腦梗死擴(kuò)散峰度成像的時(shí)間進(jìn)程分析及其與擴(kuò)散張量成像的對(duì)比研究

張 娣，張培功,姜興岳，翟 峰，翟長彬，于蒙蒙，石清磊

(1.濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放射科，山東 濱州 256603；2.濱州醫(yī)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264033；3.西門子醫(yī)療系統(tǒng)有限公司北京分公司，北京 100102)

腦梗死擴(kuò)散峰度成像的時(shí)間進(jìn)程分析及其與擴(kuò)散張量成像的對(duì)比研究

張 娣1，張培功2*,姜興岳1，翟 峰1，翟長彬1，于蒙蒙1，石清磊3

(1.濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放射科，山東 濱州 256603；2.濱州醫(yī)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264033；3.西門子醫(yī)療系統(tǒng)有限公司北京分公司，北京 100102)

目的 分析腦梗死患者擴(kuò)散峰度成像(DKI)各參數(shù)隨梗死時(shí)間的變化規(guī)律，并與擴(kuò)散張量成像(DTI)進(jìn)行對(duì)比。方法 對(duì)95例腦梗死患者行DWI、DKI掃描，并根據(jù)腦梗死的時(shí)間分為5組：超急性期10例、急性期12例、亞急性期早期33例、亞急性期晚期20例、慢性期20例，獲得DKI的相關(guān)參數(shù)圖，測量病變區(qū)及對(duì)照區(qū)各參數(shù)值并計(jì)算其百分比變化率，分析各參數(shù)值隨時(shí)間的演變規(guī)律。結(jié)果 DKI各參數(shù)值[平均擴(kuò)散峰度(MK)、徑向峰度(K⊥)、軸向峰度(K//)]在梗死后升高，急性期達(dá)到高峰，之后隨時(shí)間延長逐漸下降；DTI各參數(shù)值[平均擴(kuò)散系數(shù)(MD)、垂直擴(kuò)散張量(D⊥)、軸向擴(kuò)散張量(D//)]在梗死后降低，急性期達(dá)到最低，隨時(shí)間延長逐漸升高。MK、K⊥、K//的百分比變化率較MD、D⊥、D//更高，且平行方向變化均大于垂直方向。結(jié)論 DKI評(píng)價(jià)腦梗死優(yōu)于DTI，可更全面地分析腦梗死微觀結(jié)構(gòu)的改變。

擴(kuò)散峰度成像；擴(kuò)散張量成像；磁共振成像；腦梗死

目前，MR擴(kuò)散加權(quán)成像是評(píng)價(jià)腦梗死的重要成像技術(shù)，在MR擴(kuò)散加權(quán)成像基礎(chǔ)上發(fā)展而來的擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging, DTI)是以假定水分子擴(kuò)散服從高斯分布為基礎(chǔ)，而實(shí)際水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)為非高斯分布，存在較大誤差。擴(kuò)散峰度成像(diffusion kurtosis imaging, DKI)可反映組織內(nèi)水分子擴(kuò)散的非高斯分布特性，更接近組織內(nèi)水分子真實(shí)擴(kuò)散情況，其探索組織病理生理學(xué)特性更加準(zhǔn)確[1]。DKI在臨床上應(yīng)用廣泛，可用于膠質(zhì)瘤分級(jí)[2]、腦外傷[3]、帕金森病[4]、癲癇[5]等，其在腦梗死中的應(yīng)用也有初步進(jìn)展。研究[6-7]報(bào)道腦梗死后超急性期、亞急性期平均擴(kuò)散峰度(mean kurtosis， MK)值呈不均勻升高，且MK與軸突的方向性有很大關(guān)系，為缺血區(qū)生物學(xué)機(jī)制探討提供幫助。本研究旨在評(píng)估腦梗死患者DKI各參數(shù)值隨時(shí)間變化的規(guī)律。

1 資料與方法

1.1一般資料 收集2015年4月—2016年6月在我院接受診治的腦梗死患者121例，因梗死發(fā)作時(shí)間不確定、接受過溶栓治療、梗死后再出血、出現(xiàn)短暫性腦缺血發(fā)作、運(yùn)動(dòng)偽影明顯等原因，排除26例，最終納入95例患者。其中男65例，女30例，年齡32～85歲，中位年齡59歲。腦梗死部位為：右側(cè)基底核區(qū)25例、左側(cè)基底核區(qū)18例、右側(cè)額頂葉15例，左側(cè)顳葉20例，左側(cè)枕葉12例，左側(cè)頂葉4例，右側(cè)島葉1例。根據(jù)腦梗死的時(shí)間將患者分為5組：超急性期(≤6 h)10例、急性期(>6～24 h)12例、亞急性期早期(>24 h～7天)33例、亞急性期晚期(>7～14天)20例、慢性期(>14天)20例。患者均于梗死后3 h～30天接受MR檢查。

