程 悅 沈 文

MR擴(kuò)散峰度成像原理及其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的初步應(yīng)用

程 悅 沈 文*

通過對(duì)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的測(cè)量，擴(kuò)散張量成像（DTI）可以無創(chuàng)地對(duì)組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)，而擴(kuò)散峰度成像（DKI）是以DTI為基礎(chǔ)，對(duì)生物組織內(nèi)水分子擴(kuò)散的非高斯分布特征進(jìn)行定量分析，揭示組織結(jié)構(gòu)細(xì)微改變。DKI較DTI能提供更多關(guān)于組織微觀結(jié)構(gòu)的信息。綜述DKI的原理及其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)用，包括神經(jīng)退行性疾病、創(chuàng)傷性腦損傷、缺血性腦卒中、膠質(zhì)瘤、多發(fā)性硬化、腦發(fā)育等。

擴(kuò)散；擴(kuò)散張量成像；擴(kuò)散峰度成像；非高斯分布；中樞神經(jīng)系統(tǒng)

MR擴(kuò)散峰度成像 （diffusion kurtosis imaging，DKI）是新近出現(xiàn)的擴(kuò)散成像技術(shù)，是擴(kuò)散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）在技術(shù)上的延伸，用于探查水分子的非高斯擴(kuò)散特性。與傳統(tǒng)DTI相比，DKI可以提供更多關(guān)于組織微觀結(jié)構(gòu)的信息。本文就DKI的原理及其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)用作一綜述。

1 概述

1.1 DKI的基本原理 擴(kuò)散是一種基本的生理活動(dòng)，自由水分子的擴(kuò)散為不規(guī)則隨機(jī)運(yùn)動(dòng)（即布朗運(yùn)動(dòng)），在一定時(shí)間內(nèi)某一特定水分子從一個(gè)位點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)位點(diǎn)的概率受概率分布支配，這種分布呈高斯（即正態(tài)）分布形式。DTI技術(shù)理論框架的基礎(chǔ)為假定水分子運(yùn)動(dòng)在單室模型內(nèi)，以自由、非受限的形式進(jìn)行擴(kuò)散，水分子的擴(kuò)散位移呈高斯分布，在設(shè)定的擴(kuò)散系數(shù)（b值）下MR擴(kuò)散信號(hào)衰減呈單指數(shù)形式[1]。在生物體內(nèi)，水分子的運(yùn)動(dòng)因細(xì)胞間結(jié)構(gòu)、細(xì)胞內(nèi)外受限程度、細(xì)胞膜的滲透性以及游離、結(jié)合水的理化特性差異而表現(xiàn)復(fù)雜，并不真正處于隨機(jī)狀態(tài)。而且隨著b值的加大（如大于1 500 s/mm2），生物組織的不均勻性對(duì)擴(kuò)散的影響增加，水分子擴(kuò)散位移概率偏離高斯分布更加明顯[2]。

