磁共振多層并采擴散峰度成像與傳統(tǒng)擴散加權成像識別急性缺血性卒中梗死核心的研究

何歡，高培毅，2，3

溶栓治療是急性缺血性卒中最有效的治療方式之一，能夠最大限度地降低患者的致殘率及病死率[1]。溶栓治療的關鍵在于采用影像學方法快速、準確識別腦梗死核心和缺血半暗帶。基于高斯分布的磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）擴散加權成像（diffusion-weighted imaging，DWI）能夠早期識別缺血損傷的腦組織，從而廣泛應用于急性缺血性卒中成像。但研究顯示DWI界定腦梗死核心并不精確，DWI高信號可以存在于腦梗死核心、缺血半暗帶及短暫性腦缺血發(fā)作（transient ischemic attack，TIA）病灶[2]。為此，基于非高斯分布的擴散加權成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）逐步應用于超急性期缺血性卒中研究中。基于大鼠大腦中動脈阻塞模型的研究發(fā)現(xiàn)，平均擴散峰度（mean kurtosis，MK）在缺血性卒中急性期不均勻升高，并且MK升高區(qū)域與最終梗死面積接近[3]。標準平面回波成像（echo planer imaging，EPI）DKI雖然在識別梗死核心的準確性上有明顯提高，但由于存在采集時間較長的缺點，因此在臨床急性缺血性卒中的影像檢查中受到了一定限制。MRI多層并采擴散峰度成像（multi-band EPI DKI，m-DKI）是新近出現(xiàn)的一種新技術，能夠在不降低信噪比的基礎上縮短掃描時間。本研究采用m-DKI和傳統(tǒng)DWI技術分別對急性缺血性卒中患者（發(fā)病3～8 h）進行了檢查，測量腦梗死核心病灶在m-DKI MK參數(shù)圖和傳統(tǒng)DWI ADC參數(shù)圖的體積，并分別與亞急性期T1WI顯示的腦梗死區(qū)域體積進行比較，探討m-DKI判定梗死核心的準確性。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選擇2014年7月至2015年5月期間，進入首都醫(yī)科大學附屬北京天壇醫(yī)院急診綠色通道的疑似急性缺血性卒中患者，患者滿足：①首次MRI檢查時間距離卒中發(fā)作3～8 h，MRI掃描序列完整、圖像質量合格（無明顯磁化偽影及運動偽影等）；②年齡18～80歲，臨床診斷為缺血性卒中，CT除外出血性卒中，卒中癥狀持續(xù)30 min以上，治療前無明顯改善；③首次MRI檢查責任病灶DWI（b＝1000 s/mm2）呈高信號影，相應區(qū)域ADC值降低；并且不存在缺血半暗帶（PWI異常區(qū)域體積大于DWI異常區(qū)域體積的20%定義為存在缺血半暗帶）[4-5]，沒有接受靜脈溶栓/動脈取栓治療；④在發(fā)病（7±1）d時能接受MRI復查。本研究通過北京天壇醫(yī)院倫理委員會批準，并且患者對病史數(shù)據(jù)采集和隨訪過程知情同意。

1.2 磁共振成像檢查 采用3.0 T超導型磁共振成像系統(tǒng)（Trio-Tim，SIEMENS，Erlangen，Germany），應用頭部32通道線圈進行MRI檢查。除了缺血性卒中成像的其他常規(guī)序列[T1加權成像（T1weighted imaging，T1WI），T2加權成像（T2weighted imaging，T2WI），PWI等]，首次MRI檢查序列還包括傳統(tǒng)DWI、m-DKI。復查MRI盡量確保掃描層面與首次MRI檢查基本一致。

