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《磁共振成像雜志》2016年第8期

摘要：

擴(kuò)散峰度成像是一種新興的基于非高斯分布模型的磁共振技術(shù)，創(chuàng)新拓展于擴(kuò)散加權(quán)成像技術(shù)與擴(kuò)散張量成像基礎(chǔ)之上，可定量描述細(xì)胞內(nèi)外水分子非高斯擴(kuò)散特點(diǎn)，能夠較DWI、DTI技術(shù)提供更豐富、真實(shí)、準(zhǔn)確的組織微觀結(jié)構(gòu)信息。近年來，DKI逐漸應(yīng)用于各系統(tǒng)疾病研究，尤其在腦、前列腺等腫瘤中取得了初步成果，展現(xiàn)出良好的臨床價(jià)值。本文就DKI成像原理、在腫瘤中的應(yīng)用進(jìn)展予以綜述。

關(guān)鍵詞：

擴(kuò)散峰度成像；擴(kuò)散加權(quán)成像；擴(kuò)散張量成像；腫瘤

在人體組織中，水分子擴(kuò)散情況因組織結(jié)構(gòu)的不同而產(chǎn)生差異。若水分子在各個(gè)方向上擴(kuò)散程度相同，則表現(xiàn)為高斯分布，稱為各向同性擴(kuò)散；若水分子在各個(gè)方向上擴(kuò)散程度不同，則表現(xiàn)為非高斯分布，也稱各向異性擴(kuò)散。擴(kuò)散加權(quán)成像與擴(kuò)散張量成像技術(shù)的理論基礎(chǔ)是假定水分子擴(kuò)散符合高斯分布模型[1]，然而在人體大多數(shù)復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)中，由于細(xì)胞中、細(xì)胞周圍復(fù)雜微環(huán)境等因素不同程度改變水分子的擴(kuò)散，導(dǎo)致其分布表現(xiàn)為非高斯特征[2-5]。擴(kuò)散峰度成像(diffusionalkurtosisimaging,DKI)以非高斯分布模型為基礎(chǔ)[2]，相比DWI及DTI，能更加真實(shí)、準(zhǔn)確地把握人體組織微觀結(jié)構(gòu)信息，為臨床提供更豐富的診斷信息[6-10]。

1DKI基本原理

DKI技術(shù)由Jensen等[2]于2005年首次發(fā)表，其主要公式為：Ln[S(b)]=ln[S(0)]-bDapp+1/6b2D2appKapp+0(b3)(1)Sb/S0=exp(-bD+1/6b2D2K)(2)公式(1)中S(b)為不同回波時(shí)間的信號(hào)強(qiáng)度；0(b3)為b的三階無窮小項(xiàng)；Kapp與Dapp分別表示某個(gè)擴(kuò)散敏感梯度方向的峰度系數(shù)與擴(kuò)散系數(shù)，前者描述水分子在生物組織內(nèi)受限擴(kuò)散的程度，后者描述擴(kuò)散加權(quán)成像中不同水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的速度[2]。公式(2)中K代表無單位參數(shù)，可定量分析水分子擴(kuò)散偏離理想高斯分布的程度，描述水分子擴(kuò)散受阻程度與擴(kuò)散的不均質(zhì)性。當(dāng)K=0時(shí)，表示水分子擴(kuò)散為高斯分布；K值越大，則偏離高斯分布越顯著，微細(xì)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。D代表經(jīng)非高斯分布校正過的表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparentdiffusioncoefficient,ADC)值。與DWI相比，DKI對(duì)水分子擴(kuò)散受限更加敏感[11]。DKI可定量分析真實(shí)水分子擴(kuò)散受限程度與非均勻性，進(jìn)而評(píng)估生物組織細(xì)微結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度[2]。與DWI序列相比，DKI序列以DWI序列為基礎(chǔ)，采用高b值(通常b＞1000s/mm²)，且至少需要15個(gè)彌散方向以及3個(gè)b值[1]。

2DKI主要參數(shù)

DKI技術(shù)可獲得的主要參數(shù)包括平均峰度(meankurtosis,MK)、峰度各向異性(kurtosisanisotropy,KA)、軸向峰度(axialkurtosis,AK)、徑向峰度(radialkurtosis,RK)，不僅如此，它還可獲取擴(kuò)散張量成像常用參數(shù)，如平均擴(kuò)散率(meandiffusion,MD)、軸向擴(kuò)散率(axialdiffusion,AD)和徑向擴(kuò)散率(radialdiffusion,RD)、各向異性分?jǐn)?shù)(fractionalanisotropy,FA)，為臨床提供更多信息。