1.2儀器與方法 采用Siemens Skyra 3.0T超導(dǎo)型MR掃描儀和標(biāo)準(zhǔn)8通道頭頸聯(lián)合線圈，掃描序列：T1WI、T2WI、T2WI FLAIR、DWI、DKI。DKI技術(shù)可得到DKI及DTI參數(shù)。DKI掃描參數(shù)：TR 5 000 ms，TE 98 ms，F(xiàn)OV 24 cm×24 cm，層厚4.0 mm，層間距0，矩陣128×300，NEX 1，b=0、1 250、2 500 s/mm2，每個(gè)非零b值擴(kuò)散敏感梯度場施加的方向數(shù)為30個(gè)，掃描時(shí)間7.02 min。

1.3圖像處理與分析 由2名副高級(jí)及以上職稱醫(yī)師對(duì)腦梗死區(qū)域及對(duì)側(cè)正常區(qū)域進(jìn)行參數(shù)值測量，采用Siemens科研序列后處理圖像，結(jié)合MK、平均擴(kuò)散系數(shù)(mean diffusion, MD)圖，于梗死核心部位和對(duì)側(cè)鏡像區(qū)放置ROI，測量部位和大小經(jīng)協(xié)商達(dá)成一致，ROI為18～241 mm2，避開腦溝、腦池及腦室區(qū)域，獲得DKI參數(shù)：MK、軸向峰度(axial kurtosis， K//)、徑向峰度(radial kurtosis， K⊥)；DTI參數(shù)：校正后的各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy， FA)、MD、軸向擴(kuò)散張量(axial diffusion， D//)、垂直擴(kuò)散張量(radial diffusion， D⊥)。每個(gè)部位各測量3次取平均值。分析比較不同時(shí)期腦梗死各參數(shù)值隨時(shí)間的變化規(guī)律，并計(jì)算其在梗死區(qū)域的百分比變化率：百分比變化率=∣(X病變側(cè)-X對(duì)側(cè))∣/X對(duì)側(cè)×100%，X為各參數(shù)值的平均值。測量并計(jì)算MK、MD圖病變區(qū)與對(duì)側(cè)正常區(qū)域的信號(hào)比值。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。采用配對(duì)t檢驗(yàn)比較腦梗死不同時(shí)期病變側(cè)與對(duì)側(cè)正常區(qū)域ROI各參數(shù)值，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。計(jì)算MK、MD病變區(qū)與對(duì)側(cè)正常區(qū)域的信號(hào)比值，應(yīng)用最小二乘法線性回歸，獲得趨勢曲線，曲線經(jīng)過1時(shí)的值即為MK、MD假正常化(接近對(duì)側(cè)正常值)時(shí)間。

2 結(jié)果

2.1腦梗死不同時(shí)期DKI、DTI各參數(shù)值變化 病變區(qū)域與對(duì)側(cè)正常區(qū)域腦梗死不同時(shí)期DKI、DTI各參數(shù)值變化見表1、圖1。梗死區(qū)FA值于超急性期略增高，與對(duì)照側(cè)比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，在急性期、亞急性早期、亞急性晚期、慢性期逐漸降低，與對(duì)照側(cè)比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。梗死區(qū)MD值在超急性期、急性期、亞急性早期、亞急性晚期較對(duì)照側(cè)減低(P均<0.05)，在慢性期升高，但與對(duì)照側(cè)比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。D//和D⊥在超急性期、急性期、亞急性早期、亞急性晚期較對(duì)照側(cè)降低 (P均<0.05)，慢性期較對(duì)側(cè)升高(P<0.01)，慢性期D//差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)，D⊥與對(duì)照側(cè)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。梗死區(qū)MK值在超急性期、急性期、亞急性早期、亞急性晚期較對(duì)照側(cè)升高，慢性期較對(duì)側(cè)降低，各期差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。K//和K⊥在超急性期、急性期、亞急性早期、亞急性晚期梗死區(qū)較對(duì)照側(cè)升高(P均<0.05)，慢性期梗死區(qū)較對(duì)照側(cè)降低，K//差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)，K⊥差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。各DKI、DTI參數(shù)值在超急性期、急性期、亞急性早期、亞急性晚期、慢性期中百分比變化率見表2。