DWI采用多層單發(fā)射回波平面成像（single shot echo planar imaging，SS-EPI）序列，b（彌散敏感系數(shù)）值（b-values）分別為0，1000 s/mm2，重復時間/回波時間（repetition time/echo time，TR/TE）=4200/93 ms，反轉角（flip angle）=90°，層數(shù)（slices）＝24，層厚（slice thickness）=5 mm，間隔因子（distance factor）=30%，視野（field of view，F(xiàn)OV）=230 mm×230 mm，矩陣（matrix）=192 mm×192 mm，并行采集技術（integrated parallel acquisition techniques，iPAT）加速因子＝2，平均次數(shù)=2，總掃描時間為40 s。

根據(jù)司法部的統(tǒng)計，目前我國國內(nèi)能夠直接用英語從事對外法律事務的律師人數(shù)很少，能夠直接在國外從事案件處理的律師人數(shù)更少。一般的地方性大學法律英語教師就比較缺少，獨立院校的師資情況更是不容樂觀?！耙粠б宦贰背h視野下國際貿(mào)易法律復合人才法律英語教學活動的開展對教師的要求較高，不僅需要教師具備扎實的理論知識，而且要求教師掌握豐富的實踐經(jīng)驗，而目前我國地方獨立院校的師資配置很難滿足這一要求。由于缺少專業(yè)法律英語教師，“一帶一路”倡議視野下國際貿(mào)易法律復合人才法律英語教學活動和教學安排很難落到實處，教學質量難以保障，教學效果可見一斑。

DKI采用多層并采回波平面成像（multiband echo planar imaging，multi-band EPI）序列，b值分別為0，1000，2000 s/mm2，30個方向，TR/TE=3000/133 ms，反轉角=60°，層數(shù)＝60，層厚=2 mm，無間隔，F(xiàn)OV=220 mm×220 mm，矩陣=110 mm×110 mm，層加速因子=4，iPAT加速因子＝2，平均次數(shù)=1，總掃描時間為3 min。

1.3 數(shù)據(jù)后處理 利用DKE軟件（Medical University of South Carolina，Charleston，South Carolina）后處理軟件，導入DKI原始數(shù)據(jù)，獲得MK圖[6]。

將首次MR檢查ADC圖、MK圖及復查T1WI分別導入Mricron軟件，手動勾畫每一層面責任病灶的邊緣，Mricron軟件會根據(jù)數(shù)學模型，得到所勾畫區(qū)域的體積。所有入組病例的體積均由2位高年資放射科住院醫(yī)師（觀察者1、2）在并不知曉患者臨床信息的情況下進行測量。（7±1）d，將入組病例隨機重新排列，再由其中一位高年資醫(yī)生（觀察者1）重新測量體積。

計算首次MRI檢查ADC圖、MK圖責任病灶的體積與復查T1WI體積的差值（v ADC-v T1WI、v MK-v T1WI）。進行觀察者內(nèi)和觀察者間的一致性檢驗，取3次測量v ADC-v T1WI、v MK-v T1WI的均值作為最終結果。

1.4 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件。先采用Bland-Altman方法，進行責任病灶體積測量的觀察者內(nèi)和觀察者間的一致性檢驗[7]。計量資料采用正態(tài)性檢驗，符合正態(tài)分布，用表示。采用配對t檢驗，計算P值，以P＜0.05為有顯著差異。

