张 娣，张培功,姜兴岳，翟 峰，翟长彬，于蒙蒙，石清磊

(1.滨州医学院附属医院放射科，山东 滨州 256603；2.滨州医学院，山东 烟台 264033；3.西门子医疗系统有限公司北京分公司，北京 100102)

脑梗死扩散峰度成像的时间进程分析及其与扩散张量成像的对比研究

张 娣1，张培功2*,姜兴岳1，翟 峰1，翟长彬1，于蒙蒙1，石清磊3

(1.滨州医学院附属医院放射科，山东 滨州 256603；2.滨州医学院，山东 烟台 264033；3.西门子医疗系统有限公司北京分公司，北京 100102)

目的 分析脑梗死患者扩散峰度成像(DKI)各参数随梗死时间的变化规律，并与扩散张量成像(DTI)进行对比。方法 对95例脑梗死患者行DWI、DKI扫描，并根据脑梗死的时间分为5组：超急性期10例、急性期12例、亚急性期早期33例、亚急性期晚期20例、慢性期20例，获得DKI的相关参数图，测量病变区及对照区各参数值并计算其百分比变化率，分析各参数值随时间的演变规律。结果 DKI各参数值[平均扩散峰度(MK)、径向峰度(K⊥)、轴向峰度(K//)]在梗死后升高，急性期达到高峰，之后随时间延长逐渐下降；DTI各参数值[平均扩散系数(MD)、垂直扩散张量(D⊥)、轴向扩散张量(D//)]在梗死后降低，急性期达到最低，随时间延长逐渐升高。MK、K⊥、K//的百分比变化率较MD、D⊥、D//更高，且平行方向变化均大于垂直方向。结论 DKI评价脑梗死优于DTI，可更全面地分析脑梗死微观结构的改变。

扩散峰度成像；扩散张量成像；磁共振成像；脑梗死

目前，MR扩散加权成像是评价脑梗死的重要成像技术，在MR扩散加权成像基础上发展而来的扩散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)是以假定水分子扩散服从高斯分布为基础，而实际水分子扩散运动为非高斯分布，存在较大误差。扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging, DKI)可反映组织内水分子扩散的非高斯分布特性，更接近组织内水分子真实扩散情况，其探索组织病理生理学特性更加准确[1]。DKI在临床上应用广泛，可用于胶质瘤分级[2]、脑外伤[3]、帕金森病[4]、癫痫[5]等，其在脑梗死中的应用也有初步进展。研究[6-7]报道脑梗死后超急性期、亚急性期平均扩散峰度(mean kurtosis， MK)值呈不均匀升高，且MK与轴突的方向性有很大关系，为缺血区生物学机制探讨提供帮助。本研究旨在评估脑梗死患者DKI各参数值随时间变化的规律。

1 资料与方法

1.1一般资料 收集2015年4月—2016年6月在我院接受诊治的脑梗死患者121例，因梗死发作时间不确定、接受过溶栓治疗、梗死后再出血、出现短暂性脑缺血发作、运动伪影明显等原因，排除26例，最终纳入95例患者。其中男65例，女30例，年龄32～85岁，中位年龄59岁。脑梗死部位为：右侧基底核区25例、左侧基底核区18例、右侧额顶叶15例，左侧颞叶20例，左侧枕叶12例，左侧顶叶4例，右侧岛叶1例。根据脑梗死的时间将患者分为5组：超急性期(≤6 h)10例、急性期(>6～24 h)12例、亚急性期早期(>24 h～7天)33例、亚急性期晚期(>7～14天)20例、慢性期(>14天)20例。患者均于梗死后3 h～30天接受MR检查。

1.2仪器与方法 采用Siemens Skyra 3.0T超导型MR扫描仪和标准8通道头颈联合线圈，扫描序列：T1WI、T2WI、T2WI FLAIR、DWI、DKI。DKI技术可得到DKI及DTI参数。DKI扫描参数：TR 5 000 ms，TE 98 ms，FOV 24 cm×24 cm，层厚4.0 mm，层间距0，矩阵128×300，NEX 1，b=0、1 250、2 500 s/mm2，每个非零b值扩散敏感梯度场施加的方向数为30个，扫描时间7.02 min。