2.2 MK、MD變化趨勢 MK、MD變化趨勢曲線見圖2、3。MD假正?；臅r(shí)間約為13.2天，MK假正?；臅r(shí)間約為14.7天。

3 討論

DKI描述組織內(nèi)水分子的非高斯分布，接近水分子的真實(shí)分布情況，優(yōu)于傳統(tǒng)的擴(kuò)散成像方法[8]。DKI技術(shù)除提供擴(kuò)散峰度相關(guān)信息參數(shù)外，還可以提供校正后的DTI相關(guān)信息，定量分析水分子的彌散受限情況，反映組織結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。

本研究表明，F(xiàn)A值在超急性期略增高，以后隨著時(shí)間延長，F(xiàn)A值逐漸降低，與梗死后組織微結(jié)構(gòu)的破壞，各向異性減低有關(guān)。在超急性期、急性期，缺血組織的MK逐漸升高，MD值逐漸降低，在急性期達(dá)到峰值，表明缺血組織水分子的彌散更加受限制，表現(xiàn)為腦梗死區(qū)域MK、K//、K⊥圖顯示不均勻高信號(hào)，而MD、D//、D⊥圖顯示為均勻的低信號(hào)，MK、K//、K⊥圖信號(hào)不均勻，與微觀角度腦梗死區(qū)域不是完全均一的梗死有關(guān)，所以K值圖更能反映腦組織的真實(shí)情況，從而準(zhǔn)確地反映組織病理改變。在亞急性期，缺血組織的MK值逐漸降低，MD值逐漸升高，MD假正?；瘯r(shí)間約為13.2天，MK假正常化的時(shí)間約為14.7天，與Baron等[9]報(bào)道一致，與張順等[10]研究結(jié)果不同。原因是亞急性期出現(xiàn)血管源性水腫，導(dǎo)致細(xì)胞間隙擴(kuò)大、組織間液增加，此時(shí)MD值開始出現(xiàn)假正?；?，而MK值仍然比對(duì)側(cè)正常區(qū)域高，提示MK值比MD值更少受到血管源性水腫導(dǎo)致的部分容積效應(yīng)的影響，特異性更高。研究[9]報(bào)道，當(dāng)抑制腦脊液信號(hào)時(shí)，MD值降低31.3%，MK值則僅升高7.6%，認(rèn)為MD假正常化是血管源性水腫所致而非微環(huán)境的改變，不同于MD，MK值則較少受血管源性水腫的影響。Hui等[11]報(bào)道了大鼠腦梗死的MD假正?；瘯r(shí)間為發(fā)作后第1～2天，而MK值升高持續(xù)到梗死后第2天，表明盡管存在血管源性水腫，缺血組織彌散受限主要是因?yàn)榧?xì)胞膜的限制，后在第7天出現(xiàn)假正?；崾綧K對(duì)組織微環(huán)境的改變有更好的敏感度和特異度。

表1 病變側(cè)與對(duì)照側(cè)腦梗死不同時(shí)期DKI、DTI參數(shù)值±s)

表2 各DKI、DTI參數(shù)值在腦梗死不同時(shí)期百分比變化率±s)

圖1 腦梗死的MK及MD圖 A、B.腦梗死后第2天的MK及MD圖； C、D.腦梗死后第10天的MK及MD圖； E、F.腦梗死后第15天的MK及MD圖。 腦梗死MK顯示不均勻的高信號(hào)，在第2天最亮，逐漸降低，第15天低于對(duì)側(cè)正常組織；MD顯示均勻低信號(hào)，信號(hào)逐漸升高，第15天高于對(duì)側(cè)正常組織。MK圖有小范圍信號(hào)缺失，是由于噪聲和DKI原始圖像間的錯(cuò)誤配準(zhǔn)造成