2 結果

2.1 患者基本信息 本研究共入組19例患者，男15例，女4例，年齡為（57±9）歲，MRI檢查距卒中發(fā)病時間為（5.28±1.75）h。所有患者首次檢查均不存在缺血半暗帶，未接受溶栓治療。其中一例患者首次MRI檢查顯示左側腦室旁片狀DWI高信號，ADC值降低區(qū)，但MK未見明顯升高區(qū)域，復查MRI T1WI、T2WI左側腦室旁均未見責任病灶（圖1）。另一例患者責任病灶位于基底節(jié)區(qū)附近，因為基底節(jié)區(qū)于MK圖呈高信號影，與責任病灶難以區(qū)分，無法測量體積（圖2）。將余17例患者數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2.2 責任病灶體積測量一致性檢驗 體積測量一致性檢驗采用Bland-Altman方法，分別以v ADC-v T1WI、v MK-v T1WI作為輸入值。2位觀察者第一次測量的（v ADC/v T1WI）-1差值為（-0.1159±0.4969），95%一致性界限為（-0.3717～0.1396），（v MK/v T1WI）-1差值為（0.0165±0.3695），95%一致性界限為（-0.1735～0.2065），兩位觀察者第一次測量的結果有較好的一致性（觀察者間一致性較好）。觀察者1前后2次測量，（v ADC/v T1WI）-1的差值為（0.0277±0.4905），95%一致性界限為（-0.2245～0.2798），（v MK/v T1WI）-1差值為（-0.0488±0.3073），95%一致性界限為（-0.2068～0.1092），2次測量的結果有較好的一致性（觀察者內(nèi)一致性較好）。

2.3 平均擴散峰度界定梗死核心的準確性 MK在缺血性卒中急性期升高，MK圖顯示責任病灶的體積與亞急性期T1WI責任病灶體積的差值為（0.25±0.37），而缺血性卒中急性期ADC值降低，ADC圖顯示責任病灶的體積與亞急性期T1WI體積的差值為（0.73±0.72），兩者有顯著差異（t＝3.968，P=0.001）。

圖1 亞急性期復查磁共振成像無缺血灶患者的磁共振圖像

圖2 缺血灶位于基底節(jié)區(qū)患者磁共振圖像

3 討論

動物實驗發(fā)現(xiàn)，DWI信號升高以及ADC值的降低最早可發(fā)生在缺血后幾分鐘內(nèi)，幾乎與腦組織發(fā)生細胞水腫的時間同步，所以認為DWI是早期發(fā)現(xiàn)缺血性卒中最敏感的方法，廣泛應用于急性腦梗死成像[8]。過去認為，DWI高信號代表不可逆的梗死核心，但近來越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，DWI高信號病灶內(nèi)，至少有部分組織是可逆的[9]。

ADC值的降低與病灶預后相關，ADC值下降越明顯，則預后越差。近期亦有文獻表明，ADC值較對側明顯減低的區(qū)域，代表不可逆的梗死灶，ADC值輕度下降的區(qū)域，則代表可逆性的缺血半暗帶。DWI基于高斯模型，假定在生物組織內(nèi)水分子以自由、非受限的形式進行擴散。但實際上生物組織結構復雜，水分子擴散是受限的，擴散位移呈非高斯分布。并且，梗死核心與缺血半暗帶尚未有統(tǒng)一的ADC閾值[10]。所以，通過ADC值的測量界定梗死核心，判定缺血半暗帶的研究有明顯的局限性和不確定性[11]。

近年來，基于非高斯模型的DKI逐步發(fā)展，并逐漸應用于腦梗死的研究。不同于q-空間成像，DKI對硬件梯度要求不高，掃描時間不長，更適應于臨床[6]。峰度是用來量化真實水分子擴散位移與理想的非受限高斯分布擴散位移的偏離大小，由于偏離高斯分布的大小由組織結構的復雜性決定，所以MK被認為是反映微結構復雜性的指標，可以更好地表明組織細微結構在疾病過程中的變化[12]。DKI自從2005年開發(fā)介紹以來，已經(jīng)逐步廣泛應用于卒中、腦腫瘤、腦外傷、癲癇、腦白質病及各種遺傳代謝性疾病[6]，但目前DKI在缺血性卒中的研究主要集中在研究超微結構的改變以及卒中后期纖維連接的重塑[13-15]、腦梗死不同時期的DKI表現(xiàn)[16]，而在早期界定梗死核心的研究中主要是基于動物實驗。本研究的創(chuàng)新點在于收集發(fā)病同一時期，并且是急性期（發(fā)病3～8 h）缺血性卒中患者，探究相對于傳統(tǒng)DWI，DKI能否更準確地界定梗死核心。

