大腦中動脈不同部位急性腦梗死的DKI 表現(xiàn)特點

孫海珍 吳亞琳 何澈 倪紅艷 尹建忠

腦梗死的早期發(fā)現(xiàn)和對急性腦梗死病灶及缺血程度的評估，對于治療方案的選擇和預(yù)后起著關(guān)鍵作用。擴散加權(quán)成像（DWI）是目前臨床診斷急性腦梗死最常用的技術(shù)，但無法提供水分子擴散的方向信息[1]。擴散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）彌補了上述不足，并且可評估水分子的非高斯擴散特性，其不僅可提供特征性的峰度參數(shù)，如軸向擴散峰度（axial kurtosis，AK）、平均擴散峰度（mean kurtosis，MK）、徑向擴散峰度（radial kurtosis，RK），還能獲得擴散張量成像（diffusion tensor imaging,DTI）的方向性擴散參數(shù)，包括軸向擴散率（axial diffusion，AD）、平均擴散率（mean diffusion，MD）、徑向擴散率（radial diffusion，RD），較傳統(tǒng)擴散成像能更全面地反映組織微結(jié)構(gòu)的變化[2-3]。由于腦組織灰質(zhì)和白質(zhì)結(jié)構(gòu)本身的DKI 特征存在較大的不同，且皮質(zhì)和腦組織深部梗死的血供特點也可能存在不同，因此需要對不同部位腦梗死的DKI 改變特點和最佳的評估參數(shù)圖進行研究，有助于減少病灶的漏診及誤診。

本研究旨在評估DKI 各峰度參數(shù)與擴散參數(shù)在急性腦梗死早期診斷中的價值，比較大腦中動脈供血區(qū)不同部位急性腦梗死后DKI 峰度參數(shù)的改變特點，以期找到早期診斷各部位腦梗死的優(yōu)勢參數(shù)圖。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性收集2016 年3 月—2019年1 月天津市第一中心醫(yī)院就診的患大腦中動脈供血區(qū)急性腦梗死的病人共62 例，其中男37 例，女 25 例；年齡 43~71 歲，平均（57.26±6.27）歲；發(fā)病至首次 MR 檢查時間 10~32 h，平均（19.15±4.05）h。納入標準：①發(fā)病至首次MRI 檢查的時間＜72 h；②年齡18~80 歲；③梗死病灶位于單側(cè)的大腦中動脈供血區(qū)；④影像質(zhì)量清晰。共納入62 例病人的84個病灶，根據(jù)分布部位將病灶分為3 組，其中皮質(zhì)組28 個、皮質(zhì)下白質(zhì)組25 個、基底節(jié)區(qū)組31 個（其中2 個病灶位于灰質(zhì)核團，其余均位于白質(zhì)）。

1.2 檢查方法 采用德國Siemens Trio 3.0 T MRI掃描設(shè)備，頭部8 通道相控陣線圈。行常規(guī)橫斷面T1WI、T2WI、DWI 掃描，并行 DKI 掃描。掃描參數(shù)：b=0、1000、2000s/mm2，20 個方向，TR 3 000ms，TE95ms，層厚5 mm，層間距 1.25 mm，F(xiàn)OV 230 mm×230 mm，矩陣183×384，激勵次數(shù)2，掃描時間為2 min 10 s。

1.3 圖像處理 采用DKE 軟件進行數(shù)據(jù)處理并獲得 AK、MK、RK、AD、MD、RD 參數(shù)圖，將預(yù)處理完的參數(shù)圖導(dǎo)入MRIcron 軟件。選取合適的病灶，并在每個病灶顯示最大的層面手動勾畫ROI。病灶納入標準：①單發(fā)病灶；②多發(fā)病灶中，每個部位（皮質(zhì)、皮質(zhì)下白質(zhì)、基底節(jié)區(qū)）僅選取1 個最大的病灶。排除跨多個部位的病灶。在MK 參數(shù)圖上盡可能大地勾畫ROI，并在健側(cè)的鏡像位置勾畫相同大小的ROI，然后將ROI 復(fù)制到其他參數(shù)圖。分別測量患側(cè)與健側(cè)的相應(yīng)參數(shù)值，并計算各參數(shù)值的變化率：Δ 參數(shù)值%=（患側(cè)值-健側(cè)值）/健側(cè)值×100%。所有數(shù)據(jù)均測量2 次，最終結(jié)果取2 次結(jié)果平均值。

