1　定量磁敏感加权成像的基本原理

       磁敏感加权成像(susceptibility weighted imaging，SWI)利用组织之间的磁敏感差异成像，它是一个三维采集的、具有完全流动补偿的高分辨率梯度回波序列。与SWI类似，定量磁敏感图(quantitative susceptibility mapping，QSM)同样基于物质本身磁敏感性基本特征形成图像对比。物质的磁化率信息主要通过相位获得，在生物组织中，相位对比度主要来源于铁、钙、脂质及髓鞘等^[1]，这些物质具有不同的磁敏感特性，且都会引起局部磁场发生改变从而使质子失相位。从物质的相位图到磁敏感图主要有3个步骤：(1)相位解缠绕；(2)去除背景场；(3)运用特殊算法进行图像后处理，得到磁化率图。组织中的磁性物质可以产生局部磁场从而扰动图像中的相位信息，由于系统所能获得的相位信息局限在-π到π之间，与真实的相位之间存在相位周期模糊，所以需要进行相位解缠绕来消除这种相位模糊，得到真实的相位周期。在QSM中，只有由局部磁化率分布诱导产生的局部磁场是所关注的，背景磁场不均匀性可以造成低频相位干扰，因此就需要去除背景场。去除背景场的方法主要有复杂谐波伪影去除法(so-phisticated harmonic artifact reduction for phase data，SHARP)和偶极场投影法(projection onto dipole fields，PDF)^[2]。SHARP算法认为磁场扰动由内部磁场扰动及外部磁场扰动两者共同构成，外部磁场扰动在整个感兴趣区内具有谐波性质而内部磁场扰动不具有，利用这一区别将内部磁场扰动提取出来，从而有效地保持了感兴趣区的内部信息。PDF算法可以有效地去除空气-组织交界面的低频伪影，提供良好的对比度。

       QSM需结合特殊的重建算法对获得的场图信息进行后处理才能得到磁化率图像。如何求解不适定逆问题^[3]是QSM技术的一个关键问题。QSM的重建方法多种多样，主要包括多方向采样磁化率计算方法(calculation of susceptibility through multiple orientation sampling，COSMOS)、贝叶斯正规化方法、K空间加权微分法(weighted k-space derivative，WKD)、K空间阈值分割法(truncated k-space division，TKD)、以及基于迭代计算的HEIDI(homogeneity enabled incremental dipole inversion)方法、MEDI(morphology enabled dipole inversion)方法等^[4]。

2　定量磁敏感加权成像在急性缺血性脑卒中中的应用

2.1　动脉血栓的评估

       急性缺血性脑卒中(acute ischemic stroke，AIS)的发生机制较多，其中急性动脉血栓形成导致血管闭塞是较常见的原因，又以大脑中动脉闭塞或血栓形成最为常见。Chalela等^[5]首先报道了在AIS患者的梯度回波(gradient echo，GRE)序列上大脑中动脉走行区域的低信号改变现象，称之为磁敏感血管征(susceptibility vessel sign，SVS)，并指出这一征象为责任血管内血栓形成的典型征象。

       既往评价脑血管有无闭塞及血栓形成常用的磁共振方法有磁共振血管造影(magnetic resonance angiography，MRA)，Huang等^[6]的研究表明SWI与MRA在显示血栓形成方面一致性较好，且SWI发现远端血栓的敏感性高于MRA。国内外学者^[7,8]研究发现，伴有SVS的AIS患者临床病情较重、梗死面积较大、具有更高的不良预后率，并且SVS的长度越长梗死的范围越大。Liebeskind等^[9]对50例行机械取栓的急性大脑中动脉闭塞患者的血栓进行了病理分析，发现存在SVS的患者中，红细胞含量为主的血栓要比混合血栓以及纤维为主的血栓更常见，由此可见，SVS可能提示该血栓成分以红细胞为主。Yamamoto等^[10]认为心源性栓塞显示SVS是因为其主要成分为红色血栓，大动脉粥样硬化所形成的血栓以白色为主，其内脱氧血红蛋白含量较低，所以心源性栓塞显示SVS的阳性率高于大动脉粥样硬化血栓形成亚型患者，提示SVS是诊断心源性栓塞的可靠预测因子。

