1、1磁共振扩散峰度成像在磁共振扩散峰度成像在脑肿瘤的研究进展脑肿瘤的研究进展2水分子扩散水分子扩散水分子随机运动正常组织、肿瘤组织细胞水分子运动受限水分子扩散呈正态分布水分子扩散呈正态分布水分子扩散呈非正态分布水分子扩散呈非正态分布3 扩散张量成像扩散张量成像作为一作为一项磁共振功能成像技项磁共振功能成像技术术，可以从微观领域，可以从微观领域评估组织结构的完整评估组织结构的完整性性，其检测微观结构，其检测微观结构变化的能力也会随着变化的能力也会随着b b值而改变。值而改变。理论前理论前提为提为水分子扩散呈正水分子扩散呈正态分布态分布。DTI 扩散峰度成像扩散峰度成像是基于是基于DTIDTI技术上
2、的延伸，技术上的延伸，是是描绘组织内描绘组织内非正态非正态分布水分子扩散分布水分子扩散的一的一种新的磁共振成像方种新的磁共振成像方法，法，DKIDKI量化量化偏离正偏离正态分布的扩散位移态分布的扩散位移，其没有任何生物物，其没有任何生物物理假设。理假设。 DKI4获得条件获得条件 2个个b值值 扩散梯度方向扩散梯度方向 6个个获得参数获得参数 FA MD获得时间：获得时间：11分钟分钟DTI获得条件获得条件 3个个b值值 扩散梯度方向扩散梯度方向 15个个获得参数获得参数 FA、MD MK、Kr、Ka获得时间：获得时间：7分钟分钟 DKI5MDDTIDKIFAKaMKKaKrFA（扩散各向异性
3、扩散各向异性）：反映水分子扩散）：反映水分子扩散各向异性成分与整个扩散张量的比值，各向异性成分与整个扩散张量的比值，其反映组织结构的方向性，其反映组织结构的方向性，FA值越大，值越大，方向性越强。方向性越强。MDKaMD（平均平均扩散系数扩散系数）：）：反映水反映水分分子整体扩散水平和扩散阻力的情子整体扩散水平和扩散阻力的情况，况，仅表示扩散的大小，而仅表示扩散的大小，而与扩与扩散的方向无关散的方向无关。MK (平均扩散峰度平均扩散峰度)：水分子扩散位：水分子扩散位移分布偏离高斯曲线的程度称为扩移分布偏离高斯曲线的程度称为扩散峰度值。散峰度值。MK大小反映了组织结构大小反映了组织结构的复杂性，
4、的复杂性，值越大表明扩散受限越值越大表明扩散受限越明显，成分结构越复杂。明显，成分结构越复杂。Kr(径向扩散峰度径向扩散峰度)：垂直垂直于主轴扩散于主轴扩散方向所有扩散峰度的平均值；这些方方向所有扩散峰度的平均值；这些方向上向上扩散受限较明显扩散受限较明显，因而，因而Kr值较值较Ka值高。白质纤维径向扩散受限，值高。白质纤维径向扩散受限，白质的白质的Kr值高于灰质。值高于灰质。Ka (轴向扩散峰度轴向扩散峰度)：沿：沿DTI椭球体椭球体主轴方主轴方向向上的扩散峰度值，此方向上水分子上的扩散峰度值，此方向上水分子扩散扩散最快最快，表明扩散受限相对较少，表明扩散受限相对较少，Ka值也较值也较小，代
5、表小，代表白质纤维白质纤维轴向的扩散峰度，灰白轴向的扩散峰度，灰白质间质间Ka值差异小。值差异小。峰度参数峰度参数6径向峰度（Kr）： Kr=(K1+K2)/2轴向峰度（Ka）：Ka=K1 K1、K2、K3分别为沿着特征向量e1、e2、e3的峰度 7轴向峰度（Ka）径向峰度（Kr）8MKKaKrFAMD正常脑组织正常脑组织9半卵圆中心半卵圆中心背侧丘脑背侧丘脑MK1.080.060.780.06Kr1.330.100.770.14Ka0.880.100.790.14MD0.870.060.880.09FA0.410.040.400.09正常脑实质正常脑实质DKI参数值参数值10DTI 已经用于