責任病灶ADC值、MK的變化機制較為復雜?？偟膩碚f，ADC值的降低主要是由于細胞毒性水腫；而MK更能反映細胞超微結構，對細胞內(nèi)細胞骨架的彎曲度及胞質黏稠度的變化敏感，這些變化主要是由于細胞骨架的崩塌和線粒體的腫脹，預示著將會導致組織的嚴重損傷[3]。

本研究入組的都是不存在缺血半暗帶、沒有經(jīng)過溶栓/取栓治療的病例，并且選定亞急性期T1WI顯示的責任病灶作為判定MK界定梗死核心準確性的“標準”?；谝韵氯矫婵紤]：①缺血半暗帶具有時間依賴性，隨著缺血時間的延長，缺血半暗帶會逐漸演變?yōu)楣Ｋ篮诵腫8]。②溶栓/取栓治療的病例，最終的梗死體積不僅取決于嚴重的缺血損傷，還取決于溶栓/取栓治療導致的再灌注損傷[3]；上述兩方面說明對于存在缺血半暗帶及溶栓治療的病例，亞急性期T1WI責任病灶的體積會受到缺血半暗帶時間依賴性及缺血再灌注損傷的影響，所以不能作為判定急性期責任病灶準確性的“標準”。③有研究證實，亞急性期梗死病灶的體積與最終梗死體積有較好的一致性，對患者的預后能做準確預測[17]。

本研究結果顯示ADC圖、MK圖顯示責任病灶體積的大小分別與復查MRI T1WI對比之間有顯著差異，急性期MK顯示責任病灶的大小更接近亞急性期T1WI病灶大?。▓D3），說明MK能更準確地界定梗死核心，預示著DKI有廣泛地應用于急性缺血性卒中成像的潛力，從而可以更準確地判定缺血半暗帶，更好地指導個體化的溶栓治療。另外，由于亞急性期梗死病灶的體積與最終的梗死體積有很好的一致性，所以DKI還可以在急性期更準確地預測患者的愈后。

圖3 缺血灶位于尾狀核的患者磁共振圖像

本研究納入的1例DWI顯示急性缺血灶，但亞急性期MRI未見責任病灶的患者應診斷為TIA。TIA是急需干預的卒中預警事件，也是二級預防的最佳時機，所以TIA的早期診斷和個體化治療非常重要[18]?！睹绹呐K協(xié)會（American Heart Association，AHA）/美國卒中協(xié)會（American Stroke Association，ASA）2009年TIA定義及評估指南》建議對TIA患者常規(guī)進行DWI檢測[19]。但有研究表明DWI對TIA的診斷有限，其系統(tǒng)回顧了9078例患者，發(fā)現(xiàn)TIA合并DWI急性缺血灶的患者比例為34.3%[20]。本研究結果表明對于TIA合并有DWI急性缺血灶，難以與急性缺血性卒中鑒別的患者，DKI可能具有提供更好的鑒別診斷價值的潛能，但尚需更多的病例來證實。

本研究也存在一定的局限性。本研究選定的是不存在缺血半暗帶的患者，缺血半暗帶的判定依然是用DWI/PWI不匹配模型，但目前認為該模型只是對缺血半暗帶的粗略估計，并沒有得到驗證，并且近期的研究發(fā)現(xiàn)該標準夸大了缺血半暗帶，導致患者的過度治療。未來研究應該將DKI結合更準確的缺血半暗帶模型，更好地指導臨床溶栓治療。并且DKI還有其他參數(shù)（例如K ax，K rad），還可以得到DTI的參數(shù)（MD，D ax，D rad，F(xiàn)A），本研究只應用了MK圖責任病灶的體積，并沒有測量其數(shù)值，所以還有大量的參數(shù)、數(shù)據(jù)等待挖掘、探索。

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