       在AIS患者中，早期疏通闭塞血管、恢复血流再灌注是拯救濒临梗死的缺血脑组织最理想的方法，早期发现急性期红色血栓在血栓形成6 h内进行溶栓治疗，有助于可逆性修复低灌注损伤脑组织，从而显著提高血管再通比例。近年来，有一些学者对SVS与溶栓后血管再通的关系进行了研究。Yan等^[11]回顾性分析了72例急性大脑中动脉闭塞的缺血性脑卒中患者的临床和影像数据，发现所有SVS长度大于20 mm的患者行静脉溶栓治疗后均未实现血管再通，而对于SVS长度小于20 mm的患者，SVS形态不规则是无血管再通强有力的独立预测指标。Ritzenthaler等^[12]的研究表明SVS是低血管再通率的一个预测因子，而王昊、Bourcier等^[13,14]却得出了相反的结论，他们认为SVS的存在有助于预测静脉溶栓及机械取栓后血管再通情况，并且存在SVS者临床预后较好。

       目前对SVS的研究还仅限于对其检出、形态学测量等方面，对SVS定量测量的相关研究还较少。QSM是在SWI的基础上发展而来的，是可以对体内磁性物质的磁化率进行定量测定的一项新技术，它不仅能得到SWI所提供的信息，还可以进行定量分析。根据QSM的定量特性，可以对SVS进行磁化率定量分析，这将会为动脉血栓成分的评估提供影像学依据，从而为临床提供帮助。

2.2　不对称静脉血管征的评估

       AIS发生时，由于供血动脉闭塞导致局部血流变缓，供氧量减少，脑组织为了获得足够的供氧量而代偿性增加氧摄取分数(oxygen extraction fraction，OEF)，从而使梗死侧回流静脉内脱氧血红蛋白浓度增高，脱氧血红蛋白为顺磁性物质，可使局部静脉的磁化率发生改变，在SWI上表现为显著低信号，被称为不对称静脉血管征，包括不对称突出皮质静脉(asymmetrically prominent cortical veins，APCV)和不对称深髓质静脉(deep medullary veins，DMV)。

       Lou等^[15]的研究发现APCV的存在表明组织氧摄取分数增加，提示患者病情有恶化的趋势。静脉氧饱和度是一个可以反映大脑耗氧量的指标，可以通过QSM对磁共振相位信号展开卷积来直接测量^[16]。Xia等^[17]首次将定量测定静脉氧饱和度应用于脑卒中患者，通过对26例存在APCV的一侧大脑中动脉闭塞的AIS患者的磁共振影像进行分析，运用QSM测量卒中侧、对侧正常大脑半球及30名健康对照者的皮质静脉磁化率值，分析得出了两个主要结论，第一，QSM可以定量定义APCV，并将其定义为磁化率值高出阈值两倍的静脉(阈值指卒中对侧正常大脑半球皮质静脉磁化率均值加上两倍的标准差)；第二，卒中侧APCV的磁化率值较明显对侧大脑半球及健康对照组高，表明APCV的氧饱和度下降、脱氧血红蛋白浓度增高。有研究^[18,19]表明卒中侧SWI上显示突出髓质静脉是预后不良的一个重要预测指标，且与灌注不足相关，而对侧髓质静脉的显示与良好的临床预后相关。通过对213例急性缺血性脑卒中患者的SWI图像进行分析，Payabvash等^[20]发现SWI上的不对称突出静脉与动脉闭塞和大面积梗死相关，其中APCV是动脉闭塞的独立预测指标，而DMV则与大面积梗死相关。形成好的侧枝循环可以为缺血半暗带提供血流量，从而延长治疗时间窗。Verma等^[21]研究发现柔脑膜侧枝循环形成的越多，脱氧血红蛋白水平越低，SWI上不对称突出皮质静脉的显示范围越小。近期有研究者^[22]应用QSM-mMRV探测大鼠卒中模型的脑微血管结构和静脉氧饱和度，结果发现用QSM-mMRV量化脑微血管的大小比传统SWI小30%，消除了SWI对血管大小的高估，并发现用QSM对静脉血氧饱和度的测量可以与使用脉搏血氧计标准指标测量的静脉氧饱和度相媲美。

       由此推测，QSM可以更加精确地显示卒中后脑内异常血管，并可以定量测量静脉氧饱和度以反映脑代谢状况，为AIS临床治疗方案的制订及预后的早期预测提供更好的影像学信息及定量指标。

2.3　缺血半暗带的评估

       缺血半暗带是指位于梗死灶中心与正常脑组织之间的低灌注区域，为临床治疗急性缺血性脑卒中时所要挽救的组织。评估缺血半暗带对急性缺血性脑卒中患者的后续治疗及预测病情演变至关重要。