這種水分子擴(kuò)散的非高斯效應(yīng)是多種因素共同作用的結(jié)果，有可能揭示更多關(guān)于組織微結(jié)構(gòu)改變的信息，特別是組織結(jié)構(gòu)以不均質(zhì)為主的區(qū)域，如灰質(zhì)、腫瘤微環(huán)境、神經(jīng)退變區(qū)域和創(chuàng)傷后組織等。為了更好地表征水分子擴(kuò)散的非高斯特性，研究者們提出了許多新的模型來表征擴(kuò)散特性，其中最具影響力的是Q空間成像，該模型基于高階擴(kuò)散來評(píng)估水分子擴(kuò)散概率的分布，從而能夠探測(cè)神經(jīng)組織病變細(xì)微結(jié)構(gòu)的變化[3]。然而，對(duì)梯度場(chǎng)硬件要求過高（b值高達(dá)30 000 s/mm2）和掃描時(shí)間過長(zhǎng)等原因限制了該技術(shù)的臨床應(yīng)用[1,4]。其他應(yīng)用比較廣泛的模型包括雙指數(shù)模型[5-6]和擴(kuò)散峰度模型[7-8]。雙指數(shù)模型用快慢兩個(gè)腔室來模擬細(xì)胞內(nèi)外水分子的擴(kuò)散[9-10]。但活體組織是一個(gè)連續(xù)介質(zhì)，這種將組織微環(huán)境腔室化的方法會(huì)過度簡(jiǎn)化組織的真實(shí)本質(zhì)[11]。DKI是新近出現(xiàn)的用于探查非高斯分布的水分子擴(kuò)散特性的方法，該模型不存在腔室化假設(shè)，引入峰度（kurtosis）的概念來量化真實(shí)水分子擴(kuò)散位移與理想的高斯分布水分子擴(kuò)散位移間的偏離，以此來表示水分子擴(kuò)散受限程度以及擴(kuò)散的不均質(zhì)性[1]。在特定b值下，其描述擴(kuò)散信號(hào)的衰減以表觀擴(kuò)散（apparentdiffusivity,Dapp）和表觀峰度（apparent kurtosis,Kapp）的雙指數(shù)方式進(jìn)行，其公式為ln［S（b）/ S（0）］=-bDapp+（1/6）b2D2appKapp。相關(guān)研究顯示，該模型對(duì)于較大b值（約2 500 s/mm2）的擴(kuò)散加權(quán)信號(hào)配準(zhǔn)良好，b值＞1 000 s/mm2時(shí)實(shí)際信號(hào)衰減偏離線性分布，但可以被擴(kuò)散峰度模型很好地捕捉，尤其當(dāng)b值≥2 000 s/mm2時(shí)。DKI技術(shù)以傳統(tǒng)擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging,DWI）為基礎(chǔ)，采用同一類型的脈沖序列，只是所需的b值略大。對(duì)于腦組織，b值約2 000 s/mm2就可滿足要求，同時(shí)要求至少施加15個(gè)方向的擴(kuò)散敏感梯度，當(dāng)然，隨著方向數(shù)的增加，數(shù)據(jù)的可靠性隨之提高。DKI對(duì)硬件沒有過高要求，掃描時(shí)間不長(zhǎng)，適合臨床應(yīng)用。

1.2 主要參數(shù) DKI技術(shù)不僅可以獲得DTI的參量，如各向異性分?jǐn)?shù)（fractional anisotropy，F(xiàn)A）、平均擴(kuò)散率 （mean diffusion，MD）、軸向擴(kuò)散率（axial diffusion，AD）和徑向擴(kuò)散率（radial diffusion，RD）；還可以獲得DKI本身的參量，如平均峰度（mean kurtosis，MK）、峰度各向異性 （kurtosis anisotropy，KA）、軸向峰度（axial kurtosis，AK）、徑向峰度（radial kurtosis，RK）。

1.2.1 MK MK是應(yīng)用最為廣泛的DKI參數(shù)，為采用多個(gè)b值且方向相同的梯度方向上的平均值。其大小與興趣區(qū)內(nèi)組織結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度成正比。如腫瘤組織內(nèi)細(xì)胞異型性、細(xì)胞核的多形性越明顯，間質(zhì)中血管增生越豐富，則MK值越大。

1.2.2 KA KA在某種程度上類似于FA，由峰度的標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算得出。KA越小表現(xiàn)越趨向于各向同性擴(kuò)散。影響KA的因素有介質(zhì)的黏度、分子間距離、鄰近血管搏動(dòng)或腦脊液流動(dòng)、纖維結(jié)構(gòu)的完整性、平行性以及致密程度等。

1.2.3 AK和RK AK和RK指的是在主要擴(kuò)散平行及正交方向上峰度的平均值。其數(shù)值的大小反映在該方向非正態(tài)分布水分子擴(kuò)散受限的大小。其中RK相對(duì)重要，因?yàn)閿U(kuò)散受限主要在徑向，故而峰度為非零且在徑向表現(xiàn)得更為突出。