1.3图像处理与分析 由2名副高级及以上职称医师对脑梗死区域及对侧正常区域进行参数值测量，采用Siemens科研序列后处理图像，结合MK、平均扩散系数(mean diffusion, MD)图，于梗死核心部位和对侧镜像区放置ROI，测量部位和大小经协商达成一致，ROI为18～241 mm2，避开脑沟、脑池及脑室区域，获得DKI参数：MK、轴向峰度(axial kurtosis， K//)、径向峰度(radial kurtosis， K⊥)；DTI参数：校正后的各向异性分数(fractional anisotropy， FA)、MD、轴向扩散张量(axial diffusion， D//)、垂直扩散张量(radial diffusion， D⊥)。每个部位各测量3次取平均值。分析比较不同时期脑梗死各参数值随时间的变化规律，并计算其在梗死区域的百分比变化率：百分比变化率=∣(X病变侧-X对侧)∣/X对侧×100%，X为各参数值的平均值。测量并计算MK、MD图病变区与对侧正常区域的信号比值。

1.4统计学分析 采用SPSS 19.0统计分析软件。采用配对t检验比较脑梗死不同时期病变侧与对侧正常区域ROI各参数值，P<0.05为差异有统计学意义。计算MK、MD病变区与对侧正常区域的信号比值，应用最小二乘法线性回归，获得趋势曲线，曲线经过1时的值即为MK、MD假正常化(接近对侧正常值)时间。

2 结果

2.1脑梗死不同时期DKI、DTI各参数值变化 病变区域与对侧正常区域脑梗死不同时期DKI、DTI各参数值变化见表1、图1。梗死区FA值于超急性期略增高，与对照侧比较差异无统计学意义(P>0.05)，在急性期、亚急性早期、亚急性晚期、慢性期逐渐降低，与对照侧比较差异有统计学意义(P均<0.05)。梗死区MD值在超急性期、急性期、亚急性早期、亚急性晚期较对照侧减低(P均<0.05)，在慢性期升高，但与对照侧比较差异无统计学意义(P>0.05)。D//和D⊥在超急性期、急性期、亚急性早期、亚急性晚期较对照侧降低 (P均<0.05)，慢性期较对侧升高(P<0.01)，慢性期D//差异有统计学意义(P<0.01)，D⊥与对照侧差异无统计学意义(P>0.05)。梗死区MK值在超急性期、急性期、亚急性早期、亚急性晚期较对照侧升高，慢性期较对侧降低，各期差异均有统计学意义(P均<0.05)。K//和K⊥在超急性期、急性期、亚急性早期、亚急性晚期梗死区较对照侧升高(P均<0.05)，慢性期梗死区较对照侧降低，K//差异有统计学意义(P<0.01)，K⊥差异无统计学意义(P>0.05)。各DKI、DTI参数值在超急性期、急性期、亚急性早期、亚急性晚期、慢性期中百分比变化率见表2。

2.2 MK、MD变化趋势 MK、MD变化趋势曲线见图2、3。MD假正常化的时间约为13.2天，MK假正常化的时间约为14.7天。

3 讨论

DKI描述组织内水分子的非高斯分布，接近水分子的真实分布情况，优于传统的扩散成像方法[8]。DKI技术除提供扩散峰度相关信息参数外，还可以提供校正后的DTI相关信息，定量分析水分子的弥散受限情况，反映组织结构的复杂程度。

