擴散峰度成像在正常成人腦組織中可重復性的研究

鮑道亮，張梅芳，蘇麗清，肖友平，曹喜生，姚逸琦，陳韻彬

擴散峰度成像在正常成人腦組織中可重復性的研究

鮑道亮，張梅芳，蘇麗清，肖友平，曹喜生，姚逸琦，陳韻彬*

目的對正常成人腦組織進行擴散峰度成像(DKI)的可重復性研究。材料與方法選取年齡在31～66歲的正常成人志愿者26例，采用b值為0、500、1000、1500、2000 s/mm2多參數和多方向的DKI序列進行頭部掃描，經2名觀察者(放射科醫師)分別獨立在不同的時間，測量相同區域的擴散系數(MD)和擴散峰度系數(MK)值并記錄。運用SPSS 19.0進行統計學分析評估DKI擴散系數(MD)和擴散峰度系數(MK)值觀察者內、觀察者間一致性。結果經2名觀察者在不同的時間點測量得到胼胝體膝部、胼胝體壓部、內囊前肢、內囊后肢及丘腦等部位的MD和MK值。同一觀察者兩次所測得值(觀察者內)之間差異無統計學意義(P＞0.05)；2名觀察者分別所測得值(觀察者間)之間差異無統計學意義(P＞0.05)。結論腦組織擴散峰度成像(DKI)具有良好的可重復性，可應用于反映腦組織微觀結構變化特點。

擴散峰度成像；擴散系數；擴散峰度系數；可重復性測定

擴散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)是擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)技術的延伸，是DWI的擴展[1-2]，其主要用來探查組織非高斯分布的水分子擴散特性[3]，同時反映組織微觀結構的變化[4]。DKI能同時推導出擴散系數(MD)和擴散峰度系數(MK)，可提高MR探測神經組織結構變化的敏感度和特異度[5]。

本研究目的是對健康成人腦組織進行DKI掃描，通過DKI圖像選擇健康成人腦組織中的胼胝體膝部、胼胝體壓部、內囊前肢、內囊后肢、丘腦等五個部位為測量點，并經2名觀察者分別在不同的時間段，測量其各部位點的擴散系數(MD)值和峰度系數(MK)值。一方面可反映大腦不同區域的擴散分布特征及其微觀結構特點；另一方面可供分析研究大腦不同區域DKI參數值測量的可重復性，對今后腦部疾病的診斷和研究提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 一般資料

收集福建省腫瘤醫院正常健康成人志愿者26例，年齡范圍約31～66歲，中位年齡為45.3歲，其中男女比例各占一半，均為13例。所有受檢者均無精神系統癥狀及腦部異常MRI影像表現。本研究實驗獲我院倫理委員會批準，志愿者經本人同意均簽署知情同意書。

1.2 設備及參數

采用荷蘭飛利浦超導型磁共振成像儀(Philips Achieva 3.0 T TX MR)，和頭頸聯合16通道相控陣線圈作為接收線圈。受檢者仰臥位，頭先進，正中矢狀線與掃描床的中線相一致，頭顱雙側用墊片固定牢。先進行常規序列掃描，包括軸面T1WI、T2WI FLAIR、DWI掃描，排除顱腦器質性病變，然后采用單次激發自旋-平面回波(SEEPI)的軸面DKI序列，對本研究的對象進行腦部掃描。其中，DKI序列掃描參數統一為：TR 3970 ms，TE 81 ms，IR 240 ms，層厚5 mm，間隔1 mm，掃描野240 mm×240 mm，矩陣112 ×198，激勵次數1，體素2.2 (RL)×1.25 (AP)，啟用5個擴散梯度場(b=0、500、1000、1500、2000 s/mm2)，擴散梯度同時取x、y和z三個方向。

1.3 圖像及數據處理

掃描所得DKI圖像通過Permeability軟件(PRIDE Permeability Processing Tool by Philips healthcare，DWI-TOOL R1.5)進行后處理分析和參數值測量。實驗中選擇Levenberg-MarquardttE線性擬合優化方法，經2名右利手的觀察者(觀察者1和觀察者2)各自獨立，要求在不同的時間段，并以DKI圖中顯示解剖部位較為清晰b值=0的圖像，作為選擇部位和測量點。對同一名受檢者必須選擇相同的層面、相同的部位和測量點以及相同大小的感興趣區(ROI)進行DKI參數值測量(其ROI面積大于或等于25 pixels)(圖1～3)。然后分別對大腦不同區域胼胝體膝部、胼胝體壓部、內囊前肢、內囊后肢、丘腦五個部位的對應點，進行點對點測量其各點的擴散系數(MD)和擴散峰度系數(MK)值并記錄。