6、已经用于胶胶质瘤质瘤的分级，但的分级，但MD和和 FA 作用作用尚未达到一致尚未达到一致DKI脑胶质瘤脑胶质瘤脑胶质瘤脑胶质瘤帕金森病帕金森病脑梗死脑梗死磁共振扩散峰度成像在中枢系统的应用磁共振扩散峰度成像在中枢系统的应用初步研究证实对于脑微环境结构的改变初步研究证实对于脑微环境结构的改变DKI较较DTI更敏感更敏感多发硬化多发硬化DKI仅在仅在胶质瘤胶质瘤中有初步研究中有初步研究11 DKI在脑星形细胞瘤分级中的应用在脑星形细胞瘤分级中的应用Raab P等首次对等首次对34例胶质瘤患者例胶质瘤患者DKI研究发现研究发现MK值与胶质瘤等级呈值与胶质瘤等级呈正相关正相关。Raab P, Hatt
7、ingen E, Franz K et al. Cerebral gliomas: diffusional kurtosis imaging analysis of microstructural differencesJ. Radiology, 2010. 2010,254(3):876-881. 12 DKI在脑星形细胞瘤分级中的应用在脑星形细胞瘤分级中的应用Sofie Van Cauter 等对等对28例胶质瘤患者例胶质瘤患者DKI研究发现研究发现高级别星形细胞瘤实质区的高级别星形细胞瘤实质区的MK、Ka、Kr值明显值明显高于高于低级别星形细胞瘤，较低级别星形细胞瘤，较FA、MD有更高的
8、敏感性及特有更高的敏感性及特异性；异性；和和DTI比较，比较，DKI可以可以更好更好的鉴别高低级别星形细胞的鉴别高低级别星形细胞瘤。瘤。Van Cauter S, Veraart J, Sijbers Jet al. Gliomas: diffusion kurtosis MR imaging in gradingJ. Radiology, 2012.263(2):492-501. 13 DKI在脑星形细胞瘤分级中的应用在脑星形细胞瘤分级中的应用 Sofie Van Cauter 等等 应用应用DKI结合结合DSC-MRI、MRS ，对，对35例胶质瘤行术前验证，术后病理对例胶质瘤行术前验证，
9、术后病理对照，联合应用提高了胶质瘤分级诊断准确率。照，联合应用提高了胶质瘤分级诊断准确率。Van Cauter S, De Keyzer F, Sima D Met al. Integrating diffusion kurtosis imaging, dynamic susceptibility-weighted contrast-enhanced MRI, and short echo time chemical shift imaging for grading gliomasJ. Neuro Oncol, 2014.14Raab P及及Sofie Van Cauter均认为高级别星形均
10、认为高级别星形细胞瘤实质区的细胞瘤实质区的MK、Ka、Kr值值高于高于低级别星低级别星形细胞瘤，可能与肿瘤的病理结构有关；形细胞瘤，可能与肿瘤的病理结构有关；星形细胞瘤恶性程度增加过程中，星形细胞瘤恶性程度增加过程中，肿瘤细胞密肿瘤细胞密度、新生血管、微坏死灶度、新生血管、微坏死灶等也会相应增加，肿等也会相应增加，肿瘤组织微观结构复杂化，而瘤组织微观结构复杂化，而MK、Ka、Kr值可值可以反映这病理变化。以反映这病理变化。 DKI在脑星形细胞瘤分级中的应用在脑星形细胞瘤分级中的应用15 DKI在脑星形细胞瘤分级中的应用在脑星形细胞瘤分级中的应用低级别星形细胞瘤低级别星形细胞瘤(I II级级,
