擴散峰度成像在腫瘤中的研究進展

張 娟，張學(xué)花，李 婷，楊冬均，翟昭華

（川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放射科，四川 南充 637000）

擴散峰度成像在腫瘤中的研究進展

張 娟，張學(xué)花，李 婷，楊冬均，翟昭華

（川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放射科，四川 南充 637000）

擴散峰度成像（DKI）是近年發(fā)展起來的一項新的磁共振功能成像技術(shù)，它能反映更復(fù)雜的水分子的擴散，其多個峰度指標(biāo)在良性腫瘤中較低而在惡性腫瘤中較高，并可隨著腫瘤的惡性程度增加而增高。雖然目前DKI在腫瘤方面的研究仍相對較少，但從國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)完成的一系列實驗中我們可以發(fā)現(xiàn)DKI的重要價值，隨著DKI技術(shù)的進一步成熟與發(fā)展，我們相信其必將為臨床工作做出更多貢獻。

腫瘤；磁共振成像

擴散峰度成像（Diffusion kurtorsis imaging，DKI）是近年發(fā)展起來的一項新的磁共振功能成像技術(shù)，是對擴散張量成像 （DTI）的進一步延伸與擴展，是磁共振擴散成像史上（DWI-DTI-DKI）的第三次飛躍。與DWI及DTI研究正態(tài)分布水分子的擴散不同，DKI研究的是非正態(tài)分布水分子的擴散，即非高斯擴散。近年來，DKI在中樞神經(jīng)系統(tǒng)研究最多，在乳腺、前列腺中的研究已有少許報道，雖然DKI技術(shù)的應(yīng)用還不成熟，但在臨床與科研中已展現(xiàn)出重要的價值，本文主要綜述DKI在腫瘤中的研究進展。

1 DKI的基本原理與主要參數(shù)

1.1 基本原理

DTI技術(shù)假定水分子呈高斯擴散，不同b值下的水分子的擴散信號呈線性衰減，可是當(dāng)b>1 000 s/mm2時水分子的擴散信號就已經(jīng)偏離了線性衰減，呈非高斯分布，而且由于生物體內(nèi)細胞膜、細胞器等的存在使得生物體內(nèi)水分子呈高斯擴散的可能性降低，因此用常規(guī)DTI也許存在較大的誤差，而水分子非高斯擴散模型或許才更適用于生物體的研究[1]。水分子非高斯擴散模型有擴散峰度成像、Q空間成像、擴散頻譜成像（Diffusion spectrum imaging，DSI）等。而 DKI技術(shù)則是針對DTI假設(shè)弱點發(fā)展起來的，其脈沖序列與傳統(tǒng)DWI相同，但具有更高的b值，并運用DTI的二階三維和峰度張量中的四階三維對水分子的限制性擴散進行更高級別的描述，它建立于水分子非高斯擴散模型基礎(chǔ)之上，并可以通過峰度值來測量其偏離高斯分布的運動軌跡，從而在獲取DWI與DTI相關(guān)參數(shù)的同時，還能額外獲取水分子非高斯分布的特征參數(shù)，因而更適合顯示組織微結(jié)構(gòu)的改變[2-4]。

1.2 主要參數(shù)

DKI的主要特征參數(shù)有平均峰度 （Mean kurtosis，MK）、徑向峰度 （Radial kurtosis，RK）、軸位峰度 （Axial kurtosis，AK）與峰度各向異性（Kurtosis anisotropy，KA）。與KA不同，MK的大小不會依賴組織結(jié)構(gòu)的空間方位，它是所有方向上峰度的平均值，其大小與感興趣區(qū)（ROI）內(nèi)組織的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度呈正相關(guān)關(guān)系，即ROI內(nèi)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，非高斯分布水分子擴散受限越顯著，MK也越大[4]。AK是指主本征向量方向上的峰度值，而RK是指垂直于主本征向量方向上峰度的平均值，即主要擴散正交方向上峰度的平均值，由于擴散受限主要在徑向方向，因此RK較AK更為重要[4-5]。KA值與DTI的部分各向異性分數(shù)（FA）值較為相似，但會隨著峰度的改變而發(fā)生變化，KA值越大表明組織的擴散越趨近于各向異性，提示組織結(jié)構(gòu)越致密越復(fù)雜。

2 主要應(yīng)用

良性腫瘤細胞增殖相對較慢，細胞較為均一，而惡變后的腫瘤細胞增殖較快，排列較密，細胞間隙小，細胞核大，核異型性多見，核漿比增加，新生血管增多，壞死與囊變多見等病理改變讓惡性腫瘤組織結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，水分子的非高斯擴散受限更加明顯，從而在DKI上表現(xiàn)為峰度參數(shù)值增高。近年來，DKI在膠質(zhì)瘤、乳腺腫瘤以及前列腺腫瘤方面有一定研究。