       磁共振扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)可以显示不可逆转的梗死灶核心，灌注加权成像(perfusion weighted imaging，PWI)可以显示脑缺血低灌注区，PWI-DWI不匹配是目前临床上最常用的判定缺血半暗带的方法。近期有研究^[23]发现SWI-DWI不匹配与PWI-DWI不匹配一样，均可以提示缺血半暗带的存在，并可以预测卒中进展。Payabvash等^[24]的研究发现SWI-DWI不匹配与小梗死面积相关，在校正梗死面积、入院症状严重程度及年龄后，与良好的临床预后相关。Dejobert、Park等^[25,26]的研究发现DWI-SWI完全不匹配(DWI上无扩散受限区域，但在SWI上出现多发低信号血管影)提示病灶区域存在良好的侧枝循环，对临床再通治疗的反应较好，这与DWI-PWI完全不匹配所提供的信息类似，提示SWI和PWI在评估缺血半暗带方面具有非常高的相关性。DWI-SWI完全不匹配表明脱氧血红蛋白/氧和血红蛋白比例升高是由于脑低灌注区OEF的升高，可以反映脑组织的氧需求，PWI可以提供脑缺血区的灌注情况，所以联合SWI-DWI不匹配与PWI-DWI不匹配可以为评估缺血半暗带提供更加完善的信息。

       脑组织低灌注会导致氧摄取分数增加，使静脉内脱氧血红蛋白升高，而血液的磁化率变化与内源性脱氧血红蛋白直接相关，故QSM可应用于脑灌注的量化。运用QSM可以对SWI-DWI不匹配区域的磁化率进行定量测量，并计算出该区域的静脉氧饱和度，可以反映脑组织的氧摄取分数，量化脑代谢状况，从而更加准确地评估缺血半暗带。

2.4　出血性转化的预测

       出血性转化(hemorrhagic transformation，HT)是在脑组织缺血缺氧的基础上继发的出血，是急性缺血性脑卒中的常见并发症之一。HT的发生与血脑屏障(blood brain barrier，BBB)的破坏及缺血再灌注有关。SWI对脱氧血红蛋白及含铁血黄素等顺磁性物质具有很高的敏感性，故在检测微出血的敏感性较CT及常规MRI高，可作为早期检测脑微出血的首选方法及检测缺血性脑卒中后HT的常规检查。Chen等^[27]研究发现QSM对出血及钙化的诊断敏感度和特异度均优于SWI，并能清晰地显示病灶及其与邻近组织的边界，在QSM上，出血表现为顺磁性的高信号影而钙化表现为逆磁性的低信号影，故可以应用QSM精准地检测脑内微出血灶。

       文小检等^[28]的研究发现较大面积梗死灶内小静脉明显显示提示容易发生HT，梗死灶周围引流静脉增粗提示早期预后不良。徐超等^[29]将SWI上侧脑室旁大量扩大的深部髓质静脉称为"毛刷征"，并发现"毛刷征"与静脉溶栓后HT的发生相关，具有临床预测价值。他们使用SWI相位图分别评价卒中侧及对侧大脑半球的深部髓质静脉，使用3分法进行评分，0分表示未见，1分表示轻度可见，2分表示明显可见，并将患侧静脉评分与健侧静脉评分相减得到不对称指数(asymmetry index，AI)(0、1、2分)，研究发现溶栓前基线SWI上患侧"毛刷征"的AI等级越高提示溶栓后发生HT风险越大。Bai等^[30]的研究发现超急性期脑卒中患者进行静脉rt-PA溶栓治疗后脑微出血的发生率较高，且溶栓后出现微出血灶的患者临床疗效较好，提示微出血灶的出现表明血管的再通/再灌注。近期的一些研究^[31,32]发现急性脑卒中患者梗死灶内常合并微出血灶(cerebral microbleeds，CMBs)，并认为微出血灶数目少于5个是安全的，但是多发CMBs可能增加静脉溶栓治疗后弥漫性颅内出血的风险。

       QSM对于脑微血管结构的显示要优于SWI，可以更好地显示梗死侧增多的微细血管，并且QSM具有定量特性，可以对脑内微出血灶的磁化率值进行定量，从而更加精准地检测及预测急性缺血性脑卒中的出血转化。

       目前，QSM对于急性缺血性脑卒中的临床应用研究还相对较少，其临床价值还有待于进一步探索。QSM的定量特性基于磁化率值的测量，而磁化率值测量的准确性基于各种复杂的重建算法，随着科技的发展，相信磁化率的测定将会越来越精准，在急性缺血性脑卒中的应用也会越来越广泛。

3　展望

       QSM作为一种新型磁共振技术，可以提供精确的磁化率定量，准确测定铁、钙含量及静脉氧饱和度，在疾病的早期诊断、病情严重程度评估、临床治疗方案指导及预后评估等方面均具有很大潜力。QSM不仅可以应用在急性缺血性脑卒中中，在其他疾病中也得到了很好的应用，如血管畸形、阿尔茨海默病、帕金森病、多发性硬化、脑肿瘤等。相信随着相关研究的积极开展，QSM有望成为临床常规使用的序列，为临床提供更多更有意义的影像信息。