来源：磁共振成像传媒
孙海珍, 张慧, 倪红艳, 等. 缺血性脑卒中早期DKI、DWI预测病灶最终转变的对比研究.磁共振成像, 2016, 7(10):732-737.
尹建忠，天津市第一中心医院，博士，主任医师，硕士研究生导师。天津“131创新型人才”。2007.9-2008.12美国宾夕法尼亚州立大学医学院，2015.7-2015.8美国麻省总医院Athinoula A. Martinos生物医学成像中心访问学者。
社会兼职：现为中华放射学会磁共振学组全国委员，国际磁共振学会（ISMRM）会员，中华神经内科医师分会神经放射专业委员会委员，天津市放射学会委员，天津市神经外科与立体定向学会委员，天津市抗癫痫协会理事。
科研成果：现发表学术论文18篇，参与学术专著7部，获得专利1项。参与国家自然科学基金3项，国家“十二五”课题1项，主持或参与省部级课题2项，主持局级课题2项。完成科研成果鉴定25项，获天津市科技进步二等奖1项。
研究方向：神经影像学与磁共振成像新技术。
扩散加权成像(diffusion weighted imaging， DWI)是诊断缺血性脑卒中最常用的MRI检查技术，脑组织扩散受限是梗死灶的重要特征，并认为DWI上所示的病灶为不可逆的梗死核心区。但近来无论是动物实验[1]还是临床研究[2-3]均表明由于自发性或干预性的恢复再灌注，DWI所示的病灶部分可以逆转，且临床上亟待需要区分出梗死灶中可恢复与不可恢复即已死亡的脑组织，而 DWI 技术并不能反映这一特点。扩散峰度成像(diffusion kurtosisimaging，DKI)可以分级DWI病灶内部不均质的组织微结构改变，较DWI可以提供更为丰富的信息，有望区分DWI病灶内部处在不同代谢状态的组织[4-7]。本研究旨在探索病灶最终转归与急性期DWI、DKI相关表现之间的联系，从而寻找预测急性期病灶最终转变的最佳方法，并分析其机制。
1 材料与方法
1.1 研究对象
选择2015年8月至2016年7月于天津市第一中心医院就诊的急性脑梗死患者18例(女5例，男13例)，发病至首次MRI检查的时间＜48 h，所有患者均在初次MRI检查30 d后再次进行MRI检查。本研究通过了医院伦理委员会批准，所有受试者均签署知情同意书。
所有患者均满足以下入选标准：(1)年龄18～80岁；(2)临床症状符合缺血性脑卒中，卒中症状持续时间至少30 min；(3)从发病到接受MRI检查时间在48 h内；(4)未进行溶栓治疗或介入治疗。排除标准：脑出血、脑外伤、颅内肿瘤、蛛网膜下腔出血等。
1.2 MRI检查
应用德国Siemens MAGNETOM Trio Tim 3.0 T (Siemens Medical Systems，Allegra，Germany)磁共振扫描仪，8通道相控阵标准头线圈。扫描序列包括：横断位T1WI，TR/TE 350 ms/2.5 ms，层厚5.0 mm，层间距1.25 mm，矩阵218×256，FOV 230 mm×230 mm；横断位T2WI，TR/TE 5000 ms/93 ms，层厚5.0 mm，层间距1.25 mm，矩阵320×320，FOV 220 mm×220mm；DWI，b=0/1000 s/mm2，TR/TE 3100 ms/77 ms，层厚5.0 mm，层间距 1.25 mm，矩阵183×384，FOV 221 mm×211 mm；DKI，b=0/1000/2000 s/mm2，20个方向，TR/TE 3000 ms/95 ms，层厚5 mm，层间距1.25 mm，FOV 230 mm×230mm，NEX=2，扫描时间为2 min 10 s。
30天后的扫描序列及参数同上，尽量保证扫描层面与基线保持一致。
1.3 图像后处理与分析