1.4 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 19.0 軟件進行數(shù)據(jù)分析。符合正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標準差（）表示，2 組間比較采用配對t 檢驗；3 組間比較采用單因素方差分析，組間進一步兩兩比較采用LSD-t檢驗。率以百分數(shù)（%）表示，采用秩和檢驗比較Δ 參數(shù)值%的差異。P＜0.05 表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 病灶及健側(cè)對照區(qū)的DKI 參數(shù)值比較 與健側(cè)對照區(qū)相比，病灶的 AD、MD、RD 值均減低，AK、MK、RK 值均增高（均 P<0.05），見表 1。3 組病灶在AK、MK、RK 參數(shù)圖上均表現(xiàn)為高信號（圖 1）。

圖1 大腦中動脈供血區(qū)急性腦梗死的DKI 表現(xiàn)。病例1 男，65 歲，皮質(zhì)梗死，DWI 上示右側(cè)顳葉呈高信號的急性梗死灶，ADC 圖上呈低信號，AK、MK、RK 圖上均呈高信號，且信號增高程度基本一致，邊緣清晰。病例2 女，58 歲，皮質(zhì)下白質(zhì)梗死，DWI 上示右側(cè)半卵圓中心呈高信號的急性梗死灶，ADC 圖上呈低信號，AK、MK 圖上均呈高信號，RK 圖受影像背景本身高信號的影響病灶顯示欠清。病例3 男，50歲，基底節(jié)區(qū)梗死，DWI 上示左側(cè)放射冠呈高信號的急性梗死灶，ADC 上呈低信號，AK、MK、RK 圖上均呈高信號，但RK 圖上病灶邊界欠清。

表1 急性腦梗死患側(cè)病灶與健側(cè)對照區(qū)的擴散、峰度參數(shù)值比較

2.2 病灶的Δ 參數(shù)值%比較 病灶的ΔAD%、ΔMD%、ΔRD%、ΔAK%、ΔMK%、ΔRK%分別為-45.05%±15.93%、-38.47%±15.52%、-29.99%±17.73%、87.03%±47.60%、58.66%±34.01%、36.92%±38.89%，差異有統(tǒng)計學意義（H=386.51，P＜0.001）。其中，擴散參數(shù)的變化率均小于其對應(yīng)峰度參數(shù)的（ZAK-AD=-11.11，P ＜0.001；ZMK-MD=-11.05，P ＜0.001；ZRK-RD=-10.30，P＜0.001）。

2.3 不同部位健側(cè)對照區(qū)峰度參數(shù)值比較 3 個部位的健側(cè)對照區(qū)AK 值差異均無統(tǒng)計學意義，MK和RK 值間差異有統(tǒng)計學意義（均P<0.05）。其中，皮質(zhì)下白質(zhì)組和基底節(jié)區(qū)組的健側(cè)對照MK、RK 值均高于皮質(zhì)組的健側(cè)對照區(qū)參數(shù)值，基底節(jié)區(qū)組的健側(cè)對照RK 值也高于皮質(zhì)下白質(zhì)組的（均P<0.05），見表 2。