2 DKI在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)用

由于操作簡(jiǎn)便、理論體系堅(jiān)實(shí)，近年來DKI在實(shí)驗(yàn)研究及臨床應(yīng)用中逐漸增多。目前的研究表明，DKI可揭示許多不同于DTI的信息。有研究指出，在各向同性的組織中（如灰質(zhì)），DKI和DTI的敏感性具有顯著差異[7,12]。由于FA只對(duì)各向異性的結(jié)構(gòu)敏感，因此灰質(zhì)的改變不能改變FA值，但卻可以改變擴(kuò)散峰度。一項(xiàng)關(guān)于MK與MD之間關(guān)聯(lián)性的體模研究[7]表明，在評(píng)價(jià)組織結(jié)構(gòu)方面，MK較MD值特異性更高。這是因?yàn)楸M管MD值主要受組織結(jié)構(gòu)的影響，但它還會(huì)受到其他因素如大分子濃度等的影響，使其在反映組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜性方面特異性較低。

2.1 神經(jīng)退行性病變 DKI可以獲取水分子擴(kuò)散的非高斯分布信息，這可作為評(píng)價(jià)組織復(fù)雜程度的一項(xiàng)指標(biāo)。神經(jīng)退行性疾病如阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease,AD）、帕金森?。≒arkinson disease，PD）、亨廷頓病（Huntington disease，HD）等，導(dǎo)致腦組織微結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，DKI有望成為探測(cè)這種細(xì)微改變的新手段。

AD是一種常見的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，在西方國(guó)家AD是癡呆的最常見原因。其病理過程復(fù)雜，主要包括β淀粉樣蛋白（amyloid-β，Aβ）斑塊形成和細(xì)胞內(nèi)神經(jīng)原纖維纏結(jié)，從而導(dǎo)致神經(jīng)元突觸缺失和認(rèn)知障礙。尸檢結(jié)果表明Aβ斑塊是AD診斷的金標(biāo)準(zhǔn)，目前AD的治療方法主要以Aβ斑塊沉積的預(yù)防和逆轉(zhuǎn)為目標(biāo)。Vanhoutte等[13]應(yīng)用DKI技術(shù)觀察APP/PS1（淀粉樣蛋白前體/早老素1）轉(zhuǎn)基因大鼠的腦組織改變情況，結(jié)果表明轉(zhuǎn)基因大鼠皮質(zhì)和丘腦的MK、RK及AK值均明顯增加，與對(duì)照組有顯著差異，組織學(xué)染色結(jié)果證實(shí)相應(yīng)區(qū)域Aβ斑塊沉積，而DTI參量值在各腦區(qū)均無差異。該研究者推測(cè)細(xì)胞外Aβ斑塊的沉積導(dǎo)致微結(jié)構(gòu)水平腦組織復(fù)雜性增加，從而引起DKI參量的改變，并認(rèn)為DKI有可能在AD的診斷和療效評(píng)價(jià)方面起重要作用。

