張 娣，張培功,姜興岳，翟 峰，翟長彬，于蒙蒙，石清磊

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

腦梗死擴散峰度成像的時間進程分析及其與擴散張量成像的對比研究

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)學院附屬醫(yī)院放射科，山東 濱州 256603；2.濱州醫(yī)學院，山東 煙臺 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 分析腦梗死患者擴散峰度成像(DKI)各參數(shù)隨梗死時間的變化規(guī)律，并與擴散張量成像(DTI)進行對比。方法 對95例腦梗死患者行DWI、DKI掃描，并根據(jù)腦梗死的時間分為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)及對照區(qū)各參數(shù)值并計算其百分比變化率，分析各參數(shù)值隨時間的演變規(guī)律。結(jié)果 DKI各參數(shù)值[平均擴散峰度(MK)、徑向峰度(K⊥)、軸向峰度(K//)]在梗死后升高，急性期達到高峰，之后隨時間延長逐漸下降；DTI各參數(shù)值[平均擴散系數(shù)(MD)、垂直擴散張量(D⊥)、軸向擴散張量(D//)]在梗死后降低，急性期達到最低，隨時間延長逐漸升高。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評價腦梗死優(yōu)于DTI，可更全面地分析腦梗死微觀結(jié)構(gòu)的改變。

擴散峰度成像；擴散張量成像；磁共振成像；腦梗死

目前，MR擴散加權(quán)成像是評價腦梗死的重要成像技術(shù)，在MR擴散加權(quán)成像基礎上發(fā)展而來的擴散張量成像(diffusion tensor imaging, DTI)是以假定水分子擴散服從高斯分布為基礎，而實際水分子擴散運動為非高斯分布，存在較大誤差。擴散峰度成像(diffusion kurtosis imaging, DKI)可反映組織內(nèi)水分子擴散的非高斯分布特性，更接近組織內(nèi)水分子真實擴散情況，其探索組織病理生理學特性更加準確[1]。DKI在臨床上應用廣泛，可用于膠質(zhì)瘤分級[2]、腦外傷[3]、帕金森病[4]、癲癇[5]等，其在腦梗死中的應用也有初步進展。研究[6-7]報道腦梗死后超急性期、亞急性期平均擴散峰度(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)生物學機制探討提供幫助。本研究旨在評估腦梗死患者DKI各參數(shù)值隨時間變化的規(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、運動偽影明顯等原因，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?；颊呔诠Ｋ篮? h～30天接受MR檢查。

1.2儀器與方法 采用Siemens Skyra 3.0T超導型MR掃描儀和標準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，每個非零b值擴散敏感梯度場施加的方向數(shù)為30個，掃描時間7.02 min。

1.3圖像處理與分析 由2名副高級及以上職稱醫(yī)師對腦梗死區(qū)域及對側(cè)正常區(qū)域進行參數(shù)值測量，采用Siemens科研序列后處理圖像，結(jié)合MK、平均擴散系數(shù)(mean diffusion, MD)圖，于梗死核心部位和對側(cè)鏡像區(qū)放置ROI，測量部位和大小經(jīng)協(xié)商達成一致，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數(shù)(fractional anisotropy， FA)、MD、軸向擴散張量(axial diffusion， D//)、垂直擴散張量(radial diffusion， D⊥)。每個部位各測量3次取平均值。分析比較不同時期腦梗死各參數(shù)值隨時間的變化規(guī)律，并計算其在梗死區(qū)域的百分比變化率：百分比變化率=∣(X病變側(cè)-X對側(cè))∣/X對側(cè)×100%，X為各參數(shù)值的平均值。測量并計算MK、MD圖病變區(qū)與對側(cè)正常區(qū)域的信號比值。

1.4統(tǒng)計學分析 采用SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件。采用配對t檢驗比較腦梗死不同時期病變側(cè)與對側(cè)正常區(qū)域ROI各參數(shù)值，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。計算MK、MD病變區(qū)與對側(cè)正常區(qū)域的信號比值，應用最小二乘法線性回歸，獲得趨勢曲線，曲線經(jīng)過1時的值即為MK、MD假正?；?接近對側(cè)正常值)時間。

2 結(jié)果

2.1腦梗死不同時期DKI、DTI各參數(shù)值變化 病變區(qū)域與對側(cè)正常區(qū)域腦梗死不同時期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，與對照側(cè)比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，在急性期、亞急性早期、亞急性晚期、慢性期逐漸降低，與對照側(cè)比較差異有統(tǒng)計學意義(P均<0.05)。梗死區(qū)MD值在超急性期、急性期、亞急性早期、亞急性晚期較對照側(cè)減低(P均<0.05)，在慢性期升高，但與對照側(cè)比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。D//和D⊥在超急性期、急性期、亞急性早期、亞急性晚期較對照側(cè)降低 (P均<0.05)，慢性期較對側(cè)升高(P<0.01)，慢性期D//差異有統(tǒng)計學意義(P<0.01)，D⊥與對照側(cè)差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。梗死區(qū)MK值在超急性期、急性期、亞急性早期、亞急性晚期較對照側(cè)升高，慢性期較對側(cè)降低，各期差異均有統(tǒng)計學意義(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)較對照側(cè)升高(P均<0.05)，慢性期梗死區(qū)較對照側(cè)降低，K//差異有統(tǒng)計學意義(P<0.01)，K⊥差異無統(tǒng)計學意義(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間約為13.2天，MK假正?；臅r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，接近水分子的真實分布情況，優(yōu)于傳統(tǒng)的擴散成像方法[8]。DKI技術(shù)除提供擴散峰度相關(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，而MD、D//、D⊥圖顯示為均勻的低信號，MK、K//、K⊥圖信號不均勻，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情況，從而準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間約為13.2天，MK假正常化的時間約為14.7天，與Baron等[9]報道一致，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，導致細胞間隙擴大、組織間液增加，此時MD值開始出現(xiàn)假正?；鳰K值仍然比對側(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致的部分容積效應的影響，特異性更高。研究[9]報道，當抑制腦脊液信號時，MD值降低31.3%，MK值則僅升高7.6%，認為MD假正?；茄茉葱运[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]報道了大鼠腦梗死的MD假正?；瘯r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為細胞膜的限制，后在第7天出現(xiàn)假正常化，提示MK對組織微環(huán)境的改變有更好的敏感度和特異度。

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

表2 各DKI、DTI參數(shù)值在腦梗死不同時期百分比變化率±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，在第2天最亮，逐漸降低，第15天低于對側(cè)正常組織；MD顯示均勻低信號，信號逐漸升高，第15天高于對側(cè)正常組織。MK圖有小范圍信號缺失，是由于噪聲和DKI原始圖像間的錯誤配準造成

圖2 MK時間-信號比趨勢圖 圖3 MD時間-信號比趨勢圖

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)境復雜性和異質(zhì)性指標，與研究[12]報道一致。缺血導致軸突內(nèi)彌散的改變至少可以用兩種機制解釋[13-14]：①缺血或其他類型的腦損傷會導致軸突腫脹發(fā)生串珠樣改變，從而導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，導致軸突內(nèi)彌散的降低，最終導致細胞內(nèi)幾何排布的改變，引起細胞支架的塌陷，細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，導致組織內(nèi)與方向性有關(guān)水分子彌散降低。無論何種機制，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]報道白質(zhì)腦梗死有強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]報道缺血對軸突內(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，本研究對病變未依據(jù)病變準確位置及大小評估；未進行動態(tài)隨訪，只是不同患者的個體數(shù)據(jù)。

總之，DKI可提供較常規(guī)彌散成像更多的擴散信息，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