扩散峰度成像在肿瘤中的研究进展

张 娟，张学花，李 婷，杨冬均，翟昭华

（川北医学院附属医院放射科，四川 南充 637000）

扩散峰度成像在肿瘤中的研究进展

张 娟，张学花，李 婷，杨冬均，翟昭华

（川北医学院附属医院放射科，四川 南充 637000）

扩散峰度成像（DKI）是近年发展起来的一项新的磁共振功能成像技术，它能反映更复杂的水分子的扩散，其多个峰度指标在良性肿瘤中较低而在恶性肿瘤中较高，并可随着肿瘤的恶性程度增加而增高。虽然目前DKI在肿瘤方面的研究仍相对较少，但从国内外学者已经完成的一系列实验中我们可以发现DKI的重要价值，随着DKI技术的进一步成熟与发展，我们相信其必将为临床工作做出更多贡献。

肿瘤；磁共振成像

扩散峰度成像（Diffusion kurtorsis imaging，DKI）是近年发展起来的一项新的磁共振功能成像技术，是对扩散张量成像 （DTI）的进一步延伸与扩展，是磁共振扩散成像史上（DWI-DTI-DKI）的第三次飞跃。与DWI及DTI研究正态分布水分子的扩散不同，DKI研究的是非正态分布水分子的扩散，即非高斯扩散。近年来，DKI在中枢神经系统研究最多，在乳腺、前列腺中的研究已有少许报道，虽然DKI技术的应用还不成熟，但在临床与科研中已展现出重要的价值，本文主要综述DKI在肿瘤中的研究进展。

1 DKI的基本原理与主要参数

1.1 基本原理

DTI技术假定水分子呈高斯扩散，不同b值下的水分子的扩散信号呈线性衰减，可是当b>1 000 s/mm2时水分子的扩散信号就已经偏离了线性衰减，呈非高斯分布，而且由于生物体内细胞膜、细胞器等的存在使得生物体内水分子呈高斯扩散的可能性降低，因此用常规DTI也许存在较大的误差，而水分子非高斯扩散模型或许才更适用于生物体的研究[1]。水分子非高斯扩散模型有扩散峰度成像、Q空间成像、扩散频谱成像（Diffusion spectrum imaging，DSI）等。而 DKI技术则是针对DTI假设弱点发展起来的，其脉冲序列与传统DWI相同，但具有更高的b值，并运用DTI的二阶三维和峰度张量中的四阶三维对水分子的限制性扩散进行更高级别的描述，它建立于水分子非高斯扩散模型基础之上，并可以通过峰度值来测量其偏离高斯分布的运动轨迹，从而在获取DWI与DTI相关参数的同时，还能额外获取水分子非高斯分布的特征参数，因而更适合显示组织微结构的改变[2-4]。

1.2 主要参数

DKI的主要特征参数有平均峰度 （Mean kurtosis，MK）、径向峰度 （Radial kurtosis，RK）、轴位峰度 （Axial kurtosis，AK）与峰度各向异性（Kurtosis anisotropy，KA）。与KA不同，MK的大小不会依赖组织结构的空间方位，它是所有方向上峰度的平均值，其大小与感兴趣区（ROI）内组织的结构复杂程度呈正相关关系，即ROI内结构越复杂，非高斯分布水分子扩散受限越显著，MK也越大[4]。AK是指主本征向量方向上的峰度值，而RK是指垂直于主本征向量方向上峰度的平均值，即主要扩散正交方向上峰度的平均值，由于扩散受限主要在径向方向，因此RK较AK更为重要[4-5]。KA值与DTI的部分各向异性分数（FA）值较为相似，但会随着峰度的改变而发生变化，KA值越大表明组织的扩散越趋近于各向异性，提示组织结构越致密越复杂。

2 主要应用

良性肿瘤细胞增殖相对较慢，细胞较为均一，而恶变后的肿瘤细胞增殖较快，排列较密，细胞间隙小，细胞核大，核异型性多见，核浆比增加，新生血管增多，坏死与囊变多见等病理改变让恶性肿瘤组织结构更为复杂，水分子的非高斯扩散受限更加明显，从而在DKI上表现为峰度参数值增高。近年来，DKI在胶质瘤、乳腺肿瘤以及前列腺肿瘤方面有一定研究。