1.4 統計學方法

2 結果

本研究獲得的腦組織DKI圖像均具有較高的圖像質量和分辨率。在Permeability軟件上，并按圖1～3所示的部位，在DKI圖像上選取相對應點，即正常健康志愿者大腦的胼胝體膝部、胼胝體壓部、內囊前肢、內囊后肢及丘腦等5個區域，作為觀察和參數值測量的目標(圖4～9)。本組研究資料均由2名不同的觀察者，分別獨立于不同時間段，對其同一的被檢者按上述所選的區域分別進行兩次MD值和MK值的測量。同一觀察者兩次所測得值之間的比較，即為觀察者內參數值測量一致性的比較，結果兩次測量所得參數值的差異不具有統計學意義(P＞0.05)。不同觀察者分別所測得值之間的比較，即為觀察者間參數值測量一致性的比較，結果兩者之間差異也不具有統計學意義(P＞0.05)，結果詳見表1，2。

3 討論

國際標準化組織定義的可重復性為測試狀態盡可能保持一致[6]，即在同一個實驗室同一個操作者使用同樣的設備和方法，經過一個短期的時間間隔進行同一項檢測，獲取獨立的測試結果。因此，可重復性是一個測試系統能否對一個固定的測試對象提供穩定的結果[7]。

圖1A：胼胝體膝部的測量選擇區域； B：胼胝體壓部的測量選擇區域圖2C：內囊前肢的測量選擇區域；D：內囊后肢的測量選擇區域圖3E：丘腦的測量選擇區域圖4A1：胼胝體膝部K值的測量值為1.041；B1：胼胝體壓部K值的測量值為1.012圖5C1：內囊前肢K值的測量值為0.981；D1：內囊后肢K值的測量值為1.346圖6E1：丘腦K值的測量值為1.061圖7A2：胼胝體膝部D值的測量值為1.002× 10-3mm2/s； B2：胼胝體壓部D值的測量值為1.128×10-3mm2/s圖8C2：內囊前肢D值的測量值為0.869×10-3mm2/s；D2：內囊后肢D值的測量值為0.882× 10-3mm2/s圖9E2：丘腦D值的測量值為0.932×103mm2/sFig. 1A: The region of interests (ROI) selected for the measurement on the genu of corpus callosum. B: The ROI drawn on the splenium of corpus callosum.Fig. 2C: The ROI contoured on the anterior limb of internal capsule. D: The ROI on the posterior anterior limb of internal capsule.Fig. 3E: The ROI for the measurement of the thalamus.Fig. 4A1: The K value measured on the genu of corpus callosum was 1.041. B1: The K value calculated on the the splenium of corpus callosum was 1.012.Fig.5C1: The measured K value on the anterior limb of internal capsule was 0.981. D1: The K value of posterior limb of internal capsule was 1.346.Fig. 6E1: The K value of thalamus was 1.061.Fig. 7A2: The D value measured on the genu of corpus callosum was 1.002 ×10-3mm2/s. B2: The D value calculated on the splenium of corpus callosum was 1.128×10-3mm2/s.Fig. 8C2: The measured D value of the interior limb of internal capsule was 0.869×10-3mm2/s. D2: The D value of posterior limb of internal capsule was 0.882×10-3mm2/s.Fig. 9E2: The D value calculated on the thalamus was 0.932×10-3mm2/s.

表1正常成人腦組織不同部位MD值比較Tab. 1The comparison of MD values at the different anatomical regions of brain tissues in healthy adults

表2正常成人腦組織不同部位MK值比較Tab. 2The comparison of MK values at the different anatomical regions of brain tissues in healthy adults

本研究選擇健康成人志愿者，對其腦組織進行DKI掃描成像，同時進行大腦不同區域的擴散系數(MD)值和峰度系數(MK)值測量的可重復性研究；結果發現正常成人大腦不同區域DKI參數值測量具有良好的可重復性，其參數值測量的觀察者內和觀察者間一致性好。

