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扩散峰度成像的原理和临床应用现状

栏目:神外前沿|编辑:INC|发布时间:2021-12-29 11:50 |

  1、扩散峰度成像原理。

  扩散峰度成像是磁共振功能成像的一种新方法,是DTI技术的延伸。扩散峰度成像采用超值峰技术,可以量化由于水分子偏移而引起的正态分布状态,并能估计出人体组织内水分子扩散峰度所产生的超额。用非高斯扩散法描述组织微结构可以更加准确地反映组织病灶特征。扩散峰度成像在这一基础上,利用传统DTI的二阶三维扩散张量成像结合四阶三维峰张量技术描述水分子扩散。利用扩散峰度成像技术,组织结构中的水分子分布状态从高斯态变为非高斯态,这使得它符合脑组织结构中水分子的分布形式。

  尽管其结构复杂多样,但其总体分布具有一定的规律性。此时组织中水分子的扩散运动也受到这方面的影响,其扩散形式不再符合正态分布规律。机体内水分子的扩散运动符合布朗运动的规律,即:在一定时间内,人体内水分子的扩散运动是随机变化的,它能从一个位置随机向另一个位置移动,而不受相邻组织结构的影响。扩散峰度成像参数能够敏感地检测脑实质微结构的变化,并且在空间层次上反映了细胞内外和膜对水分子扩散运动的相互作用。

  与DTI相比,扩散峰度成像的优点是不仅能获取DTI的全部信息,包括FA值和MD值,给出了一种定量计算非正态分布的指标,该方法的主要成像参数为轴向峰度(axialkurtosis,平均峰度(meankurtosis,MK),辐射峰(radialkurtosis,RK),峰分数各向异性(kurtosisanisotropyKA)以及扩散峰各向异性(diffusionalkurtosisanisotropy,KFA)。而其中,研究最多的是MK值,它是指各方向扩散峰度的均值,用以反映被测组织结构的复杂性。MK值是一种无量纲化指标,反映了组织中水分子的扩散受限程度。

  MK值是目前扩散峰度成像临床应用最多的指标。扫描MK值至少需要3个B值,且在同一方向梯度方向上都有相同的平均值,与组织结构的空间方位无关,脑内灰质、白质结构均可用MK值进行分析。水分子扩散运动的限制程度与MK值有关,结构越复杂,水分子扩散运动受限制越明显。此外,影响MK值的因素还有邻近分子距离、纤维结构完整、介质粘性、平行度、组织致密程度、邻近血管搏动或脑脊液流量等。扩散峰度成像能够弥补DTI序列中无法计算出大脑灰质FA值的缺陷,并解决了脑白质交叉的问题。与FA相比,MK值的大小取决于被测量区域内细胞间连接的紧密程度,而不受组织结构FA值的限制,扩散峰度成像在理论上可以测定相互交叉的白质纤维束的连续性,这一特点是它更适合于检测脑组织的微观结构。

  2、扩散峰度成像技术临床应用现状。

  利用扩散峰度成像技术检测不同病灶区域的MD、FA、MK值,颅内星形细胞瘤的分级,结果显示低级别别胶质瘤的MK、AD值明显低于高级别胶质瘤,而不同级别神经胶质瘤则无显著性差异。这说明与FA、MD、MK、AD等具有较高的鉴别性,低级星形细胞瘤敏感性高,特异度高;当星形细胞瘤实性成分MD时,当MK值达到对侧正常脑实质结构的标准时,不同级别星形细胞瘤的MD和MK值差异有显著性差异:在低级星形细胞瘤患者中,MK值和MD值存在显著性差异,Ⅲ级与远侧性比较肿瘤实质上存在显著差异,结果表明:囊变区和近侧水肿之间MK值没有显著性差异;Ⅳ级肿瘤微结构两两比较,MK和MD之间的差异具有显著性。张顺等认为扩散峰度成像对脑梗死的分期有一定的评估价值。从病人的临床症状到MR的出现时间将其划分为超急性期、急性期、亚急性早期、亚急性晚期和慢性期组。通过后处理技术分别获得ADC和扩散峰度成像相关参数。

  对脑梗死各指标的变化进行分析比较,计算脑梗死各指标的变化程度。结论MK值在超急性期、急性期、亚急性和晚期脑梗死区的MK值明显高于对侧正常区域。MD、MK、ADC值与脑梗死时间长度呈正相关。也有学者分析认知功能障碍引起的脑白质细微结构的变化,如田兄玲等发现,双侧扣带回FA降低,左后扣带后扣带后侧MD升高,右后扣带后侧MK值明显降低,说明上述部位可能有微血管功能异常,神经细胞退行性退行性改变,导致水分子扩散率降低,并与对照组胼胝体压部发生MD,MK提示早期痴呆并没有显著性差异,这说明早期的脑内压未受影响。前额、颞叶、枕叶和扣带回脑白质的细微结构改变对轻度认知功能障碍的病理改变有一定影响。

  扩散峰度成像技术也可评价抑郁病人大脑微结构的变化,并可在一定程度上区分高级别胶质瘤和转移瘤。张帆等结果显示,高级别别胶质瘤的瘤周水肿区MK值高于脑转移瘤,由此推断,胶质瘤的瘤周水肿区结构比脑转移瘤更复杂,细胞排列更紧密,水分子扩散受限制程度明显,通过对被试工作特性曲线的分析,瘤周水肿区下面积MK值显著大于MD值(0.869比0.741),MK值为0.488,以工作特性曲线为依据,以高灵敏度、特异度来鉴别神经胶质瘤和脑转移瘤。

  在研究慢性酒精中毒时,范翔等人的脑微结构改变发现,在两组中,胼胝体压部分、体部、脑桥臂、左半脑半球间MK值存在显著性差异。实验选择了两组的左侧小脑半球、胼胝体压、体部、脑桥臂勾画出感兴趣区,分别测定MK值,长期酗酒依赖组脑区MK值较健康组低,而慢性酒精依赖组MK值未见明显增高,两者在MK值上的差异都是显著的,这一结果与前一项研究结果基本一致。

  通过以上研究,我们可以发现扩散峰度成像与DTI相比具有更大的优越性,即扩散峰度成像不仅适合脑白质结构,对脑灰质结构也同样敏感。

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