PD是一種慢性進(jìn)展的不可逆性的神經(jīng)退行性疾病，其主要的病理改變是中腦黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的變性死亡，由此引起紋狀體多巴胺顯著減少而致病。鑒于黑質(zhì)退變與PD的密切關(guān)系，MRI成為觀察黑質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能改變的重要手段。在常規(guī)MRI上，PD病人的黑質(zhì)表現(xiàn)為鐵相關(guān)的對(duì)比增強(qiáng)增加[14]及黑質(zhì)外側(cè)部信號(hào)缺失[15]。盡管MRI在研究黑質(zhì)退變方面取得一些進(jìn)展，但目前還沒有一項(xiàng)技術(shù)可以準(zhǔn)確區(qū)分PD病人與對(duì)照組。在DKI技術(shù)應(yīng)用于PD病人的初步研究中，Wang等[16]分別測(cè)量尾狀核、殼核、蒼白球和黑質(zhì)的MK及DTI各參量 （包括FA、MD、AD、RD），結(jié)果顯示PD病人各核團(tuán)的MK值均明顯高于正常對(duì)照組，而DTI的參量中只有黑質(zhì)的FA值在兩組間存在顯著差異，F(xiàn)A在其他核團(tuán)及DTI其他參量在PD病人與正常對(duì)照組中均沒有顯著差異。該研究表明DKI有助于PD的診斷，可以檢測(cè)到病變導(dǎo)致的灰質(zhì)核團(tuán)內(nèi)細(xì)微結(jié)構(gòu)的變化，并推測(cè)這可能與多巴胺能神經(jīng)元缺失和膠質(zhì)增生導(dǎo)致的核團(tuán)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性減低或者黑質(zhì)內(nèi)鐵含量增加引起信噪比減低有關(guān)。PD的病理改變起源于腦干，然后累及邊緣系統(tǒng)，最終至大腦皮質(zhì)，因此邊緣系統(tǒng)是PD改變的重要結(jié)構(gòu)。Kamagata等[17]通過觀察扣帶回的改變，發(fā)現(xiàn)PD病人前扣帶回MK值明顯減低，且MK較FA具有更佳的診斷效能，因此認(rèn)為DKI有利于MRI對(duì)PD的診斷。

HD發(fā)病率較低，但卻是一種致命的神經(jīng)退行性疾病，由亨廷頓基因突變?cè)斐伞１M管本病出現(xiàn)臨床表現(xiàn)時(shí)通常為中年人，但在腦發(fā)育成熟過程中關(guān)鍵腦區(qū)的改變已經(jīng)出現(xiàn)。在一項(xiàng)對(duì)發(fā)育期轉(zhuǎn)基因HD大鼠的DKI研究中，Blockx等[18]分別觀察出生后15 d及30 d大鼠的多個(gè)HD相關(guān)腦區(qū) （尾狀殼核、皮質(zhì)、胼胝體、外囊、前聯(lián)合）的微觀結(jié)構(gòu)改變情況，發(fā)現(xiàn)出生后15 d的轉(zhuǎn)基因HD大鼠皮質(zhì)的MD及RD值增加，出生后30 d尾狀殼核AK值減低，髓磷脂堿基蛋白免疫組化染色證實(shí)相應(yīng)腦區(qū)有序纖維數(shù)量減少。該研究認(rèn)為DKI是評(píng)價(jià)組織微結(jié)構(gòu)改變的有效工具，可以發(fā)現(xiàn)亨廷頓基因突變導(dǎo)致的腦發(fā)育異常。

2.2 創(chuàng)傷性腦損傷 了解創(chuàng)傷后早期腦組織的改變對(duì)于病人的治療及預(yù)防繼發(fā)性損傷具有重要意義。DTI對(duì)研究神經(jīng)系統(tǒng)疾病具有重要價(jià)值。在腦損傷急性期，細(xì)胞毒性水腫使得細(xì)胞外間隙減小，從而導(dǎo)致MD減低及FA升高；到了慢性期，細(xì)胞膜破裂、細(xì)胞死亡、空洞形成及血管源性水腫等原因則導(dǎo)致細(xì)胞外間隙增加，MD升高及FA減低。此外，AD和RD也可用來進(jìn)一步反映損傷導(dǎo)致的白質(zhì)軸索和髓鞘的精細(xì)解剖結(jié)構(gòu)變化。但DTI的主要優(yōu)勢(shì)在于診斷白質(zhì)病變，對(duì)灰質(zhì)改變的診斷價(jià)值有限，而DKI則可以在這方面提供更多的信息。Zhuo等[2]通過應(yīng)用急性期（2 h）和亞急性期（7 d）腦創(chuàng)傷的大鼠模型來觀察DTI及DKI各參量變化情況，發(fā)現(xiàn)急性期損傷區(qū)域MD、FA及MK均與對(duì)照組存在差異，但在亞急性期，當(dāng)DTI參量恢復(fù)正常后，多個(gè)腦區(qū)仍存在彌漫性MK值升高。MK值升高區(qū)域被隨后的組織學(xué)染色證實(shí)為反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞增生?；谏鲜鼋Y(jié)果，該研究者認(rèn)為DKI可以反映腦創(chuàng)傷后膠質(zhì)增生情況，是DTI的有力補(bǔ)充。