将工作站导出的DKI原始数据(DICOM 格式)采用MRICron软件中的“dcm2niigui”工具包转换为牛津大学的FSL (FMRIB Software Library，http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/)软件可处理的数据格式(.nii)，然后进行头动、涡流校正及高斯平滑降噪等预处理。采用DKE软件获得平均扩散峰度(mean kurtosis，MK)参数图。参考表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)图的改变采用Image-J软件手动勾画DWI所有层面异常区域的边缘，为避免误差，所有感兴趣区(region of interest，ROI)由2名影像诊断医师共同完成，当意见有分歧时，由第3名副主任医师进行评定。同一病例病变范围及形态尽量保持一致，并测量两次取平均值。急性期MK参数图、随访复查T2WI图所示异常区域的体积测量同样由以上方法完成。根据梗死体积=所有层面的异常区域面积之和×(层厚 层间距)计算各参数图异常区域的体积。
1.4 统计学方法
采用SPSS 19.0软件包进行统计分析，P＜0.05认为差异有统计学意义。对计量资料进行正态性检验，年龄、首次MRI检查时间符合正态分布，采用x±s表示。末次MRI检查时间、各图像上异常区域的体积值不符合正态分布，采用M±Q表示，采用Kruskal-WallisH检验比较3者之间的差异。随访T2WI的病灶体积与基线DWI、MK图的病灶体积之间的相关性采用Spearman秩相关分析。
2 结果
2.1 一般信息
本研究共纳入18例急性期脑梗死患者，其中女5例，男13例，平均年龄(59±7)岁，自患者出现临床症状至行首次MRI检查的平均发病时间为(16.5±10.1)h，末次MRI检查时间为(33.5±29.0) d。所有患者首次检查时均不存在缺血半暗带，且均未接受溶栓及介入治疗。
2.2 影像表现
18例急性期脑梗死患者中，发病部位位于额顶叶2例、额顶颞叶4例、额顶颞岛叶2例、颞顶叶2例、基底节区3例、脑干3例及小脑半球2例。其中急性期参照ADC改变所示的DWI异常范围与DKI的MK参数图所示的异常范围大致相当的有8例，最终随访T2WI所示的病灶范围亦与二者相当；而DWI异常范围明显大于MK异常范围的有10例，其中1例患者首次MRI检查显示左侧小脑半球片状DWI高信号，ADC图呈低信号，但MK图未见明显信号升高区域，复查T2WI图未见异常病灶(图1～12)，余9例随访的T2WI范围更接近于急性期DKI的范围。
2.3 急性期DWI、MK图与复查T2WI图病灶体积的比较
测量并计算所有患者的DWI、MK图与复查T2WI图的病灶体积，结果显示急性期DWI、MK图及复查T2WI图显示的病灶体积分别为(1642.5±3296.9) mm3、(905.8±1605.4) mm3、(766.3±1406.4)mm3，经Kruskal-Wallis H检验，三者间无统计学差异(H=5.819，P＞0.05；图13)。
2.4 急性期DWI、MK图病灶体积与复查T2WI病灶体积的相关性分析
急性期DWI、MK图与随访T2WI图所示的病灶体积之间的相关性采用Spearman秩相关分析，结果显示随访T2WI所示异常区域的体积与急性期DWI、MK图所示的体积均呈正相关，但急性期DKI的MK参数图所示的病灶体积较DWI所示的病灶的体积与复查T2WI的病灶体积具有更好的相关性(r=0.977，P＜0.001；r=0.548，P＜0.05)，提示早期DKI的改变能更准确地预测病灶的最终转变。散点图见图14、15。
3 讨论
3.1 DKI诊断缺血性脑卒中的临床价值
溶栓治疗是目前针对缺血性脑卒中最为有效的治疗手段，但是溶栓治疗时间窗很窄，并且不同患者脑组织对缺血的耐受性是不一致的，仅根据发病时间和临床症状确定治疗时间窗，会忽略个体差异，缺乏科学性[8-9]。目前依据缺血半暗带(ischemic penumbra，IP)的存在指导溶栓治疗，是以“脑组织所处的生理状态为基础”，可以有效延长治疗时间窗[10]。最为常用的评估IP的方法是DWI-PWI不匹配，其准确性取决于DWI评价梗死核心区的能力[11]。既往动物及临床研究均表明DWI所示的病灶经过自发性或干预性再灌注，可以得到部分逆转，即DWI会高估梗死核心区，会使部分患者被排除在溶栓的条件之外。为了更好地评估梗死核心区，需要对DWI内部的组织微结构改变进行研究，以区分其内部可逆转及不可逆转的组织。
