磁共振扩散峰度成像评价急性胰腺炎及其严重程度分级的价值

徐红霞， 黄小华， 刘梦苓， 匡静， 成涛， 刘翠兰

急性胰腺炎(acute pancreatitis,AP)是多种病因导致胰酶原过早转化为胰酶后引起胰腺本身及邻近脏器组织水肿、出血甚至坏死的一种非细菌性的炎性病变。报道显示轻症AP的死亡率小于2%，中重症的死亡率约为5%，而重症的死亡率为15%～20%[1]，可见严重程度越重，其病死率越高[2]；同时，不同严重程度AP的临床处理方案、出现相关并发症的几率及预后均不一样，因此AP的早期诊断及准确分级至关重要。目前临床诊断AP的主要手段是依赖于临床表现、影像学检查技术及生化指标。MRI是一种无创的影像检查技术，组织分辨率较高。扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging,DKI)是一种较新的功能MRI技术，该技术在DWI的基础上，以水分子扩散呈非高斯分布为前提，从微观层面反映组织结构变化，并对这种变化进行更精准的量化[3]。目前国内关于DKI应用于AP的研究报道相对少见，本文拟探讨DKI技术在AP的诊断及严重程度分级中的应用价值。

材料与方法

1.研究对象

本研究前瞻性收集2016年8月-2017年8月经临床确诊的AP患者并进行MRI扫描，共计67例入选，根据诊断标准、纳入标准及排除标准，筛选出AP患者57例(AP组)，其中男31例，女26例，年龄22～78岁，平均年龄(47±16)岁；同期选取正常志愿者24例作为对照组(normal patient，NP)，其中男15例，女9例，年龄24～69岁，平均年龄(49±17)岁。

所有受试者的临床及相关实验室检查均在入院后3～48小时内进行。本研究经本院伦理委员会同意批准执行，MRI扫描前受试者均签订MRI检查知情同意书。

2.诊断标准

AP的诊断标准参考AP亚特兰大分类标准修订版(2012)[4]：①出现与AP相符的腹痛；②血淀粉酶和(或)脂肪酶超过正常值上限3倍以上；③腹部MRI检查出现与AP相符合的影像学改变。满足上述3项中任2项即可诊断为AP。

3.纳入标准

纳入标准[5]：①所有患者均于入院后3～48h内进行MRI检查；②无MRI检查禁忌证。

4.排除标准

排除标准：①有金属等顺磁物质干扰成像者；②临床症状较重难以配合检查、图像质量差难以进行测量及临床资料不全者；③胰腺合并肿瘤性病变、胰腺发育畸形、有胰腺手术史者；④合并失代偿期肝硬化或低白蛋白血症(<30g/L)者；⑤同时患有腹腔、腹膜后间隙其他疾病者。

5.严重程度分级

AP的严重程度分级采用改良CT严重指数(modified computed tomography severity index，MCTSI)[6]，即胰腺的炎症改变加上坏死的评分之和。刘移忠等[7]将MCTSI的评分标准同样应用于磁共振严重指数(magnetic resonance severity index,MRSI)，结果显示在判断AP严重程度分级的诊断符合率方面，MRSI略高于MCTSI，因此本文采用MRSI的评分标准(表1)将AP组分为3个亚组：<3分为轻症组，4～6分为中重症组，≥7分为重症组。

表1 AP的MRSI评分标准

6.检查方法

采用GE Discovery MR 750 3.0T超导磁共振成像仪，32通道相控阵列线圈，检查前禁饮禁食6h，并训练患者均匀呼吸。检查体位取仰卧位，头先进。经三平面定位后，在自由呼吸状态下行上腹部T1WI、T2WI等常规序列及多b值DKI序列扫描。DKI采用梯度回波单次激发的回波平面成像(GRE-EPI)序列。成像参数：选取3个b值(0、1000、2000 s/mm2)，15个扩散敏感梯度方向；视野30.0 cm×24.0 cm，层厚6.0 mm，间隔1.0 mm；TR 8000 ms，Min-TE，矩阵128×128，激励次数2，带宽250 Hz/pixel。

7.数据处理

NP组和AP组的影像数据均传输至MR工作站(GE Advantage Windows 4.4 Workstation)，选取Function Tool 2软件包中的 DKI软件。采用阈值法去除周围脂肪、骨、气体等组织的影像，获得DKI各参数图，如平均峰度(mean kurtosis,MK)、轴向峰度(axial kurtosis,Ka)、径向峰度(radial kurtosis,Kr)，以及衍生参数图，如各向异性分数(fractional anisotropy,FA)、平均扩散(mean diffusion,MD)、轴向扩散(axial diffusion，Da)、径向扩散(radial diffusion，Dr)。由两位具有5年以上工作经验的放射科医师对两组不同严重程度分级的各参数图进行参数值的测量：分别在胰头、体、尾三区最佳显示层面的DKI参数图上放置ROI，每一部位均测3次，并取平均值，最终将两医师所测值相加取其平均值为最终平均值。在测量过程中，ROI尽量避开血管、胰管、囊变及坏死区，并尽量远离胰腺边缘以使测得的数据更真实，ROI大小为(34±3) mm2。