2.1平均峰度(MK)

MK是DKI技術(shù)最關(guān)鍵的參數(shù)，代表空間各梯度方向的擴(kuò)散峰度平均值[12]，是衡量組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的指標(biāo)[13]。MK值與組織復(fù)雜程度呈正比，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜(如癌細(xì)胞分化程度越低、細(xì)胞密度越大)，水分子運(yùn)動(dòng)阻礙則越顯著，MK值越大[14]。

2.2峰度各項(xiàng)異性(KA)

KA在一定程度類似于FA，根據(jù)峰度標(biāo)準(zhǔn)差演變而來。KA值代表水分子趨向于各向異性性擴(kuò)散的程度，即數(shù)值越大，趨向程度越明顯。

2.3徑向峰度(RK)及軸向峰度(AK)

AK和RK指與擴(kuò)散張量平行及垂直方向上擴(kuò)散峰度的平均值，其大小量化了此方向水分子彌散受阻程度[15-16]。

3DKI在腫瘤中的應(yīng)用

2015年中國預(yù)計(jì)有429.2萬新發(fā)腫瘤患者和281.4萬死亡病例，腫瘤發(fā)病率總體表現(xiàn)為增長趨勢(shì)[17]。準(zhǔn)確診斷是治療的前提，DKI對(duì)組織細(xì)微結(jié)構(gòu)變化更易觀察，可提供豐富的量化參數(shù)[18]，為臨床醫(yī)師對(duì)患者的診治提供更多有價(jià)值的信息。近年來，DKI研究的開展逐漸深入于人體各部位腫瘤診治的預(yù)測(cè)和效果評(píng)價(jià)，并獲得相應(yīng)成果。

3.1中樞神經(jīng)系統(tǒng)

腦膠質(zhì)瘤是顱內(nèi)最常見的腫瘤，約占神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的36%，接近顱內(nèi)腫瘤的一半之多[19]。腦膠質(zhì)瘤的術(shù)前正確診斷及精確分級(jí)對(duì)治療方案的制定與預(yù)后評(píng)價(jià)非常關(guān)鍵。膠質(zhì)瘤級(jí)別的確定是根據(jù)腫瘤內(nèi)侵襲性最高的區(qū)域，但腫瘤高度不均質(zhì)，因此影像學(xué)對(duì)膠質(zhì)瘤的初步分級(jí)具有重要意義，傳統(tǒng)評(píng)價(jià)有腫瘤灌注增強(qiáng)特征、FA值，但FA值受組織特征影響較明顯，敏感性及特異性不高，所以DTI在此領(lǐng)域的價(jià)值一直具有爭議。DKI技術(shù)可對(duì)組織細(xì)微結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，并能提供相應(yīng)的指標(biāo)，在膠質(zhì)瘤的診斷及分級(jí)上，DKI能對(duì)量化組織細(xì)微結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度進(jìn)行分析，并提供更多參數(shù)，是對(duì)傳統(tǒng)擴(kuò)散成像技術(shù)的良好補(bǔ)充。Raab等[20]首先將DKI運(yùn)用在星形細(xì)胞瘤，對(duì)34例患者感興趣區(qū)MK、ADC及FA值進(jìn)行分析，結(jié)果表明MK值與腫瘤惡性程度呈正相關(guān)，ADC值與腫瘤惡性程度呈負(fù)相關(guān)性，而FA值與腫瘤惡性程度無相關(guān)性。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)星形細(xì)胞瘤兩兩對(duì)比MK值差異明顯。最終得出MK對(duì)膠質(zhì)瘤的高、低級(jí)鑒別能力最佳[曲線下面積(areaunderthecurve,AUC)=0.972]的結(jié)論。該結(jié)果顯示出DKI在膠質(zhì)瘤分級(jí)中具有優(yōu)勢(shì)。Van等[21]對(duì)36例膠質(zhì)瘤感興趣區(qū)MK、ADC及FA值進(jìn)行分析得出了相似的結(jié)論。Bai等[22]對(duì)69例膠質(zhì)瘤研究后認(rèn)為，MK值相比于傳統(tǒng)彌散參數(shù)，能提供更多的信息，更準(zhǔn)確地對(duì)膠質(zhì)瘤進(jìn)行分級(jí)。Jiang等[23]對(duì)膠質(zhì)瘤與DKI參數(shù)之間的相關(guān)性進(jìn)行了更為全面的研究，結(jié)果表明，DKI在對(duì)膠質(zhì)瘤分級(jí)的鑒別診斷、預(yù)測(cè)腫瘤增值程度均較傳統(tǒng)彌散成像有明顯優(yōu)勢(shì)。Tan等[24]采用DKI技術(shù)對(duì)31例高級(jí)別膠質(zhì)瘤與20例單發(fā)腦轉(zhuǎn)移瘤進(jìn)行定量分析，發(fā)現(xiàn)瘤周水腫區(qū)MK、KA、RK值高級(jí)別膠質(zhì)瘤明顯高于腦轉(zhuǎn)移瘤，MD值腦轉(zhuǎn)移瘤明顯高于高級(jí)別膠質(zhì)瘤，瘤周水腫區(qū)FA值兩者差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。接受者操作特性曲線(receiveroperatingcharacteristiccurve,ROC曲線)分析顯示，KA、MK、RK值A(chǔ)UC(1.000、0.889、0.880)顯著高于MD、FA值(0.793、0.472)。表明在鑒別高級(jí)別膠質(zhì)瘤與單發(fā)腦轉(zhuǎn)移瘤方面，峰度參數(shù)比傳統(tǒng)彌散參數(shù)更具有優(yōu)勢(shì)。DKI在對(duì)膠質(zhì)瘤分級(jí)的鑒別診斷、預(yù)測(cè)腫瘤增值程度以及鑒別膠質(zhì)瘤與轉(zhuǎn)移瘤均比DWI有明顯優(yōu)勢(shì)，有較好的診斷效能。目前DKI技術(shù)應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的研究表明，相比于DWI，DKI擁有巨大優(yōu)勢(shì)，具有很大應(yīng)用前景，隨著DKI技術(shù)的不斷發(fā)展及在臨床應(yīng)用的推廣，其將成為腦腫瘤評(píng)估不可或缺的工具。