2.1 胶质瘤

胶质瘤又称星形细胞瘤，是脑内最常见的原发性肿瘤，依据WHO标准主要分为4级 （Ⅰ～Ⅳ级），其中Ⅰ级分化良好，Ⅱ级为良恶交界性，Ⅲ～Ⅳ级分化不良呈恶性。依据分级又可以将胶质瘤分为两个级别（Ⅰ～Ⅱ级为低级别，Ⅲ～Ⅳ级为高级别），二者的临床治疗与预后明显不同，因而正确的术前分级具有相当重要的价值。虽然DTI技术在脑胶质瘤的分级中已有一定的研究与应用，但是由于DTI的重要指标FA值受肿瘤细胞密度、肿瘤结构、肿瘤血管分布等多个因素影响，因此或许用DTI技术来研究肿瘤误差较大，而DKI技术则不依赖于组织的空间结构，不要求组织内的水分子呈高斯扩散，因此DKI技术理论上讲更适合于肿瘤研究，特别是脑肿瘤的研究[2]。已有多位学者通过实验评估了DKI技术在胶质瘤分级中的价值。Raab等[6]发现，MK值随着胶质瘤恶性程度增高而增加，而表观弥散系数（ADC）则随着胶质瘤恶性程度增高而降低，FA值在高低级别的胶质瘤中则没有统计学差异。随后，学者Van Cauter等[7]研究发现高级别胶质瘤的MK、RK与AK高于低级别胶质瘤，P值分别为0.02、0.015、0.01，而FA与平均扩散张量（MD）值在高低级别胶质瘤中没有统计学差异；在MK、RK、AK、FA与MD 5个指标中，MK在鉴别高低级别胶质瘤中具有最高的特异性与敏感性，分别为82%、71%。国内学者卫华等[8]在他们的实验中得出，脑星形细胞瘤实质部分MK值有助于高低级别脑星形细胞瘤分级,但尚不能有助于WHOⅢ级和Ⅳ级脑星形细胞瘤分级；WHOⅢ级的囊变区和近侧水肿带之间的MK值不存在差异，而WHOⅣ级肿瘤的囊变区和近侧水肿带之间的MK值却存在明显差异，这也许有助于WHOⅢ级和Ⅳ级脑星形细胞瘤鉴别。

2.2 乳腺肿瘤

乳腺肿瘤是女性的常见肿瘤，良性者以乳腺纤维瘤较多见，而恶性者以乳腺癌最为常见。乳腺癌严重危及患者身心健康与生命安全，早期发现、诊断与治疗能明显提高患者的预后。临床上，X线钼靶摄影与彩色超声检查是乳腺肿瘤中应用较多的无创检查，但前者有辐射，不太适合年轻患者与妊娠或哺乳期女性，而后者对于较深部位较小的乳腺肿瘤判断有时有一定难度。虽然穿刺活检或手术切除活检是其确诊金标准，但属有创检查。DKI技术是磁共振新的功能成像技术，其在鉴别乳腺肿瘤良恶性方面已有报道。Nogueira等[9]比较了36例患者的44个乳腺肿瘤病灶，他们发现ADC、MD、MK三个参数在良恶性病灶中均有显著差异，P值分别为0.017，0.028，0.017。ADC与MD在良性病变的值高于恶性病变的值，而MK值则与之相反，在恶性中较高（0.61±0.27），在良性中较低（0.37±0.18）。在纤维腺瘤与纤维囊性变中仅MK值显示出了差异，而ADC与MD值未显示差异，由此可见，MK值能提供更多、更复杂微结构的弥散信息。Wu等[10]用7个b值的DKI对103例患者的124个病灶的MD与MK进行测量并统计分析，他们发现恶性病灶的MK值明显高于良性病变的MK值，MD值则与之相反，虽然MD与MK在检测恶性病变的特异性均为92.9%，但MK的敏感性（84.2%）高于MD（79.3%）。从已有的实验已经可以看出DKI指标在鉴别乳腺肿瘤良恶性方面的敏感性与特异性均较高，但遗憾的是目前还少有实验对X线钼靶摄影、彩色超声与磁共振DKI技术在乳腺肿瘤的应用进行对比研究。

2.3 前列腺肿瘤

前列腺癌多发生于老年男性，近年来在我国发病率有增高趋势。多位国内外学者对DKI在前列腺癌方面的价值进行了研究，发现DKI在鉴别前列腺癌与良性前列腺增生以及前列腺正常组织方面有重要价值。Quentin等[11]研究了DKI在前列腺癌评估中的可行性，他们得出DKI常用指标AK与MK在前列腺癌患者中明显高于正常的前列腺外周带或中央带，差异有统计学意义。Rosenkrantz等[12]用DKI对前列腺外周带癌的检出与评估的可行性进行研究，发现峰度（K）值在区分癌变与良性前列腺组织中明显比ADC值及弥散指数 （D）值更敏感，三者敏感性分别为93.3%、78.5%、83.5%，K值在鉴别低分化与高分化前列腺癌中较ADC值与D值更敏感，敏感性分别为68.6%、51.0%、49.0%。Suo等[13]对19例最后被病理活检证实的前列腺癌患者进行研究，分别用ADC、D、K三个值评估前列腺癌与正常前列腺外周带组织间差异，他们得出前列腺癌的ADC值与D值显著低于前列腺正常组织，差异有统计学意义；而前列腺癌的K值则明显高于正常前列腺组织，差异有统计学意义。D与K在前列腺癌中呈显著负相关关系，相关系数为-0.729。Tamura等[14]对前列腺癌、良性前列腺增生以及正常前列腺外周带组织DKI的各参数指标进行了比较，他们发现前列腺癌的K值高于前列腺良性结节样增生及正常前列腺外周带，三者的K值分别为1.19±0.24、0.99±0.28以及0.63±0.23，虽然分析ROC曲线下面积时，K值与ADC值间没有显著差异，但与D值及ADC值相比，K值在鉴别前列腺癌与良性前列腺外周带组织的敏感性最高，敏感性为95%，而D、ADC则只有75%。

