DKI与DTI评估不同部位急性脑梗死的脑结构变化的作用

陈慧铀 冯 源 陈 谦 毛存南 王 鹏苏文 张颖冬 周俊山 殷信道 王丽萍

弥散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)主要用来探查组织非高斯分布的水分子扩散特性，不仅可以得到特征性水分子弥散峰度值，如平均峰度(mean kurtosis，MK)、径向峰度(radial kurtosis，RK)及峰度各向异性(kurtosis anisotropy，KA)，还可得到 DWI、DTI 弥散参数，较传统弥散技术更能把握组织微观结构变化[1-2]。本文利用此技术对急性期脑梗死进行参数值测量，同时与镜像正常值进行比较，探讨其特征性改变；计算基于MD图与MK图的CNR值，按梗死发生部位将病人进行分组，对各组内基于MD与MK图的CNR值进行比较，为临床提供较为有利的诊断依据。

方 法

1．研究对象

自2016年3月到2016年10月期间，于我院神经内科住院治疗的急性脑梗死患者，并成功完成常规MR及DKI检查。入选标准：发病3天以内、病灶位于前循环、单侧病灶；排除标准：出血、其他脑疾病、陈旧性脑出血或脑梗死直径大于10mm。依据纳入和排除标准，本研究共纳入66例患者，其中43例男性，23例女性，平均68±11岁。所有患者于入院24小时内行MRI检查。

2．检查方法

MR设备为飞利浦3T MR扫描仪（Ingenia 3T，Philips Healthcare，Best，the Netherlands）。 所有对象均使用标准16通道头颅线圈。常规扫描轴位T1WI、T2WI、FLAIR及DWI图像，再进行DKI序列扫描。采用3b值（0，1000，2000s/mm2）进行DKI扫描，扫描参数：TR/TE=6441/109ms，反转角=90°，层数＝48，层厚=3mm，层间距=0mm，FOV=256mm×256mm，采集矩阵=84mm×82mm，每个非零b值扩散敏感梯度场施加的方向数为15个。扫描时间为599秒。

3．图像后处理和分析

运用 DKE 后处理软件对原始数据进行高强度滤波，梯度向量设置为 15个方向，阈值设置为80，b 值分别设置为 0、1000、2000。将图像进行处理，计算生成 MD、RD、AD、FA、MK、KA、RK参数图。将参数图像导入Image J软件，由2名有经验的影像科医师共同阅片，阅片时在MK图像对脑梗死部位手动勾画感兴趣区（ROI）进行数据测量，然后将ROI复制到其他参数图像及镜像侧分别进行测量。

对比噪声比（contrast to noise ratio，CNR）计算公式[3]：

其中，S代表MD或者MK图的信号值，σ代表所测区域信号值的标准差。

4．统计分析

采用SPSS 19．0统计分析软件，符合正态分布的计量资料以均数±标准差（±s）表示，按梗死发生部位（皮质、白质、基底节区）将病人分为三组，采用配对t检验比较脑梗死病灶与镜像区各参数值，以P＜0．05为差别有统计学意义。采用配对t检验比较各组内基于MD与MK图的CNR值，以P＜0．05为差别有统计学意义。

结 果

共纳入患者66例，其中皮质脑梗死组12例（图1），白质区脑梗死组25例（图2），基底节区脑梗死组29例（图3）。

与镜像侧对比，三组患者的脑梗死区域MD、RD、AD及FA值减低，MK、KA、RK值升高，差异均有统计学意义（P＜0．01）（表1）。

图1 男，65岁，左侧肢体乏力伴头晕2天入院，右侧额叶皮质及皮质下脑梗死。A～D分别为MD、RD、AD及FA图，病灶侧MD、RD、AD及FA值较镜像侧减低。E～G分别为MK、RK及AK图，病灶侧MK、RK及AK值较镜像侧升高。

图2 女，71岁，左侧肢体无力2天入院，右侧脑室旁脑梗死。A～D分别为MD、RD、AD及FA图，病灶侧MD、RD、AD及FA值较镜像侧减低。E～G分别为MK、RK及AK图，病灶侧MK、RK及AK值较镜像侧升高。

图3 男，51岁，右侧肢体乏力5小时入院，左侧基底节区脑梗死。A～D分别为MD、RD、AD及FA图，病灶侧MD、RD、AD及FA值较镜像侧减低。E～G分别为MK、RK及AK图，病灶侧MK、RK及AK值较镜像侧升高。

表1 不同部位脑梗死区与对侧镜像区DKI与DTI各参数测量指标比较（ ）±sx

表1 不同部位脑梗死区与对侧镜像区DKI与DTI各参数测量指标比较（ ）±sx

测量部位皮质脑梗死(n=12)MD RD AD FA MK RK KA梗死区 0．36±0．08 0．30±0．63 0．42±0．07 0．13±0．05 1．10±0．32 1．11±0．25 1．29±0．27镜像区 0．62±0．10 0．50±0．11 0．84±0．13 0．25±0．93 0．59±0．15 0．57±0．16 0．55±0．79 t-8．75 -6．92 -14．31 -6．52 9．39 8．57 10．67 P＜0．01 ＜0．01 ＜0．01 ＜0．01 ＜0．01 ＜0．01 ＜0．01测量部位白质区脑梗死(n=25)MD RD AD FA MK RK KA梗死区 0．37±0．75 0．32±0．11 0．45±0．10 0．15±0．59 1．22±0．34 0．33±0．38 1．10±0．32镜像区 0．62±0．13 0．50±0．18 0．82±0．11 0．25±0．11 0．73±0．11 0．82±0．29 0．59±0．15 t-10．25 -4．60 -16．05 -7，46 7．33 7．58 8．53 P＜0．01 ＜0．01 ＜0．01 ＜0．01 ＜0．01 ＜0．01 ＜0．01

