对比增强磁敏感加权成像序列与肺癌脑转移瘤检出的相关性

黎嘉敏，区杰浩，李晓丹，康庄，周美娟

1.南方医科大学公共卫生学院放射医学系，广东广州 510515；2.广东省人民医院（广东省医学科学院）放射科，广东广州 510080；3.中山大学附属第三医院放射科，广东广州 510630

前言

在我国，肺癌是排在首位的新发癌症，脑部为最常见的肺癌转移部位。有研究表明，肺癌患者发生脑转移的概率为20%～65%［1］。脑转移瘤特点为破坏血脑屏障，常合并出血，其出血机制为转移瘤快速生长，瘤内血供不足而发生坏死出血［2］。当前MRI检查认为肺癌脑转移瘤检出与定性的金标准为增强T1WI序列，增强T2FLAIR 是脑膜转移检出的有效补充［3］。大量研究表明，发生脑微出血（CMBs）的一个独立危险因素为高血压［4-7］。血压控制越不理想，CMBs的发生率越高，从而出现的微出血病灶数目越多。此外，收缩压也是微出血发生的独立危险因素，微出血灶出现的数目与血压等级呈正相关［4］。

磁敏感加权成像（SWI）是一种高分辨梯度回波的三维薄层序列，它以T2*序列为基础，对脑转移瘤合并出血的检测十分敏感，对早期转移瘤的检出有一定的帮助［8］。但微出血灶与高血压也密切相关，SWI序列对高血压产生的微出血同样敏感，可能会与早期合并出血转移瘤混淆。近几年来，对比增强SWI（CE-SWI）序列由于注射钆对比剂后显现的T1特性，作为补充序列也被应用到肺癌脑转移瘤的检测中［9-10］。本研究分析不同序列在高血压对照组与肺癌脑转移瘤病例组中影像征象的异同，探讨CE-SWI序列与肺癌脑转移瘤与高血压微出血的相关性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集2018年2月～2021年6月于广东省人民医院治疗的病例145 例，肺癌脑转移瘤病例组纳入标准：（1）病理证实为肺癌；（2）MRI 图像提示脑转移瘤的发生；6 个月内两次以上的MRI 随访记录。排除标准：（1）图像出现明显运动伪影；（2）CE-SWI 与SWI序列都有发现多发低信号区，而CE-T1WI 与CE-SWI未发现明显强化，且无后续随访将其与脑转移瘤区分。高血压微出血组（对照组）纳入标准：（1）无癌症和外伤病史；（2）SWI 与CE-SWI 均发现低信号区，但CE-T1WI未见异常。排除标准：有明显的运动伪影。

1.2 检查方法

所有扫描均在SIEMENS Espree 1.5 T 磁共振设备完成，采用头颅12通道线圈，扫描序列包括常规头颅增强序列以及SWI、CE-SWI。常规序列层厚均设置为5 mm，层间距1 mm，其中包括SE 序列T1WITR：496 ms，TE：8.8 ms；TSE 序列T2WI TR：5 900 ms，TE：100 ms及使用压脂技术的T2FLAIR TR：5 000 ms，TI：1 800 ms，TE：116 ms。SWI 序列参数如下，TR/TE：49 ms/40 ms，层厚1.6 mm，层间距0.32 mm，翻转角为15°，体素0.8×0.7×1.6 mm。所有检查在扫描常规头颅平扫和SWI 序列后，经肘静脉手推钆喷酸葡铵对比剂，所有病人的注射对比剂剂量均为0.2 mL/kg，然后进行增强T1WI、T2FLAIR及SWI扫描。

1.3 评估方法

放射科诊断组两名高年资医师独立阅片，病例组首先记录高血压病人的数目，和CE-T1WI 序列中发现肺癌脑转移瘤的数量及部位，意见不同时则讨论达成一致，然后二次阅片记录SWI与CE-SWI序列中出现转移瘤的个数计数及分布，颅内微出血灶由于具有磁敏感特性，在CE-SWI 中表现为低信号，因此肺癌病人需对照两次头颅MRI 随访图像（6 个月内），经回顾分析能否在当前CE-T1WI 找到被忽略的微小病灶，讨论病灶是否为转移瘤，综合研究分析得出转移瘤的真实数量，得到阳性病人数目，并测量记录脑转移瘤在SWI 与CE-SWI 的最大直径。由于测得的病灶最大直径经正态检验不符合正态分布，因此最大直径用中位数（下四分位数，上四分位数）进行描述。对照组记录高血压病人的数目，SWI与CESWI 微出血的个数计数及分布，得到阳性病人数目，并查看CE-T1WI 中增强后的改变，并测量记录微出血灶在SWI与CE-SWI的最大直径。最后以CE-SWI序列为因变量，研究其与肺癌脑转移瘤、高血压微出血的相关性。

