3.0 T MRI 擴散峰度成像對兒童結節(jié)性硬化癥腦損傷的評價價值

王 芳，邵劍波，彭雪華，吳 敏

（華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬武漢兒童醫(yī)院/武漢市婦幼保健院醫(yī)學影像中心，湖北 武漢 430016）

結節(jié)性硬化癥（tuberous sclerosis complex，TSC）在兒科臨床中并不少見，是一種由位于9q34 染色體上、編碼馬鈴薯球蛋白的TSC1 或位于16p13 上編碼錯構瘤蛋白的TSC2 基因突變，所致多個系統(tǒng)常染色體顯性變異而引起的一組神經(jīng)皮膚遺傳綜合征，可累及多個器官；中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀多表現(xiàn)為癲癇、智力減退、認知及自閉癥譜系疾病等，癲癇表現(xiàn)可占70%～90%，為臨床最重要癥狀之一［1］。TSC 好發(fā)于學齡前兒童，多表現(xiàn)為藥物難治性癲癇，目前尚無有效根治方法，但若能早發(fā)現(xiàn)、早診斷和早治療，尤其是手術切除合并藥物難治性癲癇的致癇灶，可明顯提高患兒治療效果和長期生存質量［2］。

MRI 圖像軟組織分辨力高，且無創(chuàng)，已成為TSC一線重要檢查方法。但常規(guī)MRI 序列僅顯示病變信號高低及范圍，對量化指標分析不足。DWI 和DTI 通過測量水分子擴散運動間接反映病變微觀結構變化。上述2 種技術理論基礎是水分子擴散運動為自由隨機且服從高斯分布的；但實際在生物體組織內(nèi)，水分子擴散會因各種生理結構受限而偏離高斯分布。擴散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）較DTI更敏感，能反映水分子擴散非高斯分布狀態(tài)及程度，可更準確地反映腦組織微結構真實情況，更好揭示神經(jīng)組織微觀結構復雜性和不均勻性［3］。因此，本研究采用DKI，探討其對TSC 及正常兒童腦組織微觀結構變化的評價價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集我院2017 年6 月至2021 年8 月臨床診斷為TSC 的患兒（TSC組）和正常兒童（對照組）各60 例。其中TSC組男36 例，女24 例；年齡4 個月至17 歲，平均（5.2±3.3）歲。對照組男34 例，女26 例；年齡6 個月至18 歲，平均（6.2±4.0）歲。TSC組中患有癲癇及智力發(fā)育遲緩或障礙58 例，顏面血管瘤綜合征18 例，腎血管平滑肌脂肪瘤12 例，伴心臟橫紋肌瘤3 例，伴室管膜下巨細胞星型細胞瘤及椎體附件局部硬化各2 例。

TSC組入選標準：符合2012 年國際結節(jié)性硬化癥共識修訂的診斷標準［4］。對照組入選標準：臨床無神經(jīng)系統(tǒng)異常表現(xiàn)，體格檢查無異常，且常規(guī)MRI 圖像未見明顯異常。將2組兒童各分為4 個年齡組，每組15 例，第1組＜2 歲，第2組3～5 歲，第3組6～8 歲，第4組＞9 歲。分析對照組腦內(nèi)主要結構發(fā)育與年齡的相關性，并比較TSC 患兒灰質結節(jié)、白質病變與對側及對照組相應正常部位的DKI 參數(shù)值。

1.2 儀器與方法 2組均行顱腦MRI 常規(guī)序列（T1WI、T2WI、T2FLAIR 及DWI）及DKI 序列掃描。采用GE 3.0 T Discovery 750 超導型MRI 掃描儀，8 通道頭部線圈。年齡小、不配合的患兒給予水合氯醛口服或灌腸，劑量0.4～0.5 mL/kg 體質量（最大劑量＜10 mL）鎮(zhèn)靜制動。掃描序列及參數(shù)：軸位T1WI，TR 1 750 ms，TE 24.0 ms，矩陣224×320；軸位T2WI，TR 4 146 ms，TE 97.0 ms，矩陣416×320；層厚4 mm，層距1 mm。軸位T2FLAIR，視野26 cm×26 cm，TR 120 ms，TE 8 500 ms，TI 2 136 ms，矩陣256×256，層厚4 mm，層距1 mm，激勵次數(shù)2。DWI 序列，b 值取1 000 s/mm2，TR 3 200 ms，TE 65.9 ms，矩陣228×228。DKI 序列，視野26 cm×26 cm，矩陣224×224，層厚4 mm，層距1 mm，b 值分別為0、1 000、2 000 s/mm2，向15 個方向施加擴散敏感梯度，TR 5 000 ms，TE 3.0 ms，掃描時間6 min 29 s。每個序列定位線及掃描層面保持一致。