此外，DKI作為一種敏感的成像技術(shù)還可用來探測(cè)丘腦神經(jīng)元細(xì)微結(jié)構(gòu)的損傷，了解丘腦損傷與輕微腦損傷后認(rèn)知障礙的關(guān)系。有研究者通過比較腦損傷病人一年內(nèi)臨床及影像改變，發(fā)現(xiàn)認(rèn)知障礙與丘腦及內(nèi)囊的MK值具有相關(guān)性，丘腦MK值有助于預(yù)測(cè)永久性腦損傷和認(rèn)知障礙[19]。

2.3 缺血性腦卒中 擴(kuò)散成像被廣泛地用于評(píng)估缺血性腦卒中病變范圍、預(yù)后（包括是否可逆轉(zhuǎn)）以及發(fā)作時(shí)間[20]。DKI是DWI及DTI技術(shù)的延伸，可以為卒中病人提供更多的有用信息，如更詳細(xì)的病理改變及預(yù)后的評(píng)估等。近年來，有一些研究者將DKI應(yīng)用于缺血性卒中的臨床研究，發(fā)現(xiàn)梗死后12h～ 5 d MK值升高，反映了腦梗死急性期損傷區(qū)域水分子擴(kuò)散受限的高度不均質(zhì)性，DKI參量更有利于顯示病理情況下組織結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化，研究還發(fā)現(xiàn)白質(zhì)內(nèi)AK的變化程度大于RK，并認(rèn)為可能與軸突靜脈曲張和神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的精細(xì)變化有關(guān)[21]。此外還有人發(fā)現(xiàn)梗死后早期部分腦白質(zhì)MK表現(xiàn)為更明顯的增高，經(jīng)隨后一系列MR隨訪證實(shí)該區(qū)域最終發(fā)展為膠質(zhì)增生，提示最初病灶的MK值有助于預(yù)測(cè)缺血性組織的轉(zhuǎn)歸[22]。為了更準(zhǔn)確地研究缺血組織演變情況，一些研究者建立相應(yīng)的動(dòng)物模型進(jìn)行觀察。Hui等[23]通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，MK在梗死后超急性期（2 h）即可出現(xiàn)升高，急性期升高的幅度增加，至梗死后7 d出現(xiàn)模糊效應(yīng)。Cheung等[24]對(duì)大腦中動(dòng)脈閉塞90 min及再灌注后大鼠模型進(jìn)行MRI檢查，結(jié)果顯示MD和MK錯(cuò)配區(qū)域再通后恢復(fù)良好，而兩者表現(xiàn)一致區(qū)域再通后不能恢復(fù)。上述結(jié)果提示MK能夠?qū)U(kuò)散影像上的不均質(zhì)病變區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步區(qū)分，有助于評(píng)估預(yù)后。

2.4 膠質(zhì)瘤 膠質(zhì)瘤是最常見的顱內(nèi)腫瘤，術(shù)前腫瘤分級(jí)對(duì)手術(shù)方式的選擇具有重要意義。Raab等[25]首先采用DKI技術(shù)對(duì)34例星形細(xì)胞瘤 （WHOⅡ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)分別為5、13和16例）進(jìn)行回顧性研究，結(jié)果顯示MK值隨腫瘤惡性程度升高而增加，ADC值隨腫瘤惡性程度升高而減低，而FA在3組間無差異。Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)星形細(xì)胞瘤的MK及ADC值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)之間只有MK值差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。受試者操作特征（ROC）曲線分析顯示MK區(qū)分高級(jí)別與低級(jí)別膠質(zhì)瘤的診斷效能最佳（0.972）。該研究認(rèn)為DKI可以描述不同級(jí)別膠質(zhì)瘤組織細(xì)微結(jié)構(gòu)的改變，有助于腫瘤分級(jí)。