1.4 统计学方法

使用SPSS 25 进行统计学分析，将病例组在CESWI 序列检出的病例数及对照组在CE-SWI 序列检出的病例数分别与病例组患者数和对照组患者数采用卡方检验进行两两比较，P＜0.05 表示差异具有统计学意义。CE-SWI 对病灶的检出数量与高血压微出血、肺癌脑转移瘤的相关性采用Logistic 回归分析。

2 结果

本研究共收集病例组患者50 例，男26 例，女24例，年龄35～83岁，平均年龄（57±11）岁，其中患有高血压8 例；病例组中SWI 能显示其中40 例，病灶数111个，SWI显示的最大直径为4.973（3.208,10.624）mm；CE-SWI 能显示病例组中的45 例，病灶数127 个，出现正性强化病灶98 个，最大直径5.428（3.663,11.405）mm。在病例组中，50%（63/127）瘤周水肿在CE-SWI 图像中可见，CE-SWI 序列由于肿瘤实质正性强化效应的存在（图1），检出的最大直径较SWI序列大。瘤内血管在钆对比剂注射后显示，可见病灶边缘低信号边界（图2）。对照组患者50 例，男30 例，女20 例，年龄54～91 岁，平均年龄（71±8）岁，SWI 与CE-SWI 检出微出血灶的结果相同，为28 例，病灶数121 个，最大直径3.259（2.206, 4.325）mm，微出血灶未见强化效应（图3），CE-SWI 和SWI 检查相关结果见表1。对病例组CE-SWI检出的病例数与脑转移瘤患者病例数以及对照组CE-SWI 检出病例数与高血压患者病例数分别进行卡方检验交叉分析，差异均有统计学意义（P＜0.05）。

图1 瘤周水肿与强化病灶的显示Figure 1 Peritumoral edema and enhanced lesions

图2 瘤内血管的显示Figure 2 Intratumoral vessels

统计学结果表明，CE-SWI 序列中微出血病灶的出现与肺癌脑转移瘤、高血压密切相关。表2数据显示，CE-SWI 序列对肺癌脑转移瘤、高血压微出血灶的检出，结果均有统计学差异（P＜0.05）。高血压是CE-SWI 检出微出血灶的一个危险因素。而当肺癌患者出现脑转移瘤时，由于转移灶通常伴有微出血，CE-SWI 在病例组检出微出血灶的概率大于对照组（表2中b1＞b2＞0，OR1＞OR2）。

3 讨论

SWI是一种完全流动补偿的、高分辨率三维薄层梯度回波序列，它利用幅值和相位位移增强磁敏感的变化，提供有关颅内静脉血管系统、出血和铁沉积等信息［11］，对钙化和出血（血红蛋白降解的整个阶段）的检测非常敏感。尽管SWI 是以T2*为基础的序列，其实它同时存在T1穿透效应，即病变在SWI 上保留T1加权图像上预期的特征。因此，钆能强化SWI上的病变，并通过进一步的组织内对比，在早期转移过程中揭示小病变［12］。已有研究表明，高血压是产生微出血等脑血管病的独立危险因素［13］。因此，以肺癌脑转移瘤患者和高血压患者两组进行对照试验，CE-SWI 能分辨出病例组和对照组产生的微出血灶。

图3 对照组高血压微出血患者图像Figure 3 Images of patients with hypertensive microbleeds in control group

表1 CE-SWI在病例组与对照组微出血检出数的比较Table 1 Comparison of the number of cases with microbleeds found by CE-SWI in case group and control group