DKI是DTI技术的延伸，是新近出现的扩散成像技术[12]。DTI技术基于理想的高斯分布假设，也就是说在设定的b值下MRI扩散信号衰减呈单指数形式，可评估组织结构的完整性[4,13]。在生物体内，由于细胞膜、细胞器、组织分隔及其他结构的存在，水分子的扩散形式并非真正的高斯分布，其峰度(kurtosis)参数可以量化真实水分子扩散位移偏移高斯分布的程度，反映水分子扩散受限的程度及不均质性，进而反映组织微结构的复杂性及不均质性。在疾病状态下，如缺血性脑卒中早期，扩散峰度表现为信号增高，改变的机制可能包括：细胞毒性水肿、细胞几何形态的改变、细胞膜通透性的改变以及细胞坏死导致的细胞大小的改变等[14-16]。DKI可以同时得到其自身及DTI的相关参数，包括MK、轴向峰度(axialkurtosis，AK)、径向峰度(radialkurtosis，RK)、平均扩散率(meandiffusion，MD)、轴向扩散率(axialdiffusion，AD)、径向扩散率(radialdiffusion，RD)、各向异性分数(fractionalanisotropy，FA)。其中MK是应用最为广泛的参数，是各方向峰度值的平均，可反映组织微观结构的复杂程度。
3.2 MK图预测病灶最终转变的分析
本研究的病例虽未接受溶栓及介入治疗，但由于血管再通或侧枝循环的代偿作用，DWI所示的病灶部分显示可逆转改变，提示DWI所示病灶内部的代谢状态是不一致的。Hui等[6]发现梗死脑组织内部的峰度参数是不均匀分布的，而常规扩散参数并不能显示梗死灶这一特点，结合DKI的信息可以分级DWI上不同代谢状态的组织。首诊DWI、MK图与随诊T2WI图异常区域的体积相比，差异无统计学意义(P＞0.05)。分析原因可能是本研究的样本例数少且梗死部位不完全一致引起统计学效率降低所致，有待于笔者在后续研究中不断增加样本量，并进一步分层分析以排除混杂因素。
最终T2WI形成的坏死灶体积与参照ADC图DWI所示的急性期病灶体积呈中度相关，而与MK图所示的急性期病灶体积呈高度相关，后者较前者具有更好的相关性，说明DKI显示的病灶范围更接近于梗死核心区，更能于早期预测病灶的最终转变。可能的原因为：DWI的ADC值改变继发于细胞缺血缺氧导致细胞通透性的改变，钠钾泵失衡，引起细胞毒性水肿；而DKI的MK值改变对细胞骨架崩解及线粒体肿胀导致的细胞曲度及粘度的改变很敏感，可能代表了更严重的组织微结构改变[15-17]。这与之前Cheung等[7]用大脑中动脉闭塞的大鼠模型比较峰度模型和传统扩散模型，初步发现MK在梗死病灶内不均匀升高，急性期MK值升高的区域与最终梗死的面积相近。Zhang等[18]采用大脑中动脉闭塞的大鼠模型探究DKI的演变过程，也发现MK参数图所示的病灶范围与病灶最终的范围更为接近。张顺等[19]还发现急性期脑梗死MK值的变化较ADC值更敏感，AK改变较RK更为显著，反映了缺血梗死区内部水分子扩散是不均质性，轴索损害较髓鞘损伤更为严重，预示MK或AK可望成为预测梗死最终范围及准确界定缺血半暗带的有效指标。
总之，通过本研究显示，DKI较DWI在缺血性脑卒中早期所示的病灶范围同随访T2WI所示的病灶范围具有更好的相关性，能够更真实地预测病灶的最终转变，可以为梗死核心区的准确判断提供补充信息，以更好地指导临床治疗。
参考文献[References]
[1] Li F, Liu KF, Silva MD, etal. Transient and permanent resolution of ischemic lesions ondiffusion-weighted imaging after brief periods of focal ischemia in rats:correlation with histopathology. Stroke, 2000,31(4): 946-954.
[2] Fiehler J, Foth M,Kucinski T, et al. Severe ADC decreases do not predict irreversible tissuedamage in humans. Stroke, 2002, 33(1): 79-86.