表2 各参数在轻症AP不同部位间的比较

表3 各参数在中重症AP不同部位间的比较

表4 各参数在重症AP不同部位间的比较

8.统计学分析

采用SPSS 13.0统计学软件进行数据统计。所有数据先行正态性分布检验，正态性分布者行独立样本t检验，非正态性分布者行符号秩和检验。由于所测参数呈偏态性分布，所以采用非参数检验(Kruskal-Wallis H检验)评价各参数在AP组与NP组间的统计学差异，并进一步比较各参数在轻症、中重症及重症这三个亚组间的差异，对有统计学意义的参数绘制ROC曲线，用ROC曲线下面积(area under the ROC curve，AUC)、敏感性及特异性等指标评价有意义参数评估AP严重程度分级的诊断效能。P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

根据MRSI的评分标准，本组57例AP中，轻症24例，中重症27例，重症6例。DKI各参数及衍生参数在同一严重程度AP状态下,胰腺不同部位(头、体、尾部)之间均无统计学差异(P均>0.05，表2～4)。

将胰头、体及尾部3个部位的所测数据取平均值，比较各参数均值在AP组与NP组间的差异，除FA(Z=1.798，P=0.072)、Kr(Z=0.186，P=0.852)外，其余参数在两组间的差异均具有统计学意义(P均<0.05，表5)。

表5 各参数在 AP组与NP组间的比较

图1 各参数的ROC曲线。a) DKI参数MK、Ka及Kr的ROC曲线；b)DKI衍生参数FA、MD、Da及Dr的ROC曲线。

参数轻症组(n=24)中重症组(n=27)重症组(n=6)P值MK0.574±0.0960.612±0.1080.613±0.1100.028Ka0.558±0.1180.662±0.1190.657±0.1350.000Kr0.489±0.1310.539±0.1420.540±0.2000.026FA0.297±0.0920.237±0.0970.212±0.0900.000MD1.970±0.3981.703±0.3671.662±0.4040.000Da2.610±0.5712.127±0.5002.024±0.4700.000Dr1.649±0.3511.520±0.3721.481±0.3910.014

注：P值为轻症、中重症、重症三组间的秩和检验值。

表7 各参数在不同严重程度AP中的两两比较

表8 各参数的诊断效能

各参数在轻症、中重症及重症AP间的差异均具有统计学意义(P均<0.05，表6)。中重症及重症AP的DKI参数Ka、Kr值明显大于轻症AP，而其衍生参数FA、MD、Da、Dr值明显小于轻症AP。轻症与中重症AP之间，各参数均存在统计学差异(P均<0.05)；轻症与重症AP之间，除MK(Z=1.826，P=0.068)外，其余参数均具有统计学差异(P均<0.05)；中重症与重症AP之间各参数均无统计学差异(P均>0.05，表7)。

各参数评估AP严重程度分级的ROC曲线见图1，诊断效能见表8。Ka的诊断效能最大，AUC为0.743，敏感度为78.310%，特异度为75.000%。AP组与NP组的DKI原始图像及各参数伪彩图见图2、3。

讨 论

DKI技术是以水分子扩散呈非高斯分布为理论基础的一种新的MRI技术，其结合二阶三维扩散张量、四阶三维峰度张量来实现对水分子运动的描述[8]，并以超值峰度(excess kurtosis,K)量化水分子扩散偏离正态分布的程度[9]，能从微观层面对组织微观结构变化做出较为准确的判断,实现对疾病的精准量化。水分子扩散受到的限制因素与组织微观结构的复杂程度正相关。实体组织内水分子在扩散过程中由于受到各种细胞器膜、腔室分隔及其它阻碍，扩散行为偏离正态分布,呈非高斯性，这种偏离程度越高，扩散的非高斯性越明显，DKI技术能对这种偏离程度进行准确描述。DKI技术能得到峰度参数MK、Ka、Kr以及衍生参数FA、MD、Da、Dr。DKI最初多应用于中枢神经系统[10-12]，其临床应用较为广泛。近年来随着MRI新技术的不断发展[13]，图像的信噪比和对比分辨力得以提高，DKI技术已逐渐应用于中枢神经系统以外的部位，其在腹部的应用日渐增多[14]。目前DKI技术在鉴别肿瘤良恶性方面已较成熟，关于DKI在腹部肿瘤性病变如直肠癌[15,16]、前列腺癌[17,18]、子宫内膜癌[19]及转移性病变[20]等的诊断及鉴别诊断方面已有较多文献报道。目前已有DKI应用于胰腺的研究报道。Noda等[21]研究DKI在胰腺纤维化中的变化，结果显示MK可能与胰腺纤维化程度呈正相关性；Kartalis等[22]对DKI及DWI在胰腺癌中的应用进行对比，发现DKI具有较高的诊断效能。目前关于DKI在AP中的研究报道较为少见。