3.1 CMBs

近年来，由于高场强磁共振系统的广泛应用，以及SWI序列的发展，CMBs在各种疾病以及无症状患者中的检出率更高，因此CMBs的发现在临床上引起了更多的关注。CMBs 是由脑组织中微小血管病变导致含铁血黄素的沉积［14］。在SWI 图像上，颅内微出血灶的界定为2～5 mm 的类圆形或圆形低信号，界限清晰且周围无水肿，脑微出血灶在相位图上中央呈低信号，周边呈环形高信号［15］。有研究表明，目前使用的成像技术显著低估了CMBs 的真实数量［16］。CMBs在SWI图像中的低信号容易与钙化灶混淆，但出血的顺磁性和钙化的反磁性，在相位图呈现的信号相反，有助于区分两者。

表2 100例患者CE-SWI检出微出血与高血压、肺癌脑转移瘤两个因素的关系Table 2 Relationships between microbleeds detected by CE-SWI and hypertension or lung cancer brain metastases in 100 cases

文献［17］报道，黑色素瘤、肺癌等易产生微小出血的原发性肿瘤脑转移，可能类似于CMBs，SWI 序列有助于确定脑转移瘤中的原发肿瘤实体。高血压脑血管病也多以无症状多发性CMBs 为特征。与慢性全身性高血压相关的CMBs更常见于丘脑、基底节和小脑［18］。这些高血压CMBs 是随后发生颅内血肿/脑叶出血的危险因素。SWI 可以很好地显示这种微出血和大出血，尤其是急性脱氧血红蛋白或慢性含铁血黄素［19］。而且CMBs 的数量也与血压水平有关［4,13］。

目前的MRI 技术仅帮助临床检测到一部分CMBs，但这些微小病变在特定疾病的诊断中发挥着越来越大的作用。因此，通过先进的影像学早期识别病理特征，可以在症状发生之前减缓病程的进展。

3.2 CE-SWI的应用原理

有研究表明SWI 序列中除了T2*弛豫，同时存在T1弛豫的信息，在对比剂注入后能观察到T1WI 的强化［20］。实际上，SWI 是一个稳态序列，信号与多个组成参数有关，公式如下：

其中，θ为翻转角，ρ0为组织自旋密度，TE 是回波时间，T2*是梯度回波成像的横向弛豫时间，公式中E1=exp（-TR/T1），TR 为重复时间，T1是组织纵向弛豫时间。应用SWI 序列时，通常显示T2*的信号，原因是血液制品在检测时占主导地位，但从公式解释仍存在T1弛豫项。由于SWI 序列TR 是个固定值并且比较短，对于任何已知T1值的组织来说，都有一个最佳翻转角存在，使组织显示的信号强度最大，这个最佳翻转角称为恩斯特角（θE=sqrt（2 TR/T1））［21］。

对比增强前后的SWI 序列除了有T1穿透效应的发生，还有新出现的低信号，这些低信号提示肿瘤内的血管。当SWI 序列专门用于肿瘤血管成像时，出血可以模拟静脉和背景组织之间的信号导致消除效应的出现。如果在使用对比剂前后都使用SWI，则出血可以与静脉区分开，血管会改变其信号强度，可见更多低信号的呈现，但非活动性出血区域不会改变［22］，见图4。因此，出血灶与瘤内血管可用增强前的SWI与增强后的SWI区分开［23］。

图4 出血与瘤内血管的显示Figure 4 Hemorrhage and intratumoral vessels

由于SWI 提供了不同于传统自旋回波MRI序列的图像对比度和敏感性信息，其可以揭示肿瘤微环境的特征。“肿瘤内易感信号”的概念是作为一个半定量参数引入的，以“肿瘤内有无低信号管状结构或点状结构聚集，及其数量”作为评判标准，指示肿瘤微出血或新生血管［9］，反映肿瘤的活跃程度，这些影像依据能作为肺癌患者脑转移瘤放疗的效果评价［24］。