2.5 多發(fā)性硬化 多發(fā)性硬化（multiplesclerosis，MS）是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的一種自身免疫性疾病，病變特征為炎癥、水腫、脫髓鞘、髓鞘再生、軸索損傷、膠質(zhì)增生等[26]。常規(guī)MRI可以很好地顯示硬化斑塊，支持臨床診斷，但診斷特異性較低且不能對(duì)硬化斑塊以外的彌漫性白質(zhì)損傷進(jìn)行評(píng)價(jià)。目前已經(jīng)有研究發(fā)現(xiàn)DTI可以檢測(cè)到MS病人硬化斑塊以外表現(xiàn)正常的白質(zhì)區(qū)的細(xì)微損傷，與對(duì)照組相比，MD升高，F(xiàn)A減低[27-28]。彌漫性白質(zhì)損傷提示MS病人將會(huì)有較長(zhǎng)的病程及較高的臨床致殘率，對(duì)于評(píng)價(jià)病人的預(yù)后具有重要意義。鑒于DKI在顯示細(xì)微結(jié)構(gòu)復(fù)雜性方面的優(yōu)勢(shì)，Yoshida等[29]用DKI觀察MS病人正常白質(zhì)區(qū)的細(xì)微改變，得到與DTI一致的結(jié)果，白質(zhì)區(qū)MK明顯升高，其改變幅度明顯高于MD和FA。Raz等[30]采用DKI對(duì)MS病人的全脊髓進(jìn)行觀察，得到了類似的結(jié)果，進(jìn)一步證實(shí)了DKI在這方面的價(jià)值。與DTI相比，DKI能夠更準(zhǔn)確地為MS病人提供關(guān)于白質(zhì)損傷的信息。對(duì)彌漫性白質(zhì)損傷的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)不僅可以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)病人的病情進(jìn)展及轉(zhuǎn)歸，還可以作為監(jiān)測(cè)藥物療效的重要手段。

2.6 大腦發(fā)育的研究 在腦組織發(fā)育成熟方面，DKI逐漸成為發(fā)現(xiàn)年齡相關(guān)性腦結(jié)構(gòu)改變的新工具。研究結(jié)果顯示從青少年到老年不同年齡范圍的人群中，其灰質(zhì)和白質(zhì)的MK值均存在明顯差異[31]。在由青少年向成年人轉(zhuǎn)變過程中，腦組織MK值增加，與這一階段持續(xù)性髓鞘化和腦組織微結(jié)構(gòu)復(fù)雜性增加相一致。相反，老年人MK值下降，可能與退行性改變和神經(jīng)萎縮有關(guān)。類似的研究結(jié)果在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中也有發(fā)現(xiàn)[32]。腦發(fā)育相關(guān)研究有助于揭示注意力缺陷多動(dòng)癥患兒臨床與病理之間的相關(guān)性。研究發(fā)現(xiàn)[33]多動(dòng)癥患兒灰白質(zhì)MK值的增長(zhǎng)率均遠(yuǎn)低于正常對(duì)照組，說明多動(dòng)癥與總體腦容積減少相關(guān)聯(lián)，這些信息是其他MRI檢查技術(shù)不能提供的。

3 展望

作為一種新興的MR檢查技術(shù)，DKI能夠很好地反映出大腦灰白質(zhì)細(xì)微結(jié)構(gòu)的改變，可為疾病的診斷提供更多、更準(zhǔn)確的信息。相信隨著DKI臨床應(yīng)用研究的進(jìn)一步深入，其將在揭示組織微觀結(jié)構(gòu)方面開創(chuàng)一個(gè)新的領(lǐng)域，為多系統(tǒng)疾病的早期診斷、療效評(píng)估和預(yù)后判斷提供新的有效的影像診斷指標(biāo)。

[1] Wu EX,Cheung MM.MR diffusion kurtosis imaging for neural tissue characterization[J].NMR Biomed,2010,23:836-848.