2.1 膠質(zhì)瘤

膠質(zhì)瘤又稱星形細胞瘤，是腦內(nèi)最常見的原發(fā)性腫瘤，依據(jù)WHO標(biāo)準(zhǔn)主要分為4級 （Ⅰ～Ⅳ級），其中Ⅰ級分化良好，Ⅱ級為良惡交界性，Ⅲ～Ⅳ級分化不良呈惡性。依據(jù)分級又可以將膠質(zhì)瘤分為兩個級別（Ⅰ～Ⅱ級為低級別，Ⅲ～Ⅳ級為高級別），二者的臨床治療與預(yù)后明顯不同，因而正確的術(shù)前分級具有相當(dāng)重要的價值。雖然DTI技術(shù)在腦膠質(zhì)瘤的分級中已有一定的研究與應(yīng)用，但是由于DTI的重要指標(biāo)FA值受腫瘤細胞密度、腫瘤結(jié)構(gòu)、腫瘤血管分布等多個因素影響，因此或許用DTI技術(shù)來研究腫瘤誤差較大，而DKI技術(shù)則不依賴于組織的空間結(jié)構(gòu)，不要求組織內(nèi)的水分子呈高斯擴散，因此DKI技術(shù)理論上講更適合于腫瘤研究，特別是腦腫瘤的研究[2]。已有多位學(xué)者通過實驗評估了DKI技術(shù)在膠質(zhì)瘤分級中的價值。Raab等[6]發(fā)現(xiàn)，MK值隨著膠質(zhì)瘤惡性程度增高而增加，而表觀彌散系數(shù)（ADC）則隨著膠質(zhì)瘤惡性程度增高而降低，F(xiàn)A值在高低級別的膠質(zhì)瘤中則沒有統(tǒng)計學(xué)差異。隨后，學(xué)者Van Cauter等[7]研究發(fā)現(xiàn)高級別膠質(zhì)瘤的MK、RK與AK高于低級別膠質(zhì)瘤，P值分別為0.02、0.015、0.01，而FA與平均擴散張量（MD）值在高低級別膠質(zhì)瘤中沒有統(tǒng)計學(xué)差異；在MK、RK、AK、FA與MD 5個指標(biāo)中，MK在鑒別高低級別膠質(zhì)瘤中具有最高的特異性與敏感性，分別為82%、71%。國內(nèi)學(xué)者衛(wèi)華等[8]在他們的實驗中得出，腦星形細胞瘤實質(zhì)部分MK值有助于高低級別腦星形細胞瘤分級,但尚不能有助于WHOⅢ級和Ⅳ級腦星形細胞瘤分級；WHOⅢ級的囊變區(qū)和近側(cè)水腫帶之間的MK值不存在差異，而WHOⅣ級腫瘤的囊變區(qū)和近側(cè)水腫帶之間的MK值卻存在明顯差異，這也許有助于WHOⅢ級和Ⅳ級腦星形細胞瘤鑒別。

2.2 乳腺腫瘤

乳腺腫瘤是女性的常見腫瘤，良性者以乳腺纖維瘤較多見，而惡性者以乳腺癌最為常見。乳腺癌嚴重危及患者身心健康與生命安全，早期發(fā)現(xiàn)、診斷與治療能明顯提高患者的預(yù)后。臨床上，X線鉬靶攝影與彩色超聲檢查是乳腺腫瘤中應(yīng)用較多的無創(chuàng)檢查，但前者有輻射，不太適合年輕患者與妊娠或哺乳期女性，而后者對于較深部位較小的乳腺腫瘤判斷有時有一定難度。雖然穿刺活檢或手術(shù)切除活檢是其確診金標(biāo)準(zhǔn)，但屬有創(chuàng)檢查。DKI技術(shù)是磁共振新的功能成像技術(shù)，其在鑒別乳腺腫瘤良惡性方面已有報道。Nogueira等[9]比較了36例患者的44個乳腺腫瘤病灶，他們發(fā)現(xiàn)ADC、MD、MK三個參數(shù)在良惡性病灶中均有顯著差異，P值分別為0.017，0.028，0.017。ADC與MD在良性病變的值高于惡性病變的值，而MK值則與之相反，在惡性中較高（0.61±0.27），在良性中較低（0.37±0.18）。在纖維腺瘤與纖維囊性變中僅MK值顯示出了差異，而ADC與MD值未顯示差異，由此可見，MK值能提供更多、更復(fù)雜微結(jié)構(gòu)的彌散信息。Wu等[10]用7個b值的DKI對103例患者的124個病灶的MD與MK進行測量并統(tǒng)計分析，他們發(fā)現(xiàn)惡性病灶的MK值明顯高于良性病變的MK值，MD值則與之相反，雖然MD與MK在檢測惡性病變的特異性均為92.9%，但MK的敏感性（84.2%）高于MD（79.3%）。從已有的實驗已經(jīng)可以看出DKI指標(biāo)在鑒別乳腺腫瘤良惡性方面的敏感性與特異性均較高，但遺憾的是目前還少有實驗對X線鉬靶攝影、彩色超聲與磁共振DKI技術(shù)在乳腺腫瘤的應(yīng)用進行對比研究。