1.3 圖像后處理 在GE AW 4.7 工作站上進行圖像后處理，首先對掃描圖像進行校正，選取顯示病變最佳序列，測量對照組雙側額葉皮質與皮質下白質、胼胝體膝部與壓部、雙側側腦室三角區(qū)白質、內(nèi)囊前肢與后肢的ROI，以及TSC組顱內(nèi)病變ROI 的DKI參數(shù)值，即各向異性分數(shù)（fractional anisotropy，F(xiàn)A）、平均擴散度（mean diffusivity，MD）、軸向擴散度（axial diffusivity，AD）、徑向擴散度（radial diffusivity，RD）、平均峰度（mean kurtosis，MK）、軸向峰度（axial kurtosis，AK）及徑向峰度（radial kurtosis，RK）值，D 值包括MD、AD 及RD，K 值包括MK、AK 及RK（圖1），K 值為主要參數(shù)分析指標。參考相關文獻［5］手動放置橢圓形或圓形ROI，大小25～30 mm2（變化幅度±5 mm2以內(nèi)），同一解剖部位左右兩側的ROI 大小一致。采用DKI 后處理軟件重建得出ROI 對應的DKI 值。由2 位神經(jīng)系統(tǒng)專業(yè)方向的主治醫(yī)師以T2FLAIR 為參考，取所有ROI 值的平均值作為最終值。最后由1 位副主任醫(yī)師對數(shù)據(jù)進行復核。

圖1 擴散峰度成像（DKI）參數(shù)值測量圖 注：圖1a 為平均峰度（MK）的ROI 測量偽彩圖；圖1b 為徑向峰度（RK）的ROI 測量偽彩圖；圖1c 為平均擴散度（MD）的ROI 測量偽彩圖 圖2 結節(jié)性硬化癥（TSC）的MRI 圖像 注：患兒，男，14 個月。圖2a 為T1WI，示灰質結節(jié)（綠箭）及白質病變（紅箭）呈低信號；圖2b 為T2WI，示灰質結節(jié)（綠箭）及白質病變（紅箭）呈高信號；圖2c 為T2 FLAIR，示灰質結節(jié)（綠箭）及白質病變（紅箭）呈稍高信號，雙側側腦室室管膜下多發(fā)結節(jié)（黃箭）呈等信號

1.4 統(tǒng)計學方法 應用SPSS 26.0 軟件進行數(shù)據(jù)分析。正態(tài)分布的計量資料以表示，組間比較行t檢驗。DKI 參數(shù)值與年齡的相關性行Pearson 相關分析。以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

60 例TSC 患兒中，發(fā)現(xiàn)23 個結節(jié)內(nèi)鈣化病灶并排除，最終測量了313 個灰質結節(jié)及57 處白質病變。MRI 上灰質結節(jié)與白質病變T1WI 常呈低信號（圖2a），T2WI 主要呈高信號（圖2b），T2FLAIR 呈高或稍高信號（圖2c），灰質結節(jié)多見皮質增厚伴局部腦回增寬或擴大。

對照組兒童顱腦不同部位DKI 參數(shù)值與年齡的相關性分析見表1。雙側額葉皮質及皮質下深部白質、雙側側腦室三角區(qū)白質及內(nèi)囊前、后肢的FA、K 值與年齡相關性較好，且隨年齡增長而增加，差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05）；D 值隨年齡增長有減少趨勢，差異均無統(tǒng)計學意義（均P＞0.05）。胼胝體膝部及壓部的FA、K 值與年齡相關，但差異均無統(tǒng)計學意義（均P＞0.05）。

表1 對照組兒童顱腦不同部位DKI 參數(shù)值與年齡相關性

TSC組腦灰質結節(jié)及白質病變與對側相應正常部位的DKI 參數(shù)值比較見表2，3?；屹|結節(jié)的RK值與白質病變的FA、K 值較對側相應正常部位相比顯著下降，差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05）；灰質結節(jié)的FA 值無顯著改變，MK、AK 值有下降趨勢，但差異均無統(tǒng)計學意義（均P＞0.05）；D 值與對側相應正常部位的差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.001）。

表2 TSC組灰質結節(jié)與對側相應正常部位的DKI 參數(shù)值比較（）

表2 TSC組灰質結節(jié)與對側相應正常部位的DKI 參數(shù)值比較（）

注：TSC，結節(jié)性硬化癥；DKI，擴散峰度成像；FA，各向異性分數(shù)；MK，平均峰度；AK，軸向峰度；RK，徑向峰度；MD，平均擴散度；AD，軸向擴散度；RD，徑向擴散度。

TSC組腦灰質結節(jié)及白質病變與對照組相應正常部位的DKI 參數(shù)值比較見表4，5。TSC組DKI各參數(shù)值較對照組均顯著下降，差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.001）。

表3 TSC組白質病變與對側相應正常部位的DKI 參數(shù)值比較（）

表3 TSC組白質病變與對側相應正常部位的DKI 參數(shù)值比較（）

注：TSC，結節(jié)性硬化癥；DKI，擴散峰度成像；FA，各向異性分數(shù)；MK，平均峰度；AK，軸向峰度；RK，徑向峰度；MD，平均擴散度；AD，軸向擴散度；RD，徑向擴散度。