[2] Zhuo J,Xu S,Proctor JL,et al.Diffusion kurtosis as an in vivo imaging marker for reactive astrogliosis in traumatic brain injury[J]. Neuroimage,2012,59:467-477.

[3] Assaf Y,Mayzel-Oreg O,Gigi A,et al.High b value q-spaceanalyzed diffusion MRI in vascular dementia:a preliminary study[J]. J Neurol Sci,2002,203-204:235-239.

[4] Jensen JH,Helpern JA.MRI quantification of non-Gaussian water diffusion by kurtosis analysis[J].NMR Biomed,2010,23:698-710.

[5] Maier SE,Vajapeyam S,Mamata H,et al.Biexponential diffusion tensor analysis of human brain diffusion data[J].Magn Reson Med, 2004,51:321-330.

[6] Mulkern RV,Gudbjartsson H,Westin CF,et al.Multi-component apparent diffusion coefficients in human brain[J].NMR Biomed, 1999,12:51-62.

[7] Jensen JH,Helpern JA,Ramani A,et al.Diffusional kurtosis imaging:the quantification of non-gaussian water diffusion by means of magnetic resonance imaging[J].Magn Reson Med,2005,53: 1432-1440.

[8] Lu H,Jensen JH,Ramani A,et al.Three-dimensional characterization of non-gaussian water diffusion in humans using diffusion kurtosis imaging[J].NMR Biomed,2006,19:236-247.

[9] Maier SE,Bogner P,Bajzik G,et al.Normal brain and brain tumor: multicomponent apparent diffusion coefficient line scan imaging[J]. Radiology,2001,219:842-849.

[10]Maier SE,Mulkern RV.Biexponential analysis of diffusion-related signal decay in normal human cortical and deep gray matter[J].Magn Reson Imaging,2008,26:897-904.

[11]Kiselev VG,Il’yasov KA.Is the “biexponential diffusion”biexponential[J].Magn Reson Med,2007,57:464-469.

[12]Jensen MH,Mathiesen J,Procaccia I.Scaling exponent of the maximum growth probability in diffusion-limited aggregation[J]. Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys,2003,67(4 Pt 1):042402.

[13]Vanhoutte G,Pereson S,Delgado YPR,et al.Diffusion kurtosis imaging to detect amyloidosis in an APP/PS1 mouse model for Alzheimer’s disease[J].Magn Reson Med,2013,69:1115-1121.

[14]Gorell JM,Ordidge RJ,Brown GG,et al.Increased iron-related MRI contrast in the substantia nigra in Parkinson’s disease[J].Neurology, 1995,45:1138-1143.

[15]Minati L,Grisoli M,Carella F,et al.Imaging degeneration of thesubstantia nigra in Parkinson disease with inversion-recovery MR imaging[J].AJNR,2007,28:309-313.

[16]Wang JJ,Lin WY,Lu CS,et al.Parkinson disease:diagnostic utility of diffusion kurtosis imaging[J].Radiology,2011,261:210-217.

[17]Kamagata K,Tomiyama H,Motoi Y,et al.Diffusional kurtosis imaging of cingulate fibers in Parkinson disease:comparison with conventional diffusion tensor imaging[J].Magn Reson Imaging, 2013,31:1501-1506.

[18]Blockx I,De Groof G,Verhoye M,et al.Microstructural changes observed with DKI in a transgenic Huntington rat model:evidence for abnormal neurodevelopment[J].Neuroimage,2012,59:957-967.

[19]Grossman EJ,Ge Y,Jensen JH,et al.Thalamus and cognitive impairment in mild traumatic brain injury:a diffusional kurtosis imaging study[J].J Neurotrauma,2012,29:2318-2327.

[20]Kidwell CS,Alger JR,Saver JL.Beyond mismatch:evolving paradigms in imaging the ischemic penumbra with multimodal magnetic resonance imaging[J].Stroke,2003,34:2729-2735.

