扩散峰度成像(DKI)临床研究进展

　　磁共振扩散峰度成像(diffusion kurtos isimaging，DKI ) 是一种在传统扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)的基础上延伸的新兴扩散成像技术，反映生物组织中水分子非高斯扩散特性。它能够敏感地反映组织微观结构的复杂程度，也可以反映疾病相应的病理生理改变。基于非高斯扩散理论的DKI技术最早由Jensen教授于2005年提出，后经不断发展和完善，如今DKI已广泛应用于临床多种系统疾病的研究，并展现出重要的临床价值。本文就磁共振扩散峰度成像在全身各系统中的研究进展进行综述。

　　1. DKI基本原理

　　生物组织中水分子的扩散情况在不同组织结构中有所差异，通常表现为两种分布形式，即高斯分布和非高斯分布。高斯分布是指水分子的不规则随机运动，在各方向扩散程度相同，即各向同性扩散，扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)、DTI技术都以此分布形式为理论基础，随着设定的扩散系数(b)的增高，水分子扩散信号呈单指数形式衰减。非高斯分布则是指水分子受复杂的组织结构因素影响，在各方向扩散程度不同，即各向异性扩散，此时水分子扩散信号呈非单指数形式衰减，常规DTI模型会导致很大误差，如果引入非高斯分布模型模拟水分子的信号衰减则能明显减小误差。

　　DKI是一种基于非高斯分布模型探查水分子扩散特性的技术，该技术引入峰度(kurtosis)的概念来量化真实水分子扩散位移与理想的高斯分布水分子扩散位移间的偏离，进而来表示水分子扩散受限程度以及扩散的不均质性。因此DKI是联合了DTI中的扩散张量和峰度张量对水分子扩散的受限过程进行了更高级的描述。DKI与传统的DWI采用同一类型的脉冲系列，但需要的b值更高。此外，DKI扩散敏感梯度场施加的方向至少为15个，b值至少为3个。

　　2. DKI主要参数

　　DKI使用标准DWI序列，参数由DWI图像后处理得出，主要参数包括其本身的参数，如平均扩散峰度(mean kurtosis，MK)、径向峰度(radial kurtosis，RK)、轴向峰度(axial kurtosis，AK)、峰度各向异性(kurtosis anisotropy，KA)，同时还包括DTI的参数，如平均扩散率(mean diffusion，MD)、各向异性分数(fractional anisotropy，FA)和径向扩散率(radial diffusion，RD)、轴向扩散率(axial diffusion，AD)。

　　在评估疾病进程和治疗预后中，这些峰度参数的参数图发挥着重要作用。MK是DKI应用最有价值的参数，代表多b值下扩散峰度在所有梯度方向的平均值，是评价感兴趣区内组织微结构复杂程度的指标。MK值的大小与组织微结构复杂程度相关，结构越复杂(如细胞密度大、细胞异型性及细胞核多形性明显等)，MK值越大。KA与FA相似，可由峰度的标准偏差推算。KA表示水分子的各向异性扩散程度，其值越大，越趋于各向异性扩散，KA越大则代表组织结构越紧密越规则。AK值与扩散张量平行方向上的扩散峰度平均值，而RK则是指垂直于扩散张量方向上峰度的平均值，二者大小量化了水分子的扩散受限程度，由于扩散受限主要在径向，因此RK较AK更为重要。

　　3. DKI在各系统疾病的研究进展

　　3.1 中枢神经系统

　　3.1.1 脑损伤

　　中、重度脑损伤因影像征象和临床症状明确，易于诊断。而轻度脑损伤(mild traumatic brain injury，mTBI)患者临床症状不明显，常规影像学检查脑实质内均为阴性表现。有研究表明DKI能提供其他磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)技术所不能发现的认知损伤患者丘脑和内囊等脑细微结构的异常改变，在检测轻度脑损伤疾病中发挥重要作用。樊秋菊等对30例mTBI患者分别进行DTI及DKI扫描，结果发现FA和MD值的降低仅表现在伤侧白质区，而在伤侧及对侧镜像区都可见MK值增高，说明DKI对诊断轻度脑损伤有肯定意义。

　　双侧大脑半球脑组织在mTBI发展过程中都会发生损伤，因此，此研究证实DKI可提示mTBI患者皮层灰质结构等微观组织信息的改变，对解释其损伤的病理生理学特点有较大临床意义。因DKI对脑损伤较为敏感，有研究证实其可对脑损伤后患者认知功能进行预测。Grossman等发现丘脑和内囊神经细胞结构丢失会导致MK的减低，并于随访发现mTBI患者认知功能的损害与丘脑和内囊结构改变有关，表明MK在丘脑的变化可以早期预测认知损伤。