测量部位基底节区脑梗死(n=29)MD RD AD FA MK RK AK梗死区 0．38±0．07 0．32±0．06 0．49±0．08 0．17±0．07 1．16±0．24 1．35±0．34 1．11±0．25镜像区 0．59±0．88 0．47±0．11 0．87±0．12 0．29±0．10 0．79±0．10 0．98±0．24 0．57±0．16 t-13．10 -9．26 -15．38 -10．14 9．20 7．59 11．76 P＜0．01 ＜0．01 ＜0．01 ＜0．01 ＜0．01 ＜0．01 ＜0．01

表2 不同部位脑梗死区基于MD图与MK图的CNR值比较（ ）±sx

表2 不同部位脑梗死区基于MD图与MK图的CNR值比较（ ）±sx

CNR-MD CNR-MK t P皮质脑梗 4．75±2．05 7．21±2．54 -2．70 0．02白质区脑梗 6．62±2．92 5．57±3．28 1．40 0．18基底节区脑梗 6．88±4．55 3．79±1．93 3．62 ＜0．01

皮质脑梗死组，MK图的CNR值高于MD图的CNR值（P=0．02），白质脑梗死组， MK图的CNR值与MD图的CNR值差异无统计学意义（P=0．18），基底节区脑梗死组，共29例，MK图的CNR值低于MD图的CNR值（P＜0．01）（表2）。

讨 论

扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI)能为急性脑梗死的早期诊断提供可靠依据，现已广泛应用于临床，被认为是评价脑梗死的金标准[4-5]。

扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）假设组织内水分子呈非限制性的自由扩散形式运动，信号衰减符合单指数模型，已经被广泛应用脑梗死的评价[6]。MD是三个弥散主方向的平均值，反映了弥散运动的快慢，消除了各向异性弥散的应用，MD值越大，说明水分子的弥散能力越强，AD和RD分别代表主要弥散方向上的弥散值及主要弥散正交方向上弥散的平均值，AD或RD图像信号越高，代表该处弥散受限越明显[7]。本研究发现急性期脑梗死患者病灶侧的MD、AD、RD值较对侧正常组织不同程度降低，原因可能为梗死发生后，由于脑组织血供减少或中断，造成局部脑组织缺血，水分子弥散下降，故反映水分子弥散快慢的MD、AD、RD降低。

然而，水分子的运动受多种因素的影响，组织内水分子扩散信号的衰减往往呈现多样化[8]。磁共振扩散峰度成像（diffusional kurtosis imaging，DKI)是新提出来的磁共振非高斯分布扩散成像技术，DKI能同时推导出扩散系数和峰度系数。MK大小取决于感兴趣区内组织的结构复杂程度，AK和RK分别指的是在主要弥散方向上峰度平均值及主要弥散正交方向上峰度平均值，AK、RK越大表明在该方向非正态分布水分子弥散受限越显著，反之则表明弥散受限越弱[9]。本实验发现急性期脑梗死病灶侧的MK、AK、RK值均较对侧相应正常组织升高，这与既往研究结果一致[10-12]。

对比噪声比（contrast to noise ratio，CNR）是指病灶的信号强度与周围正常组织的信号强度两者的差与背景噪声的比值，CNR指数不仅包括图像信号噪声，还包括了组织的不均一性[13]。图像背景的均一有助于区分病灶与周围正常组织，精确定位病灶位置[14]。皮质被认为是扩散相对各向同性的组织，而 DKI 中的峰度参数不依赖于组织的空间结构，故适用于皮质的研究[15]，本研究纳入的皮质脑梗死组患者，脑梗死区基于MK图的CNR指数高于基于MD图的CNR指数，进一步证实了，在探测皮质结构改变中，DKI技术较DTI技术更能把握组织微观结构变化，DKI 则可弥补DTI技术对皮质结构描述的不足。正常白质组织排列紧密，各向异性较灰质高，白质对缺血也较灰质更为敏感，本研究纳入的脑梗死区的基于MK图的CNR指数与基于MD图的CNR指数差异并无统计学意义，这显示在探测白质结构改变中，DKI技术与DTI技术同样具有优势。在基底节区脑梗组的MK图与MD图的CNR比较中发现DTI更具优势，这可能与本研究中纳入的患者年龄偏大，部分病人基底节区钙化成分较多，DKI参数受影响较多相关，在今后的研究中，在扩大样本量的基础上可对基底节区结构进一步细分研究。

本研究的存在一定缺陷，未对急性脑梗死发病时间与各参数进行相关性分析，探讨疾病发生不同的时间与各参数变化的相关性，同时本研究仅将脑梗死发生部位分为皮质、白质及基底节区，未对这三个部位进行进一步分割，未来在扩大样本量的基础上，将对急性脑梗死发生部分进一步分类，进一步探讨不同脑区DKI相关参数的改变。

综上所述，DKI可提供较常规 DWI、DTI 更多的扩散信息，更能反映组织微观结构的改变。不仅可以提供扩散峰度信息，同时还可得到 DWI、DTI 弥散参数，在皮质脑梗死灶的微观结构变化中更具优势，对临床诊断与治疗有指导意义。