表2 3 個部位的健側(cè)對照區(qū)峰度參數(shù)值比較

2.4 不同部位病灶間Δ 峰度參數(shù)值%比較 皮質(zhì)、皮質(zhì)下白質(zhì)、基底節(jié)區(qū)病灶的ΔAK%差異具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；皮質(zhì)、皮質(zhì)下白質(zhì)、基底節(jié)區(qū)ΔAK%值逐漸增大（P＜0.05）；ΔMK%數(shù)值亦呈升序分布，但差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）；3 組間 ΔRK%的差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表 3。

表3 不同部位病灶間Δ 峰度參數(shù)值%比較 %

2.5 同一部位病灶中不同Δ 峰度參數(shù)值%的比較 皮質(zhì)組的ΔAK%、ΔMK%、ΔRK%的差異無統(tǒng)計學意義（H=5.08，P=0.079）。皮質(zhì)下白質(zhì)組及基底節(jié)區(qū)組中，ΔAK%、ΔMK%、ΔRK%的差異均具有統(tǒng)計學意義（H皮質(zhì)下白質(zhì)組=19.02，P<0.001 ；H基底節(jié)區(qū)組=42.05，P<0.001）。其中，皮質(zhì)下白質(zhì)組的ΔAK%與ΔMK%差異無統(tǒng)計學意義，但均大于ΔRK%（均P<0.05）；基底節(jié)區(qū)組內(nèi)ΔAK%、ΔMK%、ΔRK%之間的差異均具有統(tǒng)計學意義（均P<0.05），數(shù)值呈降序分布（圖 2）。

圖2 不同部位急性腦梗死AK、MK、RK 百分比變化率比較，*P<0.05。

3 討論

3.1 掃描方案的選擇 DKI 用于急性腦梗死掃描時，掃描時間是關(guān)鍵，應(yīng)選擇合適的b 值及方向數(shù)。b 值越高，對水分子擴散受限越敏感；b 值數(shù)量越少，成像時間越短。方向數(shù)越多，對運動偽影越不敏感，信噪比也越高，但成像時間隨之延長[4-5]。Jensen等[6]在腦內(nèi)水分子擴散的非高斯性定量研究中發(fā)現(xiàn)，DKI 掃描至少需要3 個b 值和15 個方向，最大b 值宜在2 000~3 000 s/mm2范圍內(nèi)選取，并推薦采用 3 個 b 值（b=0、1 000、2 000 s/mm2）和 30 個方向的掃描方案，掃描時間為10 min。何等[7]選擇了3 個b 值（b=0、1 000、2 000 s/mm2）和 30 個方向推薦方案，并采用多頻帶EPI DKI（multi-band EPI diffusion kurtosis imaging，m-DKI）與 DWI 識別梗死核心區(qū)結(jié)果，在不降低信噪比的同時進一步將掃描時間由10 min 縮短至3 min。Yin 等[8]在臨床急性腦梗死的研究中使用的掃描方案為同樣的3 個b 值和20 個方向，也獲得了較為理想的影像質(zhì)量，其掃描時間僅為2 min 10 s。因此，本研究也選用了3 個b 值（b=0、1 000、2 000 s/mm2）和 20 個方向。

3.2 ROI 參數(shù)圖的選擇 DKI 技術(shù)中的峰度參數(shù)可以量化真實水分子擴散偏離高斯分布的程度，以此表征水分子擴散受限的程度以及擴散的不均質(zhì)性，進而反映組織微結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及異質(zhì)性。DKI可以同時得到擴散參數(shù)（如AD、MD、RD）及峰度參數(shù)（如 AK、MK、RK），其中 MK 為所有方向的平均擴散峰度，無方向依賴性，尤其在白質(zhì)纖維交叉的區(qū)域可以更準確地追蹤遠端纖維的走行，在描述相對均質(zhì)的灰質(zhì)病變時也具有優(yōu)勢。Yin 等[8]在急性腦梗死DKI 與傳統(tǒng)擴散成像的隨訪研究中發(fā)現(xiàn)，與急性期MD 及ADC 圖所示的病灶范圍相比，MK 圖上顯示的病灶范圍更接近于實際的梗死核心區(qū)。因此，本研究中選擇在MK 圖上首先繪制ROI。