3.2頭頸部

鼻咽鼻咽癌是頭頸部最常見的惡性腫瘤之一，在新確診為鼻咽癌的病例中，約有60%～70%為Ⅲ-Ⅳb期，單純放射治療療效并不理想[25-26]。近期研究表明，新輔助化療在晚期鼻咽癌患者中耐受性良好，能增加總體生存率，減少遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[27-29]。早期預(yù)測(cè)新輔助化療患者的治療反應(yīng)有助于臨床醫(yī)師擬定針對(duì)性治療方案以及避免全身毒性反應(yīng)。Chen等[30]對(duì)59例Ⅲ-Ⅳb鼻咽癌分別于新輔助化療前、化療第4、21、42天行DKI及DWI掃描，測(cè)量并分析新輔助化療有效組及無效組D值(校正擴(kuò)散系數(shù))、K值(超額峰度系數(shù))及ADC值。結(jié)果顯示，新輔助化療有效組化療前D值顯著低于無效組，所有參數(shù)內(nèi)，化療第4天ADC值與ΔD(day4)[ΔD(dayX)=D(dayX)-D(pre)]值區(qū)別有效組與無效組價(jià)值最大，當(dāng)ADC(day4)＞1.063×10-3mm2/s、ΔD(day4)＞0.036×10-3mm2/s曲線下面積分別為0.761、0.895，ΔD(day4)值預(yù)測(cè)新輔助化療療效較化療第4天ADC值更加敏感。DKI與傳統(tǒng)DWI均可預(yù)測(cè)新輔助化療療效，DKI在預(yù)測(cè)局限性晚期鼻咽癌新輔助早期化療療效優(yōu)于DWI。