圖2 MK時(shí)間-信號(hào)比趨勢圖 圖3 MD時(shí)間-信號(hào)比趨勢圖

本研究中，腦梗死各期MK值的百分比變化率大于MD值的百分比變化率，提示MK值可以作為組織內(nèi)水分子微環(huán)境復(fù)雜性和異質(zhì)性指標(biāo)，與研究[12]報(bào)道一致。缺血導(dǎo)致軸突內(nèi)彌散的改變至少可以用兩種機(jī)制解釋[13-14]：①缺血或其他類型的腦損傷會(huì)導(dǎo)致軸突腫脹發(fā)生串珠樣改變，從而導(dǎo)致微小范圍的彌散明顯降低甚至為零，因此降低了平行方向的彌散；②缺血引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腫脹，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是軸突內(nèi)最主要的彌散屏障，導(dǎo)致軸突內(nèi)彌散的降低，最終導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)幾何排布的改變，引起細(xì)胞支架的塌陷，細(xì)胞滲透性降低或者展開蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)的積累，導(dǎo)致組織內(nèi)與方向性有關(guān)水分子彌散降低。無論何種機(jī)制，本研究顯示K//、D//值大于K⊥、D⊥，且K//、D//百分比變化率均大于K⊥、D⊥的百分比變化率，提示梗死后平行于軸突彌散的不均勻性超過垂直于軸突方向的彌散，與Jensen等[7]報(bào)道白質(zhì)腦梗死有強(qiáng)烈的纖維束方向依賴性，并發(fā)現(xiàn)K//明顯升高，K⊥升高程度小及Ashpole等[14]報(bào)道缺血對(duì)軸突內(nèi)環(huán)境的影響大于軸突外、平行于軸突方向的變化大于垂直方向。

本研究的局限性：病變發(fā)生的位置多樣且不相同，包括深穿支區(qū)、白質(zhì)區(qū)、皮層區(qū)和分水嶺區(qū)梗死，本研究對(duì)病變未依據(jù)病變準(zhǔn)確位置及大小評(píng)估；未進(jìn)行動(dòng)態(tài)隨訪，只是不同患者的個(gè)體數(shù)據(jù)。

總之，DKI可提供較常規(guī)彌散成像更多的擴(kuò)散信息，更能反映組織微觀結(jié)構(gòu)的病理改變及腦梗死急性損傷區(qū)域水分子擴(kuò)散受限的高度不均質(zhì)性，在鑒別腦梗死超急性期、急性期病變的擴(kuò)散受限方面可能更敏感，有利于腦梗死的診斷和治療。

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Comparison study of time course of DKI and DTI in stroke

ZHANGDi1,ZHANGPeigong2*,JIANGXingyue1,ZHAIFeng1,ZHAIChangbin1,YUMengmeng1,SHIQinglei3

(1.DepartmentofRadiology,BinzhouMedicalUniversityHospital，Binzhou256603,China; 2.BinzhouMedicalUniversity,Yantai264033,China; 3.SiemensHealthcareLtdBeijingBranch,Beijing100102,China)

Objective To evaluate the changes of diffusion kurtosis imaging (DKI) parameters with time in cerebral infarction patients, and contrast with diffusion tensor imaging (DWI). Methods DWI and DKI scans were performed in 95 patients of cerebral infarction. The patients were divided into five groups according to the time of cerebral infarction: Hyperacute phase (n=10), acute phase (n=12), early subacute phase (n=33), late subacute phase (n=20) and chronic phase (n=20). Parameters of DKI were obtained, and the parameters and percentage change of diffusion metrics from normal to ischemic tissue were compared. The evolution rule of parameter with time was analyzed. Results Mean kurtosis (MK), axial kurtosis (K//), radial kurtosis (K⊥) of DKI parameters increased after infarction, and reached the peak at acute phase, and decreased gradually with the prolonging of time. Mean diffusion (MD), axial diffusion (D//), radial diffusion (D⊥) of DTI parameters decreased after infarction, and reached the lowest at the acute phase, and increased gradually with the prolonging of time. The percentage change of MK, K//, K⊥ were higher than those of MD, D//, D⊥, and percent change along the axial direction were significantly larger than that along the radial direction. Conclusion DKI is superior to DTI in evaluating cerebral infarction, and can analyze the changes of microstructure of cerebral infarction comprehensively.

Diffusional kurtosis imaging; Diffusional tensor imaging; Magnetic resonance imaging; Brain infarction

張娣(1987—)，女，山東濟(jì)南人，在讀碩士。研究方向：中樞神經(jīng)系統(tǒng)影像診斷。E-mail: 290459088@qq.com

張培功，濱州醫(yī)學(xué)院，264033。E-mail: byzhangpeigong@163.com

2016-10-31

2017-01-13

10.13929/j.1003-3289.201610152

R743.33; R445.2

A

1003-3289(2017)05-0683-05