосидерина. 

Оксигенация

У пациентов, получающих значительную дополнительную оксигенацию (например, при интубации), в венозной крови может содержаться очень мало дезоксигемоглобина, что приводит к ухудшению визуализации венозных структур. Это обусловлено тем, что кислород в гемоглобине экранирует железо, нивелируя его обычный парамагнитный эффект. Этот же эффект используется для проведения функциональной МРТ, основанной на уровне оксигенации крови (BOLD).