3.3 研究的臨床意義

3.3.1 DKI 峰度參數(shù)與擴散參數(shù)的比較分析 本研究在對急性腦梗死Δ 峰度參數(shù)%與Δ 擴散參數(shù)%的比較中發(fā)現(xiàn)，前者較后者顯著，而變化率越大越容易檢出病灶，提示峰度參數(shù)更易發(fā)現(xiàn)處于缺血狀態(tài)的病變組織，與既往研究結(jié)果一致[9-10]。但是，皮質(zhì)與白質(zhì)間的峰度參數(shù)（即AK、MK、RK）在正常情況下即存在差異，因此針對不同部位（皮質(zhì)、皮質(zhì)下白質(zhì)、基底節(jié)區(qū)）的腦梗死需選擇適宜的參數(shù)圖進行分析，不僅需要對患側(cè)的改變進行評估，健側(cè)的差異也應(yīng)考慮在內(nèi)。

3.3.2 不同部位健側(cè)對照區(qū)峰度參數(shù)值的比較分析 本研究對皮質(zhì)、皮質(zhì)下白質(zhì)、基底節(jié)區(qū)健側(cè)峰度參數(shù)值進行了比較，結(jié)果顯示各部位健側(cè)對照區(qū)的AK 值均無差異，可能是由于AK 參數(shù)圖的組織間對比度較差，灰白質(zhì)界限不清，而皮質(zhì)、皮質(zhì)下白質(zhì)的MK 值間存在差異，提示MK 參數(shù)圖的組織對比度優(yōu)于AK 圖，灰白質(zhì)界限清晰；皮質(zhì)、皮質(zhì)下白質(zhì)及基底節(jié)區(qū)的RK 值依次增高，雖具有清晰的灰白質(zhì)界限，但由圖1 可發(fā)現(xiàn)RK 參數(shù)圖在健側(cè)皮質(zhì)下白質(zhì)及基底節(jié)區(qū)本身即呈明顯高信號，故在缺血后可能受該部位本身高信號的干擾而影響病灶的檢出。

3.3.3 不同部位病灶間Δ 峰度參數(shù)值%的比較分析 本研究中對不同病灶的Δ 峰度參數(shù)值%進行分析，結(jié)果顯示皮質(zhì)組、皮質(zhì)下白質(zhì)組、基底節(jié)區(qū)組病灶的ΔAK%呈依次增大，ΔMK%亦呈升序分布，而ΔRK%無明確分布趨勢。由于峰度的變化可以反映組織微結(jié)構(gòu)改變的復(fù)雜與異質(zhì)性，因而Δ 峰度參數(shù)值%的變化反映了缺血后皮質(zhì)下白質(zhì)和基底節(jié)區(qū)的組織微結(jié)構(gòu)改變較皮質(zhì)更為復(fù)雜與異質(zhì)，其中AK、MK 較RK 更容易發(fā)現(xiàn)這一特征，這與Zhu 等[11]的研究結(jié)果一致。本研究中ΔMK%在3 組間差異無統(tǒng)計學意義，可能與樣本量較小有關(guān)。

3.3.4 同一部位病灶中不同Δ 峰度參數(shù)值%的比較分析 本研究顯示皮質(zhì)病灶中ΔAK%、ΔMK%、ΔRK%無差異，提示AK、MK、RK 檢出皮質(zhì)急性梗死灶的能力是一致的；皮質(zhì)下白質(zhì)病灶中ΔAK%與ΔMK%無差異，但均較ΔRK%顯著，提示AK、MK 圖較RK 圖更容易檢出皮質(zhì)下白質(zhì)急性梗死灶；基底節(jié)區(qū)病灶中ΔAK%、ΔMK%、ΔRK%依次減小，提示AK 圖較MK、RK 圖對基底節(jié)區(qū)梗死病灶的檢出能力更強。Guo 等[12]研究發(fā)現(xiàn)，皮質(zhì)、皮質(zhì)下白質(zhì)、放射冠等部位梗死灶的 AK、MK、RK 相對值（rAK、rMK、rRK）相比較，皮質(zhì)、皮質(zhì)下白質(zhì)梗死灶的rAK、rMK、rRK 間差異均無統(tǒng)計學意義，而位于放射冠的梗死灶rAK 較rMK、rRK 的變化更為顯著，本研究的結(jié)果與其基本一致。