3.3乳腺

乳腺病變行磁共振檢查時(shí)，加掃DWI序列可避免假陽性結(jié)果，還可以行磁共振引導(dǎo)下的穿刺活檢[31]。相比于DWI，DKI以非高斯模型為基礎(chǔ)，DKI可更加真實(shí)準(zhǔn)確的反映人體微環(huán)境變化。Nogueira等[32]對(duì)36例女性乳腺病人進(jìn)行DKI與DWI掃描，依據(jù)病灶良惡性、病理類型進(jìn)行分組，測(cè)量各組平均ADC、MD和MK值，分析各組間差異與相關(guān)性。結(jié)果表明惡性病灶MK數(shù)值較良性大，良性病變ADC與MD數(shù)值較惡性小。纖維腺瘤的MK、ADC、MD值與浸潤性導(dǎo)管癌進(jìn)行對(duì)比，均顯示出顯著區(qū)別(P＜0.05)。纖維腺瘤和纖維囊性改變僅MK值具有差異(P=0.016)。該研究認(rèn)為擴(kuò)散在乳腺疾病中符合非高斯分布。初步研究認(rèn)為MK值在浸潤性導(dǎo)管癌、纖維腺瘤和纖維囊性的區(qū)分上具有優(yōu)秀的鑒別能力，對(duì)更進(jìn)一步了解乳腺細(xì)小組成部分的變化有幫助，但還需更大樣本量的研究進(jìn)一步證實(shí)。Wu等[33]對(duì)103例病人行DKI掃描，分別測(cè)量良性病灶及惡性病灶的MK及MD值，結(jié)果表明MK值在惡性病灶顯著高于良性病灶，MD值在良性病灶顯著高于惡性病灶，當(dāng)閾值取MD/MK1.58(10-3mm2/s)/0.69，MD/MK敏感性與特異性為79.3%/84.2%與92.9%/92.9%。MD/MKAUC為0.86/0.92。表明DKI技術(shù)能提供有價(jià)值的腫瘤微環(huán)境的擴(kuò)散信息，增加乳腺腫瘤的診斷信心。Sun等[34]回顧性分析97例乳腺癌病人DKI參數(shù)(峰度系數(shù)與擴(kuò)散系數(shù))與DWI參數(shù)(ADC)。結(jié)果顯示峰度系數(shù)在惡性病灶顯著高于良性病灶，擴(kuò)散系數(shù)與表觀彌散系數(shù)在惡性病灶明顯低于良性病灶；相比于表觀彌散系數(shù)，峰度系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)具有與前者相同的敏感性(95%)，但卻有更高的特異性(83%、83%vs76%)。在浸潤性乳腺癌患者中，峰度系數(shù)、腫瘤病理分級(jí)同KI-67蛋白表達(dá)存在顯著正相關(guān)性；擴(kuò)散系數(shù)與腫瘤病理分級(jí)、KI-67蛋白表達(dá)無明顯相關(guān)性。他們認(rèn)為，與DWI相比，DKI鑒別乳腺病變良惡性具有更高特異性，III級(jí)乳腺癌伴隨KI-67高表達(dá)表現(xiàn)為高峰度系數(shù)和低擴(kuò)散系數(shù)；然而，這些結(jié)論仍需更多探索來加以證實(shí)。

3.4腹部

3.4.1肝臟

在肝內(nèi)原發(fā)性惡性腫瘤中，肝細(xì)胞癌最為常見[35]。影像學(xué)方法在肝細(xì)胞癌療效評(píng)估(腫瘤的壞死、殘留、進(jìn)展及復(fù)發(fā)情況)及進(jìn)一步治療方案的制定起著重要作用。Goshima等[36]對(duì)62例(112個(gè)病灶)富血供肝細(xì)胞癌患者行DKI及DWI掃描，測(cè)量并分析所有病灶中有活性組及無活性組的MK及ADC值。結(jié)果顯示MK值在有活性組明顯高于無活性組，ADC值在有活性組顯著低于無活性組。評(píng)價(jià)干細(xì)胞癌活性的敏感性、特異性及AUC值，MK(85.7%,98.0%,0.95)均優(yōu)于ADC(79.6%,68.3%,0.77)。因此DKI可成為新型肝細(xì)胞癌療效評(píng)估方法。

3.4.2膽管肝

外膽管癌術(shù)前準(zhǔn)確分級(jí)對(duì)治療方案的適當(dāng)擬定、患者預(yù)后的合理評(píng)估影響重大。徐蒙萊等[37]對(duì)35例(高分化組11例，中分化組11例，低分化組13例)肝外膽管癌患者行DKI掃描，對(duì)比不同分化程度肝外膽管癌的D、K值發(fā)現(xiàn)，各組間D、K值均具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，且K值與癌組織分化程度相關(guān)性高，展現(xiàn)出DKI在肝外膽管癌分級(jí)的良好應(yīng)用價(jià)值。