图2 男，45岁，急性出血坏死性胰腺炎。a) DKI原始图像示胰腺体尾部肿胀增粗(黄箭)，胰尾周围及左肾前旁间隙片状信号增高影(红箭)； b) MK伪彩图； c) Ka伪彩图； d) Kr伪彩图； e) FA伪彩图； f) MD伪彩图； g) Da伪彩图； h) Dr伪彩图。

图3 男，40岁，正常志愿者。a) DKI原始图像； b) MK伪彩图； c) Ka伪彩图； d) Kr伪彩图； e) FA伪彩图； f) MD伪彩图； g) Da伪彩图； h) Dr伪彩图。

AP的发病机制包括胰酶的异常激活引起胰腺组织自噬，同时由于胰腺的供血动脉多为终末动脉，侧支循环不丰富，当炎症累及血管时引起局部缺血，则可导致胰腺缺血、腺泡细胞脱水、坏死出现胰腺炎[23]。冯红霞等[24]比较不同严重程度胰腺炎中胰腺受累部位的情况发现，轻症AP主要累及胰尾部或体尾部，重症AP主要累及胰体尾部或头体尾均受累，其原因是胰头或胰体的血液循环较尾部稍丰富，累及相对较少。然而，本研究中，DKI各参数在同一严重程度AP状态下、胰腺不同部位间的差异均无统计学意义，可能是由于胰腺炎主要是胰腺间质的炎症，而胰腺无包膜[25]，炎性渗液可累及胰腺周围的结缔组织并扩散至全胰腺，因此从微观层面看同一炎症程度时胰腺各部位均受到同样程度的损害。MK为多个扩散梯度方向上峰度值的平均值，其大小受组织的空间方位影响较小，而主要取决于ROI内组织结构的异形性及不均质性。本研究中，MK随严重程度的加重而增大，且能区分AP组与NP组、轻症与中重症AP，其原因为：AP的炎性介质渗出，腺泡细胞凋亡，导管上皮细胞增生，同时胰酶异常激活引起胰腺自噬，炎症细胞浸润，组织内细胞水肿而扩大，细胞外间隙缩小，炎性介质累及血管时引起血管壁破坏、出血，血液积存等，这些因素会增加组织微观结构的复杂程度，使水分子扩散受限，这也证实AP状态下水分子运动受限会引起DKI 参数值的增高，与Green等[26]、Chen等[27]的解释类似。Ka是本征向量方向的峰度平均值，其值越大，说明在该方向组织结构越复杂。DKI的衍生参数MD主要反映所有方向上水分子扩散程度的平均值，其值越小则组织中可以自由扩散的水分子越少；Da、Dr分别代表本征向量方向的扩散值及与本征向量方向垂直方向上的扩散平均值。本研究中MD、Da、Dr均能区分AP组与NP组，中重症与轻症AP，重症与轻症AP，且其数值随着AP严重程度的增加而减小，其原因可能是异常激活的胰酶引起细胞因子、炎症介质及氧自由基的诱生，直接刺激胰腺腺管使其管壁肿胀，腺管腔变形、阻塞，同时刺激小叶间隔增厚，纤维组织反应性增生等，胰腺组织内蛋白成分排出受阻，组织内粘滞性增加，限制水分子的扩散，导致水分子扩散距离缩短，MD、Da、Dr值减小[28]。FA主要反映在各个方向扩散差异的大小。有些组织具有明显的各向异性，如神经轴突、脑白质、肌肉[29]等，与纤维走形方向相平行的水分子的扩散不受限制，而垂直方向受限较多；而一些分泌性器官的各向异性主要与导管微结构有关[30]，胰腺导管及其分支、腺泡排列在胰腺小叶结构中，使其具有明显的各向异性。文献[31]报道的胰腺炎及胰腺癌的各向异性减低，FA值减小，以及本研究中FA值随着AP严重程度的增加而减低，均可用上述原因解释。本研究中，Kr值在NP组与AP组之间差异无统计学意义，但在不同严重程度AP间存在统计学差异，可能是因为炎症因素刺激胰腺小叶，引起正常微观结构顺序紊乱所致，其具体病理机制有待进一步研究。

本研究发现，扩散参数随AP严重程度的加重而减小，而峰度参数随严重程度的加重而增大；扩散参数FA、MD、Da、Dr及峰度参数Ka、Kr在症度与中重症AP、轻症与重症AP之间均存在统计学差异；MK只在轻症与中重症AP之间存在统计学差异；上述各参数中Ka的诊断效能较大。总之，DKI技术有助于AP的诊断，且对判定AP严重程度分级具有一定的临床价值。

本研究不足之处在于收集的重症AP样本量偏少，这也可能是引起中重症与重症AP组间差异不明显的原因，有待进一步研究。