DKI是近年发展起来的磁共振新的功能成像技术，虽然其在肿瘤方面的研究仍相对较少，但从国内外学者已经完成的一系列实验中我们可以发现DKI在鉴别肿瘤良恶性及部分肿瘤分级中具备重要价值，随着DKI技术的进一步成熟与发展，我们相信其必将为临床工作做出更多贡献。

[1]张顺，姚义好，张水霞，等.脑梗死不同时期的MR扩散峰度成像表现[J].中华放射学杂志，2014，48（6）：443-447.

[2]廖海波，肖新兰.磁共振扩散峰度成像技术原理及在胶质瘤分级中的应用[J].临床放射学杂志，2013，32（12）：1824-1826.

[3]魏璇，马金宇，哈若水，等.扩散峰度成像评价正常成人脑灰白质差异[J].中国医学影像技术，2013，29（12）：1941-1945.

[4]单艺，卢洁，李坤成.扩散峰度成像在缺血性脑卒中的研究进展[J].中国医学影像技术，2013，29（12）：2046-2048.

[5]曾丁巳，肖新兰.扩散峰度成像（DKI）在中枢神经系统的应用[J].临床放射学杂志，2011，30（9）：1400-1402.

[6]Raab P,Hattingen E,Franz K,et al.Cerebral gliomas:diffusion-al kurtosis imaging analysis of microstructural differences[J].Radiology,2010,254(3):876-881.

[7]Van Cauter S,Veraart J,Sijbers J,et al.Gliomas:diffusion kurtosis MR imaging in grading[J].Radiology,2012,263(2):492-501.

[8]卫华，张辉，王效春，等.平均峰度在脑星形细胞瘤分级中的应用价值[J].中西医结合心脑血管病杂志，2014，12（5）：591-592；603.

[9]Nogueira L,Brandao S,Matos E,et al.Application of the diffusion kurtosis model for the study of breast lesions[J].Eur Radiol, 2014,24(6):1197-1203.

[10]Wu DM,Li GW,Zhang JX,et al.Characterization of breast tumors using diffusion kurtosis imaging(DKI)[J].PLoS One,2014, 9(11):e113240.

[11]Quentin M,Pentang G,Schimmoller L,et al.Feasibility of diffusional kurtosis tensor imaging in prostate MRI for the assessment of prostate cancer:preliminary results[J].Magn Reson Imaging,2014,32(7):880-885.

[12]Rosenkrantz AB,Prabhu V,Sigmund EE,et al.Utility of diffusional kurtosis imaging as a marker of adverse pathologic outcomes among prostate cancer active surveillance candidates undergoing radical prostatectomy[J].AJR,2013,201(4):840-846.

[13]Suo ST,Chen XX,Wu LM,et al.Non-Gaussian water diffusion kurtosis imaging of prostate cancer[J].Magn Reson Imaging, 2014,32(5):421-427.

[14]Tamura C,Shinmoto H,Soga S,et al.Diffusion kurtosis imaging study of prostate cancer:preliminary findings[J].J Magn Reson Imaging,2013,40(3):723-729.

Research progress of diffusion kurtorsis imaging in tumor

ZHANG Juan,ZHANG Xue-hua,LI Ting,YANG Dong-jun,ZHAI Zhao-hua
(Department of Radiology,Affiliated Hospital of North Sichuan Medical College,Nanchong Sichuan 637000,China)

DKI,a new magnetic resonance imaging technology,which can reflect the more complex diffusion of water molecules is developed in recent years.Multiple kurtosis indexes of DKI are lower in the benign tumor while higher in the malignant tumor.Moreover,these kurtosis indexes can be increased with tumor malignant degree increased.Although the number of DKI in cancer research is relatively small,we still can find the important value of DKI from a series of experiments done by domestic and foreign scholars.With the further maturity and development of DKI technology,we believe that it will make more contributions to clinical work.

Neoplasms;Magnetic resonance imaging

R73；R445.2

A

1008-1062（2016）03-0205-03

2015-04-24；

2015-05-30

张娟（1988-），女，四川南充人，在读硕士研究生。E-mail：511861463@qq.com

翟昭华，川北医学院附属医院放射科，637000。E-mail：zhaizhaohuada@163.com