[3] Labeyrie MA, Turc G, HessA, et al. Diffusion lesion reversal after thrombolysis: a MR correlate of earlyneurological improvement. Stroke, 2012, 43(11): 2986-2991.
[4] Wu EX, Cheung MM. MRdiffusion kurtosis imaging for neural tissue characterization. NMR Biomed,2010, 23(7): 836-848.
[5] Sun PZ, Wang Y, MandevilleE, et al. Validation of fast diffusion kurtosis MRI for imaging acute ischemiain a rodent model of stroke. NMR Biomed, 2014, 27(11): 1413-1418.
[6] Hui ES, Du F, Huang S, etal. Spatiotemporal dynamics of diffusional kurtosis, mean diffusivity andperfusion changes in experimental stroke. Brain Res, 2012, 1451(1): 100-109.
[7] Cheung JS, Wang E, Lo EH,et al. Stratification of heterogeneous diffusion MRI ischemic lesion withkurtosis imaging: evaluation of mean diffusion and kurtosis MRI mismatch in ananimal model of transient focal ischemia. Stroke, 2012, 43(8): 2252-2254.
[8] Shobha N, Buchan AM, HillMD. Thrombolysis at 3-4.5 hours after acute ischemic stroke onset--evidencefrom the canadian alteplase for stroke effectiveness study (CASES) registry.Cerebrovasc Dis, 2011, 31(3): 223-228.
[9] Copen WA, Rezai GL, BarakER, et al. Existence of the diffusionperfusion mismatch within 24 hours afteronset of acute stroke: dependence on proximal arterial occlusion. Radiology,2009, 250(3):878-886.
[10] Gonzalez RG.Imaging-guided acute ischemic stroke therapy: From 'time is brain' to'physiology is brain'. AJNR Am J Neuroradiol, 2006, 27(4): 728-735.
[11] Campbell BC, PurushothamA, Christensen S, et al. The infarct core is well represented by the acutediffusion lesion: sustained reversal is infrequent. J Cereb Blood Flow Metab,2012, 32(1): 50-56.
[12] Dang YX, Wang XM. Presentresearch situation of diffusion kurtosis imaging and intravoxel incoherentmotion of the brain. Chin J Magn Reson Imaging, 2015, 6(2): 145-150.
党玉雪, 王晓明. 磁共振新技术DKI和IVIM在中枢神经系统的研究现状. 磁共振成像, 2015, 6(2): 145-150.
[13] Yue Q, Xu XJ, Wang ZM, etal. Assessment of diffusion tensor imaging and arterial spin labeling in acuteischemic cerebral apoplexy brain damage. Chin J Magn Reson Imaging, 2015, 6(7):486-490.
岳倩, 徐香玖, 王治民, 等. 扩散张量成像和动脉自旋标记对急性缺血性脑卒中脑损伤的评价. 磁共振成像, 2015, 6(7): 486-490.
[14] Olivot JM, Marks MP.Magnetic resonance imaging in the evaluation of acute stroke. Top Magn ResonImaging, 2008, 19(5): 225-230.
[15] Jensen JH, Falangola MF,Hu C, et al. Preliminary observations of increased diffusional kurtosis inhuman brain following recent cerebral infarction. NMR Biomed, 2011, 24(5):452-457.
[16] Jensen JH, Helpern JA,Ramani A, et al. Diffusional kurtosis imaging: the quantification ofnon-gaussian water diffusion by means of magnetic resonance imaging. Magn ResonMed, 2005,53(6): 1432-1440.
[17] van Pul C, Jennekens W,Nicolay K, et al. Ischemia-induced ADC changes are larger thanosmotically-induced ADC changes in a neonatal rat hippocampus model. Magn ResonMed, 2005, 53(2):348-355.
[18] Zhang S, Yao Y, Shi J, etal. The temporal evolution of diffusional kurtosis imaging in an experimentalmiddle cerebral artery occlusion (MCAO) model. Magn Reson Imaging, 2016, 34(7):889-895.
[19] Zhang S, Yao YH, ZhangSX, et al. A study for the time course of cerebral infarction with diffusionkurtosis imaging. Zhonghua Fang She Xue Za Zhi, 2014, 48(6): 443-447.
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. 中华放射学杂志, 2014, 48(6): 443-447.
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