11、14 例例)Mean age:40.88.8DKI高级别星形细胞瘤高级别星形细胞瘤(III IV级级, 21例例) Mean age:56.612.51631岁，女性，星形细胞瘤岁，女性，星形细胞瘤级级1757岁，男性，星形细胞瘤岁，男性，星形细胞瘤级级18高低级别脑星形细胞瘤高低级别脑星形细胞瘤实质区实质区比较比较ParameterTumoral solid partLow-grade( n = 14 )High-grade( n = 21 )PFA0.450.220.570.220.351MD1.780.441.490.260.042*MK0.460.120.770.300.040*Kr0
12、.370.120.720.290.020*Ka0.590.150.960.450.061高级别星形细胞瘤高级别星形细胞瘤实质区实质区MK、Kr值值明显明显高于高于低级别星低级别星形细胞瘤，与形细胞瘤，与Raab 及及Sofie 报道一致。报道一致。高级别星形细胞瘤高级别星形细胞瘤实质区实质区MD值明显值明显低于低于低级别星形细胞瘤低级别星形细胞瘤19高低级别脑星形细胞瘤高低级别脑星形细胞瘤实质区实质区比较比较高级别高级别更多的核异型性更多的核异型性细胞密度大细胞密度大易囊变、坏死易囊变、坏死分化较好的细胞分化较好的细胞细胞体积较大细胞体积较大细胞密度较低细胞密度较低低级别低级别20高低级别脑星
13、形细胞瘤高低级别脑星形细胞瘤瘤周水肿瘤周水肿比较比较ParameterPeritumoral edemaLow-grade( n = 5 )High-grade( n = 19 )PFA0.350170.440.220.572MD2.210.102.130.260.618MK0.420.030.590.150.047*Kr0.380.040.620.230.128Ka0.510.020.580.150.353高级别星形细胞瘤瘤高级别星形细胞瘤瘤周水肿周水肿MK值值明显明显高于高于低级别星形细胞瘤。低级别星形细胞瘤。与与Raab 及及Sofie Van Cauter报道报道不一致不一致。我。我们
14、认为高级别星形细胞们认为高级别星形细胞瘤瘤周水肿内肿瘤细胞瘤瘤周水肿内肿瘤细胞浸润是其浸润是其MK值升高的值升高的原因之一。原因之一。21高低级别星形细胞瘤高低级别星形细胞瘤实质区实质区ROC曲线分析曲线分析22ParameterCorrection by NAWMCutoffValueSensitivity Specificity AUCMD1.493100%71.4%0.673MK0.490100%82.5%0.714Kr0.556100%85.7%0.755*脑星形细胞瘤脑星形细胞瘤实质区实质区ROC曲线分析曲线分析Kr的的AUC明显明显高于高于MD (P=0.040) DKI较较DTI
15、更加敏感更加敏感的鉴别高、低级别星形细胞瘤的鉴别高、低级别星形细胞瘤 23DTI 已经用于胶质瘤的已经用于胶质瘤的鉴别诊断鉴别诊断，但，但MD和和FA 在在胶质瘤的鉴别诊断的作用报道不一；胶质瘤的鉴别诊断的作用报道不一；DKI在脑肿瘤的研究尚处于起步阶段，对于高级在脑肿瘤的研究尚处于起步阶段，对于高级别星形细胞瘤与转移瘤、淋巴瘤的鉴别诊断尚别星形细胞瘤与转移瘤、淋巴瘤的鉴别诊断尚无无文献报道文献报道。 DKI在脑肿瘤鉴别诊断中的应用在脑肿瘤鉴别诊断中的应用24高级别星形细胞瘤与转移瘤鉴别诊断高级别星形细胞瘤与转移瘤鉴别诊断单发脑转移瘤单发脑转移瘤(16例例)Mean age:60.113.4