　　3.1.2 脑肿瘤

　　在成年人中，颅内发病率最高的原发肿瘤是胶质瘤。不同级别的胶质瘤治疗方案和预后评估不同，因此术前准确分级尤为重要。研究表明，应用DKI的多种扩散参数(MK、RK、AK)可对胶质瘤进行准确分级并预测肿瘤增殖程度。Rabb等通过对34例胶质瘤的研究发现，MK值与肿瘤恶性程度呈正相关，表观扩散系数(apparent diffusivity coefficient，ADC)值与其呈负相关，FA值与其无相关性，MK值比ADC值和FA值更能有效区分低级别和高级别胶质瘤。Bai等对69例胶质瘤进行分析得出了相似的结论，表明MK值可以更准确地对胶质瘤进行分级。

　　3.1.3 其他神经系统疾病

　　近年来，DKI在神经系统的研究越来越广泛，国内外学者也逐渐将DKI应用于脑梗死、帕金森病、癫痫等疾病，相比于传统的MRI技术，DKI能提供更丰富的扩散参数，在神经系统疾病诊断中有很大的应用价值。

　　3.2 消化系统

　　3.2.1 肝脏

　　目前肝脏DKI在国内外的研究较少，且未深入探究DKI参数的可重复性。谢丽芬等研究发现DKI在正常人肝脏成像中具有可行性，并探究了参数测量的可重复性，结果表明右肝中层和左肝下层的MD值、MK值的可重复性较好，左肝的平均MD、MK值较右肝高，但可重复性较右肝差。

　　3.2.2 胆管

　　肝外胆管癌(extrahepatic cholangiocarcinoma，EHCC)是引起胆道梗阻常见的病因，不同分化程度的肝外胆管癌治疗及预后也会不同，这就要求术前要对肝外胆管癌做出准确分级。徐蒙莱等对35例EHCC患者行常规平扫和DKI扫描，发现随着病理分化程度的降低，ADC值逐渐降低，MK值逐渐增加，且MK值与癌组织分化程度相关性更高。此研究表明DKI技术可以为肝外胆管癌的临床分级及预后评估提供重要参考，但还需要更大样本量的研究进一步证实。

　　3.2.3 胰腺

　　胰腺癌和肿块型胰腺炎在胰腺病变中都有很高的发病率，常规影像学检查CT及MRI增强扫描对二者的区分有一定作用，但是也存在困难。两种病变的治疗措施和临床预后完全不同，所以治疗前的准确诊断尤为重要。有研究显示，DKI作为一种新型的MRI技术，能很好地鉴别诊断这两种病变。苗莹莹对14例胰腺癌患者和9例慢性胰腺炎患者行常规MRI及DKI扫描，发现MK值胰腺癌>慢性胰腺炎>正常胰腺，MD值和DWI中的ADC值在正常胰腺中明显高于胰腺癌及慢性胰腺炎。说明DKI对胰腺癌和慢性肿块型胰腺炎具有优秀的鉴别诊断能力，但相关研究较少，结论还需要更多探索来加以证实。

　　3.2.4 直肠

　　随着生活水平的提高，直肠癌已成为严重威胁人类健康的消化系统恶性肿瘤之一。近年来，DKI技术在鉴别高低级别直肠腺癌和评估直肠癌术前恶性程度方面取得了初步的研究成果。Zhu等的研究显示，无论是直肠癌低分化组(poorly differentiated clusters，PDCs)还是世界卫生组织分级分组，高级别直肠腺癌的MK均高于低级别直肠腺癌。根据直肠癌PDC分级分组，高级别直肠腺癌的MD和ADC值均低于低级别直肠腺癌。与MD和DWI中的ADC值相比，MK对高级别直肠腺癌的敏感性和特异性都更高。在鉴别高低级别直肠腺癌和与组织学分级相关性方面，MK比MD和ADC值有更高的临床价值。

　　王莉莉等对69例直肠癌患者行常规扫描加DKI扫描，结果显示MK、RK在D2-40、CD31阳性组参数值高于阴性对照组，以MK在两组间的差异更显著，MD在D2-40、CD31表达阳性组参数值低于阴性对照组。该研究证实了DKI成像不仅可反映直肠癌组织的复杂程度，还能够较准确地反映肿瘤细胞的增殖指数，从而为临床无创地评估直肠癌术前恶性程度提供依据。相比病理免疫组化分析，DKI成像技术在肿瘤异质性检测方面更具有优势，为不同病理类型肿瘤的个性化治疗方案提供了参考依据。

　　3.3 泌尿系统

　　目前DKI应用于肾脏的研究国内外报道较少，而且主要为健康人肾脏的前瞻性研究。正常肾脏的DKI成像研究可以为以后的肾脏疾病研究提供参考。Pentang等首先对正常肾脏进行DKI成像研究，以此评估DKI在肾脏成像中是否具有可行性，研究结果显示，相对于DWI单指数模型，DKI模型具有更好的拟合度;肾皮、髓质间的MK、ADC、FA值差异有统计学意义，其中肾髓质 MK 值小于肾皮质MK值。但该研究也存在较大的局限性：设定的最高b值太小而且样本量较少(10例)，未说明是如何克服腹腔肠管气体影响的。