本研究表明，FA值在超急性期略增高，以后随着时间延长，FA值逐渐降低，与梗死后组织微结构的破坏，各向异性减低有关。在超急性期、急性期，缺血组织的MK逐渐升高，MD值逐渐降低，在急性期达到峰值，表明缺血组织水分子的弥散更加受限制，表现为脑梗死区域MK、K//、K⊥图显示不均匀高信号，而MD、D//、D⊥图显示为均匀的低信号，MK、K//、K⊥图信号不均匀，与微观角度脑梗死区域不是完全均一的梗死有关，所以K值图更能反映脑组织的真实情况，从而准确地反映组织病理改变。在亚急性期，缺血组织的MK值逐渐降低，MD值逐渐升高，MD假正常化时间约为13.2天，MK假正常化的时间约为14.7天，与Baron等[9]报道一致，与张顺等[10]研究结果不同。原因是亚急性期出现血管源性水肿，导致细胞间隙扩大、组织间液增加，此时MD值开始出现假正常化，而MK值仍然比对侧正常区域高，提示MK值比MD值更少受到血管源性水肿导致的部分容积效应的影响，特异性更高。研究[9]报道，当抑制脑脊液信号时，MD值降低31.3%，MK值则仅升高7.6%，认为MD假正常化是血管源性水肿所致而非微环境的改变，不同于MD，MK值则较少受血管源性水肿的影响。Hui等[11]报道了大鼠脑梗死的MD假正常化时间为发作后第1～2天，而MK值升高持续到梗死后第2天，表明尽管存在血管源性水肿，缺血组织弥散受限主要是因为细胞膜的限制，后在第7天出现假正常化，提示MK对组织微环境的改变有更好的敏感度和特异度。

表1 病变侧与对照侧脑梗死不同时期DKI、DTI参数值±s)

表2 各DKI、DTI参数值在脑梗死不同时期百分比变化率±s)

图1 脑梗死的MK及MD图 A、B.脑梗死后第2天的MK及MD图； C、D.脑梗死后第10天的MK及MD图； E、F.脑梗死后第15天的MK及MD图。 脑梗死MK显示不均匀的高信号，在第2天最亮，逐渐降低，第15天低于对侧正常组织；MD显示均匀低信号，信号逐渐升高，第15天高于对侧正常组织。MK图有小范围信号缺失，是由于噪声和DKI原始图像间的错误配准造成

图2 MK时间-信号比趋势图 图3 MD时间-信号比趋势图

本研究中，脑梗死各期MK值的百分比变化率大于MD值的百分比变化率，提示MK值可以作为组织内水分子微环境复杂性和异质性指标，与研究[12]报道一致。缺血导致轴突内弥散的改变至少可以用两种机制解释[13-14]：①缺血或其他类型的脑损伤会导致轴突肿胀发生串珠样改变，从而导致微小范围的弥散明显降低甚至为零，因此降低了平行方向的弥散；②缺血引起内质网肿胀，而内质网是轴突内最主要的弥散屏障，导致轴突内弥散的降低，最终导致细胞内几何排布的改变，引起细胞支架的塌陷，细胞渗透性降低或者展开蛋白质在内质网腔内的积累，导致组织内与方向性有关水分子弥散降低。无论何种机制，本研究显示K//、D//值大于K⊥、D⊥，且K//、D//百分比变化率均大于K⊥、D⊥的百分比变化率，提示梗死后平行于轴突弥散的不均匀性超过垂直于轴突方向的弥散，与Jensen等[7]报道白质脑梗死有强烈的纤维束方向依赖性，并发现K//明显升高，K⊥升高程度小及Ashpole等[14]报道缺血对轴突内环境的影响大于轴突外、平行于轴突方向的变化大于垂直方向。

本研究的局限性：病变发生的位置多样且不相同，包括深穿支区、白质区、皮层区和分水岭区梗死，本研究对病变未依据病变准确位置及大小评估；未进行动态随访，只是不同患者的个体数据。

总之，DKI可提供较常规弥散成像更多的扩散信息，更能反映组织微观结构的病理改变及脑梗死急性损伤区域水分子扩散受限的高度不均质性，在鉴别脑梗死超急性期、急性期病变的扩散受限方面可能更敏感，有利于脑梗死的诊断和治疗。

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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

张娣(1987—)，女，山东济南人，在读硕士。研究方向：中枢神经系统影像诊断。E-mail: 290459088@qq.com

张培功，滨州医学院，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