DKI由Jensen等[8]于2005年首次提出理論，并做了人腦及體模初步研究，證明其可行性，提出其廣泛的研究應用前景。因此，進行腦部DKI成像和參數值測量的可重復性研究對DKI在臨床，尤其是腦部疾病的應用和研究具有較高的價值和臨床意義。

由于本組研究中DKI序列僅使用3個擴散方向(x、y、z)，只能得到MD值和MK值，其分別表示所有方向的平均擴散系數和擴散峰度系數[9]。本組所選受檢者男女比例一樣，剔除性別的差異，而著重對健康成人大腦不同區域擴散系數(MD)值和峰度系數(MK)值的測量，是否存在可重復性研究。測量中由2名高齡資深醫師(觀察者)分別在不同時刻，對同一受檢者大腦不同區域的DKI參數值進行兩次測量。結果發現，同一觀察者在兩次不同時間測量得到的腦組織擴散系數(MD)值和峰度系數(MK)值的組間的一致性較好，具有良好的可重復性。本研究對每一健康受檢者的DKI序列掃描成像圖中，選擇大腦中的胼胝體膝部、胼胝體壓部、內囊前肢、內囊后肢、丘腦等五個區域作為測量對象，并且兩次選擇相應部位的ROI的大小、位置必須一致，分別測得相應區域的MD值及MK值大小并記錄，其平均參數值的(觀察者內)差異無統計學意義(P＞0.05)。同理，對兩觀察者間測量的比較(觀察者間)，其平均參數值的差異也無統計學意義。

綜上所述，腦DKI成像具有較高的穩定性，腦組織的擴散系數(MD)值和峰度系數(MK)值測量不受時間和操作者的限制，其參數值測量的一致性較高，可重復性良好。因此，腦部DKI成像在臨床診斷上具有較高的可靠性和應用價值。

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The repeatability of diffusion kurtosis imaging on the brain tissue in healthy adults

BAO Dao-liang, ZHANG Mei-fang, SU Li-qing, XIAO You-ping, CAO Xi-sheng, YAO Yi-qi, CHEN Yun-bin*
Department of Radiology, Fujian Tumor Hospital, Fuzhou 350014, China

Objective:To study the reproducibility of diffusion kurtosis imaging (DKI) on the brain tissue in healthy adults.Materials and Methods:Twenty-six healthy volunteers aged from 31 to 66 years were enrolled into this present study. All enrolled subjects were scanned with the DKI sequence on their head and b-factors of 0, 500, 1000, 1500, and 2000 s/mm2were applied. Two observers (experienced radiologist) independently interpreted the acquired DKI images and conducted the measurement of diffusion coefficient (MD) and diffusion kurtosis coefficient (MK). All statistical analysis were conducted on the SPSS 19.0 software, and the inter-and intra-observer consistency of diffusion coefficient (MD) and diffusion kurtosis coefficient (MK) were tested by the repeatability measurements.Results:The MD and MK of the genu and splenium of the corpus callosum, the anterior and posterior limbs of internal capsule and thalamus were measured by two observers at the different time-points respectively. As a result, the difference between the measurements conducted by the same observer at the different times (intra-observer) was not statistically signif i cant (P＞0.05), whereas the difference between the measurements between different observers (inter-observer) was also not statistically signif i cant (P＞0.05).Conclusions:The parameter measurements of DKI on the brain tissues of normal adults are repeatable and may be potentially used to ref l ect the changes of the micro-structures of brain tissue.

Diffusion kurtosis imaging; Diffusion coefficient; Diffusion kurtosis coeff i cient; Repeatability

Chen YB, E-mail: yunbinchen@126.com

Received 26 July 2016, Accepted 8 Oct 2016

福建省科技廳社會發展引導性重點基金項目、國家臨床重點?？平ㄔO項目和福建省臨床重點專科建設項目(編號：2014Y0013)

福建省腫瘤醫院放診科，福州 350014

陳韻彬，E-mail：yunbinchen@126. com

2016-07-26

接受日期：2016-10-08

R445.2；R742

A

10.12015/issn.1674-8034.2016.11.002

鮑道亮, 張梅芳, 蘇麗清, 等. 擴散峰度成像在正常成人腦組織中可重復性的研究. 磁共振成像, 2016, 7(11): 804-807.*

ACKNOWLEDGEMENTSThis study is partly supported by the Social Development Guidance Project of Fujian Province, the National Clinical Key Specialty Construction Program and the Key Clinical Specialty Discipline Construction Program of Fujian (No. 2014Y0013).