　　Huang等进一步研究了37名健康志愿者的肾脏，显示两侧肾脏相应的各项指标差异均无统计学意义。肾皮质的峰值指标(MK、RK、AK)低于肾髓质，而扩散加权指标中除了FA，其余指标(MD、AD、RD)肾皮质均高于肾髓质。该研究认为DKI模型在正常人的肾脏成像方面具有可行性。曲丽洁等探讨正常人肾脏磁共振体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion，IVIM)成像和DKI的定量参数指标特点，比较正常肾脏左右侧以及同侧肾脏不同部位IVIM、DKI各参数间的差异，结果表明DKI参数在双侧肾脏间以及同侧肾脏不同位置的差异无统计学意义，肾髓质MD值显著低于皮质，肾皮质MK值明显低于髓质。本研究报道的髓质MD值与Huang等对髓质的测量数值大致相仿。以上关于正常肾脏DKI研究结果表明，DKI可反映组织微结构的特征，以显示肾脏皮、髓质间的组织学差异，对于进一步开展评估各种肾病肾功能方面应用潜力很大。

　　3.4 生殖系统

　　3.4.1 乳腺

　　乳腺癌是严重危害女性身心健康的恶性肿瘤，因此早发现、早诊断、早治疗对于提高乳腺癌患者的生存率至关重要。相比DWI技术，DKI在乳腺肿瘤中有更高的特异性，更利于早期发现病变。Sun等对乳腺癌患者的DWI参数和DKI参数进行分析，结果发现良性病灶的峰度系数显著低于恶性病灶，扩散系数与ADC在良性病灶明显高于恶性病灶;DKI参数与ADC值有相同的敏感性，但DKI参数却具有更高的特异性。王莹莹等分析测量良恶性病灶的ADC、MD和MK值，得到了类似的结果。Nogueira等的研究结果表明，纤维腺瘤的MK、ADC、MD值与浸润性导管癌有显著区别，纤维腺瘤和纤维囊性改变仅MK值具有差异。

　　虽然乳腺DWI单指数模型及DKI模型都能够对乳腺良恶性病变做出诊断，但DKI模型具有更高的特异性，对良性病灶也有很好的鉴别能力，增加了乳腺肿瘤的诊断信心。

　　3.4.2 前列腺

　　前列腺癌(prostatic cancer，PCa)是常见的男性生殖系统恶性肿瘤，其发病率逐年增加，传统的筛查方法难以早期检出PCa，而且难以将其与良性前列腺增生(benign prostatic hyperplasia，BPH)区分。磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy，MRS)虽然对早期前列腺癌具有较高的诊断价值，但MRS体素大，易受邻近组织影响，结果常不稳定。DKI无需使用对比剂，其稳定、量化的参数为前列腺良恶性疾病的诊断提供了重要的参考信息。

　　陈丽华等回顾性分析59例前列腺疾病患者，根据病理结果分为PCa组和BPH组，对所有患者均行MR常规扫描和DWI及DKI扫描，结果显示PCa组MK、AK、RK值高于BPH组;PCa组MD、AD、RD值低于BPH组。Rosenkrantz等对57例PCa患者分别进行DKI和DWI研究，以探究DKI检出外周带癌的可行性，结果发现DKI对PCa的诊断价值高于DWI，病灶及恶性程度较高组织的MK值均明显高于对照组，表明在鉴别前列腺外周带良恶性病变方面，MK有很高的潜在临床价值，并且对于肿瘤分化程度的评估也具有很高的敏感性。因此，相比于传统弥散序列(DWI、DTI)，DKI能提供更多参数，有助于早期鉴别前列腺良恶性病变并对肿瘤分化程度的评估提供帮助。

　　4. 总结及展望

　　作为一种建立在非高斯分布模型基础之上的新兴MRI技术，DKI能更准确地描述水分子扩散时的受限程度和不均质特性，可以更真实地反映人体内组织结构的病理变化。从以上临床研究中可发现，虽然一些部位的研究尚未涉及，但DKI在全身主要系统良恶性病变的评价、鉴别诊断等方面已具有初步的临床应用价值。在实际临床应用中还应考虑到以下方面：不同部位要选择合适的b值和扩散方向数目，DKI的定量测值要选择合适的感兴趣区和适宜的选取方法，不同型号的MRI扫描仪其后处理方式也不同。随着MRI技术的发展以及研究的不断深入，DKI技术有望应用于临床诊断。

　　来源：张家慧,郎宁,袁慧书.磁共振扩散峰度成像的临床研究进展[J].磁共振成像,2018,9(04):316-320.