3.5盆腔

3.5.1前列腺

前列腺癌發(fā)病率居男性惡性腫瘤第二位[38]，常用篩查方法為血清前列腺特異性抗原(prostatespecificantigen,PSA)檢查以及直腸指檢，但早期難以檢出，尤其無法有效區(qū)分前列腺癌與良性前列腺增生[39]。相比于DWI，DKI能提供更多參數(shù)，反映更豐富組織信息。Rosenkrantz等[40]回顧性分析47例前列腺癌DK圖(非高斯擴(kuò)散)、ADC圖(高斯擴(kuò)散)、補(bǔ)償非高斯分布的校正圖并測(cè)量ROI的K、D和ADC值，結(jié)果表明DKI在前列腺癌與前列腺增生以及前列腺癌高低級(jí)別的鑒別診斷價(jià)值顯著優(yōu)于DWI。Roethke等[41]對(duì)55例外周型前列腺癌患者行DKI及DWI掃描，分別測(cè)量腫瘤發(fā)病區(qū)域及對(duì)側(cè)正常組織的擴(kuò)散系數(shù)(Dapp)、峰度系數(shù)(Kapp)及ADC值，結(jié)果顯示病變區(qū)Dapp值顯著小于對(duì)側(cè)正常組織，Kapp值病變區(qū)顯著大于對(duì)側(cè)正常組織。Dapp值病變區(qū)及對(duì)側(cè)正常區(qū)都明顯高于ADC值。DKI參數(shù)(Dapp、Kapp)與DWI參數(shù)(ADC)均能很好地區(qū)分癌組織與正常組織、高低級(jí)別前列腺癌，但二者診斷效能無明顯差異。目前研究認(rèn)為DKI在前列腺癌、前列腺增生、前列腺炎、正常前列腺與前列腺癌分級(jí)的鑒別診斷方面具有良好的敏感度與特異度，較DWI具有優(yōu)勢(shì)，然而相關(guān)研究還較少，其應(yīng)用價(jià)值仍需更多大樣本量研究進(jìn)一步證實(shí)。

3.5.2膀胱

膀胱癌病理分級(jí)與其生物學(xué)行為密切關(guān)聯(lián)，對(duì)治療方案選擇及預(yù)后評(píng)價(jià)具有重要指導(dǎo)意義。Suo等[42]對(duì)21例膀胱癌患者(高分化12例，低分化9例)與17例正常成人行DKI及常規(guī)DWI掃描，測(cè)量并分析ADC、Dapp及Kapp值。結(jié)果顯示膀胱癌ADC與Dapp值均明顯低于正常組，Kapp值明顯高于正常組。高級(jí)別組Kapp值顯著高于低級(jí)別組。與其他參數(shù)值相比，Kapp值在鑒別高級(jí)別膀胱癌方面具有最佳鑒別診斷效能。膀胱癌擴(kuò)散特點(diǎn)符合高斯分布，Kapp值可成為膀胱癌分級(jí)的一個(gè)新的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

4結(jié)論與展望

綜上所述，相對(duì)比傳統(tǒng)彌散序列(DWI、DTI)，DKI以更接近人體真實(shí)環(huán)境的非高斯模型為基礎(chǔ)，并能采集更多參數(shù)，因此能較傳統(tǒng)彌散序列提供更多、更真實(shí)、準(zhǔn)確的組織結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化，為臨床提供更加有價(jià)值的信息。DKI在腫瘤良惡性評(píng)價(jià)、鑒別診斷、療效評(píng)估等方面具備巨大應(yīng)用潛力。目前，DKI在腫瘤中的研究尚處于初級(jí)階段，很多部位尚未涉及，其相關(guān)價(jià)值尚待進(jìn)一步證實(shí)。DKI在實(shí)際運(yùn)用中亦面臨諸多問題，如不同部位合適的b值的選擇、彌散方向數(shù)目的確定、掃描時(shí)間較長等。隨著磁共振技術(shù)的進(jìn)步以及研究的不斷深入，這些問題都可能得到解決，DKI在腫瘤中的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。

參考文獻(xiàn)：

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[37]徐蒙萊,邢春華,陳宏偉,等.DKI技術(shù)在肝外膽管癌分級(jí)中的應(yīng)用價(jià)值.磁共振成像,2016,7(1):34-39.

作者:閆坤 胡莎莎 楊品 蔣常琴 雷軍強(qiáng) 單位:蘭州大學(xué)第一醫(yī)院放射科