表4 TSC組灰質結節(jié)與對照組相應正常部位DKI 參數(shù)值比較（）

表4 TSC組灰質結節(jié)與對照組相應正常部位DKI 參數(shù)值比較（）

注：TSC，結節(jié)性硬化癥；DKI，擴散峰度成像；FA，各向異性分數(shù)；MK，平均峰度；AK，軸向峰度；RK，徑向峰度。

3 討論

DKI 作為DTI 技術的延伸，是一種更有效的研究呈非高斯分布水擴散變化特點的方法，可同時獲取張量參數(shù)和峰度參數(shù)，能更敏感探測兒童腦發(fā)育過程中腦組織早期微環(huán)境改變［6］。以往已有較多研究將DKI 技術應用于腦膠質瘤、前列腺癌、腎癌、腦梗死及痙攣型偏癱等多種病變中［7-11］。

表5 TSC組白質病變與對照組相應正常部位DKI 參數(shù)值比較（）

表5 TSC組白質病變與對照組相應正常部位DKI 參數(shù)值比較（）

注：TSC，結節(jié)性硬化癥；DKI，擴散峰度成像；FA，各向異性分數(shù)；MK，平均峰度；AK，軸向峰度；RK，徑向峰度。

本研究將DKI 技術同時應用于TSC 及正常兒童中，目前相關文獻報道較少。Paydar 等［12］對59 例1 d 至4 歲7 個月的正常兒童進行DKI 的研究，結果發(fā)現(xiàn)6 個白質區(qū)域（即額、頂葉白質，內(nèi)囊前、后肢，胼胝體膝、壓部）的FA 及MK 值均隨年齡增長而逐步增加；認為FA 值增加反映了小兒白質髓鞘化進程中神經(jīng)纖維束的各向異性增加；而MK 值與FA 值亦可探測隨年齡增長的髓鞘各向異性的增加。這與髓鞘隨年齡增長不斷發(fā)育成熟，其微環(huán)境復雜程度逐漸增加關系密切［13］。Li 等［14］將基于纖維束示蹤的空間統(tǒng)計應用到學齡前正常兒童的DKI 研究中，選取10 例1～6 歲的兒童，手動勾畫ROI，包括內(nèi)囊前、后肢及額、枕頂葉白質等部位；研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)A、K值亦隨年齡增長而增加，而D 值隨年齡增長呈下降趨勢。本研究表明，對照組DKI 參數(shù)值與年齡有很好的相關性，與文獻報道一致，分析可能是因為細胞堆積更緊密和其他各向異性的結構同時存在有關［12］。K 值為直接探測彌散受限的測量指標，隨年齡增長，細胞和軸突細胞膜更緊密，受限更明顯，K 值增加顯著；這估計也是D 值減少的一個原因，D 值隨組織含水量減少而變化。

文獻報道，在TSC 患兒中，腦灰質結節(jié)與白質病變與對側相應正常部位比較FA 及K 值下降顯著；說明TSC 對腦白質的纖維損傷也會引起髓鞘缺失或紊亂等病理改變，這些變化可導致水分子的受限程度減少，故理論上也會引起K 值下降［14］，本研究也證實了這一現(xiàn)象。但本研究中灰質結節(jié)的MK、AK 值較對側相應正常部位有下降，與筆者前次研究［14］不一致，分析原因可能為TSC 患兒雙側大腦半球皮質受累范圍較白質廣。TSC 的皮質結節(jié)多為局灶性皮質發(fā)育不良及神經(jīng)元異形所致?；屹|正常細胞結構可限制水分子擴散，而異?；屹|結節(jié)內(nèi)，皮質結構改變，限制水分子運動的結構被破壞致K 值下降；當雙側半球皮質多處同時受累時，病灶擴散而影響測量結果。但本研究中TSC組病變K 值較對照組明顯降低，可能與多態(tài)性變異的錯構瘤蛋白瘤樣增生、髓鞘解體及軸突損傷相關［15］。相比MRI 常規(guī)序列，DKI可為進一步了解TSC 微觀病理變化提供較直觀依據(jù)。目前應用DTI 技術診斷TSC 的文獻報道較多，而DKI 能更準確全面反映灰白質病變的微觀環(huán)境。筆者后期將其應用到乳腺腫瘤鑒別中，結果表明MK最大值和MD 第10 百分位數(shù)具有最高鑒別診斷價值［16］，可為臨床治療提供有力幫助。

綜上所述，DKI 參數(shù)與正常兒童年齡有較好相關性，其中K 值隨著年齡的增長而增加，D 值呈下降趨勢，且K 值改變幅度大于D 值，較D 值更敏感，故K 值探測腦組織微觀結構發(fā)育改變更具優(yōu)勢［17］。DKI對TSC 患兒腦微觀結構變化比對正常兒童更加敏感，可作為臨床監(jiān)測療效的重要指標之一。本研究不足之處：樣本量小，可能會影響測量結果的精確性；TSC 病灶是在分辨力高的T2FLAIR 圖像上選取，而DKI 重建圖像分辨力較低，ROI 區(qū)域設定可能存在一定偏差。下一步需擴大樣本量進行對比分析，進一步探索兒童TSC 患兒腦組織的微觀結構變化。