3.3.5 不同部位腦梗死優(yōu)勢參數(shù)圖的選擇及機制分析 對于皮質(zhì)腦梗死，AK、MK 與RK 圖檢出病灶的能力一致，但AK 圖組織間對比度較差，不利于描述病灶的準確位置；另外，皮質(zhì)主要由神經(jīng)元的胞體、樹突及神經(jīng)膠質(zhì)細胞組成，水分子擴散無特定方向，而MK 為所有方向的平均峰度，亦無方向特異性[13]。因此，MK 圖更有優(yōu)勢。對于皮質(zhì)下白質(zhì)腦梗死，AK、MK 圖較RK 圖檢出病灶的能力更強，其機制可能為，白質(zhì)主要由軸突和神經(jīng)膠質(zhì)細胞構(gòu)成，而皮質(zhì)下白質(zhì)靠近皮質(zhì)，同時受大腦皮質(zhì)的長、短穿通支動脈的血液供應(yīng)，使得缺血后軸突的損傷較輕而表現(xiàn)為低度各向異性；另外，同樣受AK 圖組織間對比度差及灰白質(zhì)界限不清的影響，不利于病灶的準確定位。因此，MK 圖亦更有優(yōu)勢。對于基底節(jié)區(qū)腦梗死，AK 圖較MK、RK 圖檢出病灶的能力更強，可能的機制為基底節(jié)區(qū)主要接受紋狀體動脈末支及腦室膜下動脈分支脈絡(luò)膜動脈的血液供應(yīng)，吻合支稀疏。本研究基底節(jié)區(qū)的絕大部分病灶位于白質(zhì)，其軸突中含大量的線粒體，而線粒體是缺血后產(chǎn)生氧自由基的主要細胞器[14]，在梗死后線粒體腫脹、細胞崩解，進而導(dǎo)致嚴重的軸突損傷，具有高度各向異性。AK 主要反映平行于軸突方向的水分子擴散，因此AK 圖更具有優(yōu)勢。

3.4 不足及展望 本研究尚存在一定局限性，僅將腦梗死發(fā)生部位分為皮質(zhì)、皮質(zhì)下白質(zhì)及基底節(jié)區(qū)，未對這3 個部位進一步分析，尤其未對基底節(jié)區(qū)的病灶，如2 個位于灰質(zhì)核團的病灶及此部位的白質(zhì)進行細分。未來在擴大樣本量的基礎(chǔ)上，將進一步探討不同腦區(qū)DKI 相關(guān)參數(shù)的改變。

綜上，DKI 可提供較傳統(tǒng)擴散技術(shù)更豐富的參數(shù)值，其峰度參數(shù)較擴散參數(shù)能更容易檢出梗死病灶。急性腦梗死后，皮質(zhì)下白質(zhì)及基底節(jié)區(qū)的組織微結(jié)構(gòu)改變較皮質(zhì)更為復(fù)雜，AK、MK 較RK 更有潛力評估不同部位的缺血損傷。對于皮質(zhì)、皮質(zhì)下白質(zhì)的腦梗死，呈低度各向異性，其MK 圖對早期診斷更具有優(yōu)勢；而基底節(jié)區(qū)的腦梗死呈高度各向異性，其AK 圖對早期診斷具有優(yōu)勢。