[21]Jensen JH,Falangola MF,Hu C,et al.Preliminary observations of increased diffusional kurtosis in human brain following recent cerebral infarction[J].NMR Biomed,2011,24:452-457.

[22]Hori M,Aoki S,Fukunaga I,et al.A new diffusion metric,diffusion kurtosis imaging,used in the serial examination of a patient with stroke[J].Acta Radiol Short Rep,2012,1:pii:arsi,2011.110024.

[23]Hui ES,Du F,Huang S,et al.Spatiotemporal dynamics of diffusional kurtosis,mean diffusivity and perfusion changes in experimental stroke[J].Brain Res,2012,1451:100-109.

[24]Cheung JS,Wang E,Lo EH,et al.Stratification of heterogeneous diffusion MRI ischemic lesion with kurtosis imaging:evaluation of mean diffusion and kurtosis MRI mismatch in an animal model of transient focal ischemia[J].Stroke,2012,43:2252-2254.

[25]Raab P,Hattingen E,Franz K,et al.Cerebral gliomas:diffusional kurtosis imaging analysis of microstructural differences[J].Radiology, 2010,254:876-881.

[26]Vigeveno RM,Wiebenga OT,Wattjes MP,et al.Shifting imaging targets in multiple sclerosis:from inflammation to neurodegeneration [J].J Magn Reson Imaging,2012,36:1-19.

[27]Werring DJ,Clark CA,Barker GJ,et al.Diffusion tensor imaging of lesions and normal-appearing white matter in multiple sclerosis[J]. Neurology,1999,52:1626-1632.

[28]Bammer R,Augustin M,Strasser-Fuchs S,et al.Magnetic resonance diffusion tensor imaging for characterizing diffuse and focal white matter abnormalities in multiple sclerosis[J].Magn Reson Med, 2000,44:583-591.

[29]Yoshida M,Hori M,Yokoyama K,et al.Diffusional kurtosis imaging of normal-appearing white matter in multiple sclerosis:preliminary clinical experience[J].Jpn J Radiol,2013,31:50-55.

[30]Raz E,Bester M,Sigmund EE,et al.A better characterization of spinal cord damage in multiple sclerosis:a diffusional kurtosis imaging study[J].AJNR,2013,34:1846-1852.

[31]Falangola MF,Jensen JH,Babb JS,et al.Age-related non-Gaussian diffusion patterns in the prefrontal brain[J].J Magn Reson Imaging, 2008,28:1345-1350.

[32]Cheung MM,Hui ES,Chan KC,et al.Does diffusion kurtosis imaging lead to better neural tissue characterization?A rodent brain maturation study[J].Neuroimage,2009,45:386-392.

[33]Helpern JA,Adisetiyo V,Falangola MF,et al.Preliminary evidence of altered gray and white matter microstructural development in the frontal lobe of adolescents with attention-deficit hyperactivity disorder:a diffusional kurtosis imaging study[J].J Magn Reson Imaging,2011,33:17-23.

（收稿2014-04-23）

Magnetic resonance diffusion kurtosis imaging:basic principle and preliminary application in central nervoussystem

CHENG Yue，SHEN Wen.Department of Radiology,Tianjin First Central Hospital,Tianjin 300192,China

Diffusion tensor imaging(DTI)can be used to measure the diffusional motion of water molecules,and can provide a unique source of contrast among tissues.Diffusion kurtosis imaging(DKI)provides quantifiable information on the non-Gaussian behavior of water diffusion in biological tissue,and discloses subtle substructural changes.DKI can provide more information than DTI does.In this article,we reviewed the basic principle and preliminary application of DKI in central nervous system,including neurodegenerative disease,traumatic brain injury,cerebral ischemic stroke,glioma,multiple sclerosis,and brain maturation.

Diffusion；Diffusion tensor imaging；Diffusion kurtosis imaging；Non-Gaussian diffusion；Central nervous system

10.3874/j.issn.1674-1897.2015.01.Z0104

300192天津，天津市第一中心醫(yī)院放射科

沈文，E-mail：shenwen66happy@163.com

*審校者