3.3 CE-SWI检出脑转移瘤与微出血的对比

CE-SWI 对于肺癌脑转移瘤与微出血灶的检出，有着一定的相关性。临床应用中，由于血红蛋白降解产物（如含铁血黄素）和脱氧血红蛋白的顺磁T2*敏感性效应，血制品在SWI 上都有低信号［20］。因此对于微出血灶的检出，SWI都高度敏感。但脑转移瘤与高血压产生的CMBs 在CE-SWI 上的显示又有着明显的区别。首先，SWI序列中使用了一定角度的翻转角，抑制了部分脑脊液的信号，由于T2效应的存在，脑转移瘤瘤周水肿也同样能清晰观察［25］。而高血压微出血在SWI 图像上显示为一个类圆形低信号区，该区域周围没有发生水肿。其次，SWI 序列存在T1穿透效应，由于脑转移瘤破坏了血脑屏障，肿瘤在钆对比剂注入后在SWI 序列上产生T1像的正性强化效果。若早期肺癌脑转移瘤有合并出血而病灶较小，SWI 图像上提示为低信号，而小病灶接受的对比剂浓度较低，在CE-T1WI 像上正性强化效应弱，诊断时容易被忽略导致漏诊；对于肿瘤破裂出血的病灶，平扫和增强T1WI 图像上都呈现高信号，容易混淆。因此，CE-SWI 序列的加入，与SWI 序列做对照，能区分病灶是单纯CMBs 还是脑转移瘤；与CE-T1WI 互补，能观察到出血范围、肿瘤实质的边界与内部结构。最后，因为钆对比剂同时缩短了组织T1、T2的弛豫时间，导致T2*缩短，信号降低，所以血管内注入的对比剂增强了信号，导致小静脉显示增多，瘤内的血管表现出新的低信号［26］。对比剂注入后血管会改变其信号强度，但非活动性出血区域不会改变，因此非活动性出血灶在对比剂注射前后不产生变化。对于高血压产生的微出血，血脑屏障没有被破坏，SWI 图像上显示的低信号区为出血灶，不受肿瘤血管信号改变的影响，在注射对比剂前后，微出血灶在CET1WI 图像上未发现明显出血高信号，SWI 图像上低信号无明显变化。因此，肺癌脑转移瘤与高血压微出血，可以通过CE-T1WI和CE-SWI图像进行鉴别。

3.4 研究的局限性

①研究使用1.5 T 磁共振设备，SWI 序列TR、TE较长，扫描时间为5 min，对于不耐受的病人，运动伪影出现的概率增大。②SWI序列由于其磁敏感特性

，在颅底区或颅骨等位置磁敏感差异大，病灶不易检出。③只研究了CE-SWI 序列在肺癌脑转移瘤与高血压微出血灶的相关性，但CE-SWI 在多发性硬化、阿尔兹海默症等神经退行性病变中的应用也有很高的临床价值［27-28］。

SWI 序列检测脑小血管病变已有很多学者进行了深入研究，而且成果显著［29］，但注入对比剂之后的CE-SWI 序列的应用相对较少［30］，特别是在脑转移瘤检出的敏感性方面。在CE-SWI 序列应用于肺癌脑转移瘤的基础上，本研究通过设置高血压微出血对照组，分析CE-SWI序列对于肺癌患者合并出血脑转移瘤的检出特异性，通过回归分析，可以得出CESWI 序列对于脑转移瘤微出血的检出更有优势的结论。但Schwarz等［31］认为在脑转移瘤的检出研究中，SWI序列中出现的低信号孤立病灶，可能是治疗成功后的残余物，不一定有脑转移瘤的发生，因此需要对照随访的MRI图像。

综上所述，SWI 序列由于其磁敏感特性，对CMBs 的存在与检测十分敏感，肺癌脑转移、高血压等疾病与微出血灶的存在密切相关，这方面特性在临床上已经广泛应用。但T1穿透效应的存在，对脑转移瘤实质的检出提供了很好的诊断依据，而且瘤内血管会在对比剂注射后，出现低信号，对转移瘤的内部结构、静脉引流等情况，较CE-T1WI 显示更清晰。而且SWI 序列由于使用了一定的翻转角，导致部分脑脊液的抑制，瘤周水肿也能在图像上显示。出血、肿瘤实质强化和瘤周水肿3 种现象都能在CESWI图像上结合起来，帮助放射医生有效诊断肺癌脑转移瘤。SWI 序列的放大晕染效应是检出微小病灶的关键，这是一把双刃剑，导致其对转移瘤的真实范围不能准确评估，因此不能替代常规的CE-T1WI 序列。因此CE-SWI是肺癌患者随访中，脑转移瘤检出的一个有效附加序列，与金标准CE-T1WI 能互为补充，提供转移瘤的影像依据。对于肺癌脑转移瘤患者而言，利用CE-SWI 早期识别病理特征，可以在症状发生之前减缓病程的进展，有助于提高肺癌患者的生存质量。