16、DKI高级别星形细胞瘤高级别星形细胞瘤(21例例) Mean age:56.612.525男性，男性，58岁，星形细胞瘤岁，星形细胞瘤级级26女性，女性，50岁，结肠癌单发脑转移岁，结肠癌单发脑转移27 高级别星形细胞瘤与颅内单发转移瘤高级别星形细胞瘤与颅内单发转移瘤实质区实质区的的 DKI参数值及参数值及DTI参数值均未见统计学差异；参数值均未见统计学差异； 我们分析高级别星形细胞瘤、转移瘤我们分析高级别星形细胞瘤、转移瘤均为恶均为恶 性肿瘤性肿瘤，肿瘤瘤体均有细胞密实、肿瘤血管增生、，肿瘤瘤体均有细胞密实、肿瘤血管增生、 囊变坏死等特点，病理结构复杂，使水分子扩散囊变坏死等特点，病理结构复
17、杂，使水分子扩散 受限严重。受限严重。高级别星形细胞瘤与转移瘤高级别星形细胞瘤与转移瘤实质区实质区比较比较28高级别星形细胞瘤与转移瘤高级别星形细胞瘤与转移瘤瘤周水肿瘤周水肿比较比较ParameterCorrection by NAWMHigh-grade( n = 19 )Metastases ( n = 16 )PFA0.430.250.370.100.442MD2.120.242.410.180.042*MK0.600.130.360.070.009*Kr0.600.190.300.090.020*Ka0.590.150.440.030.022*高级别星形细胞瘤高级别星形细胞瘤瘤瘤周水肿
18、周水肿MK、Kr及及Ka值明显值明显高于高于转移瘤转移瘤高级别星形细胞瘤高级别星形细胞瘤瘤瘤周水肿周水肿MD值明显值明显低于低于转移瘤（转移瘤（P0.05）29高级别星形细胞瘤与转移瘤高级别星形细胞瘤与转移瘤瘤周水肿瘤周水肿比较比较 高级别星形细胞瘤呈高级别星形细胞瘤呈浸润性浸润性生长生长， 瘤周水肿瘤周水肿：血管源性水肿血管源性水肿+肿瘤细胞；肿瘤细胞； 转移瘤呈转移瘤呈非浸润性非浸润性生长生长， 瘤周水肿：血管源性水肿瘤周水肿：血管源性水肿； 高级别星形细胞瘤瘤周水肿结构较转移瘤高级别星形细胞瘤瘤周水肿结构较转移瘤更更 为复杂、细胞密度更高、水含量更低，为复杂、细胞密度更高、水含量更低，使
19、使其其 瘤周水肿瘤周水肿MK、Kr、Ka值升高，值升高，MD值减低。值减低。30扩散峰度成像在脑肿瘤的研究扩散峰度成像在脑肿瘤的研究虽然虽然DKI在脑肿瘤的研究处于初步研究，但在脑肿瘤的研究处于初步研究，但是是DKI已经展现了其特有的优势已经展现了其特有的优势 和和DTI比较，比较，DKI能更准确地对脑星形细能更准确地对脑星形细 胞瘤进行分级胞瘤进行分级 DKI能更好地进行高级别星形细胞瘤与单能更好地进行高级别星形细胞瘤与单 发脑转移瘤、脑膜瘤的鉴别诊断发脑转移瘤、脑膜瘤的鉴别诊断31DKI将成为常规将成为常规MRI在在脑肿瘤诊断及鉴别诊断的脑肿瘤诊断及鉴别诊断的重要补充重要补充 32有待进一步解决的问题有待进一步解决的问题 DKI在脑肿瘤研究样本量的扩大，确定准确参数界值；在脑肿瘤研究样本量的扩大，确定准确参数界值； DKI各参数界值在脑肿瘤诊断及鉴别诊断的进一步验证；各参数界值在脑肿瘤诊断及鉴别诊断的进一步验证； DKI参数值改变的病理机制研究。参数值改变的病理机制研究。 扩散峰度成像在脑肿瘤的研究扩散峰度成像在脑肿瘤的研究33