2.3 前列腺腫瘤

前列腺癌多發(fā)生于老年男性，近年來在我國發(fā)病率有增高趨勢。多位國內(nèi)外學(xué)者對DKI在前列腺癌方面的價值進行了研究，發(fā)現(xiàn)DKI在鑒別前列腺癌與良性前列腺增生以及前列腺正常組織方面有重要價值。Quentin等[11]研究了DKI在前列腺癌評估中的可行性，他們得出DKI常用指標(biāo)AK與MK在前列腺癌患者中明顯高于正常的前列腺外周帶或中央帶，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。Rosenkrantz等[12]用DKI對前列腺外周帶癌的檢出與評估的可行性進行研究，發(fā)現(xiàn)峰度（K）值在區(qū)分癌變與良性前列腺組織中明顯比ADC值及彌散指數(shù) （D）值更敏感，三者敏感性分別為93.3%、78.5%、83.5%，K值在鑒別低分化與高分化前列腺癌中較ADC值與D值更敏感，敏感性分別為68.6%、51.0%、49.0%。Suo等[13]對19例最后被病理活檢證實的前列腺癌患者進行研究，分別用ADC、D、K三個值評估前列腺癌與正常前列腺外周帶組織間差異，他們得出前列腺癌的ADC值與D值顯著低于前列腺正常組織，差異有統(tǒng)計學(xué)意義；而前列腺癌的K值則明顯高于正常前列腺組織，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。D與K在前列腺癌中呈顯著負相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.729。Tamura等[14]對前列腺癌、良性前列腺增生以及正常前列腺外周帶組織DKI的各參數(shù)指標(biāo)進行了比較，他們發(fā)現(xiàn)前列腺癌的K值高于前列腺良性結(jié)節(jié)樣增生及正常前列腺外周帶，三者的K值分別為1.19±0.24、0.99±0.28以及0.63±0.23，雖然分析ROC曲線下面積時，K值與ADC值間沒有顯著差異，但與D值及ADC值相比，K值在鑒別前列腺癌與良性前列腺外周帶組織的敏感性最高，敏感性為95%，而D、ADC則只有75%。

DKI是近年發(fā)展起來的磁共振新的功能成像技術(shù)，雖然其在腫瘤方面的研究仍相對較少，但從國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)完成的一系列實驗中我們可以發(fā)現(xiàn)DKI在鑒別腫瘤良惡性及部分腫瘤分級中具備重要價值，隨著DKI技術(shù)的進一步成熟與發(fā)展，我們相信其必將為臨床工作做出更多貢獻。

[1]張順，姚義好，張水霞，等.腦梗死不同時期的MR擴散峰度成像表現(xiàn)[J].中華放射學(xué)雜志，2014，48（6）：443-447.

[2]廖海波，肖新蘭.磁共振擴散峰度成像技術(shù)原理及在膠質(zhì)瘤分級中的應(yīng)用[J].臨床放射學(xué)雜志，2013，32（12）：1824-1826.

[3]魏璇，馬金宇，哈若水，等.擴散峰度成像評價正常成人腦灰白質(zhì)差異[J].中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2013，29（12）：1941-1945.

[4]單藝，盧潔，李坤成.擴散峰度成像在缺血性腦卒中的研究進展[J].中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2013，29（12）：2046-2048.

[5]曾丁巳，肖新蘭.擴散峰度成像（DKI）在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)用[J].臨床放射學(xué)雜志，2011，30（9）：1400-1402.

[6]Raab P,Hattingen E,Franz K,et al.Cerebral gliomas:diffusion-al kurtosis imaging analysis of microstructural differences[J].Radiology,2010,254(3):876-881.

[7]Van Cauter S,Veraart J,Sijbers J,et al.Gliomas:diffusion kurtosis MR imaging in grading[J].Radiology,2012,263(2):492-501.

[8]衛(wèi)華，張輝，王效春，等.平均峰度在腦星形細胞瘤分級中的應(yīng)用價值[J].中西醫(yī)結(jié)合心腦血管病雜志，2014，12（5）：591-592；603.

[9]Nogueira L,Brandao S,Matos E,et al.Application of the diffusion kurtosis model for the study of breast lesions[J].Eur Radiol, 2014,24(6):1197-1203.

[10]Wu DM,Li GW,Zhang JX,et al.Characterization of breast tumors using diffusion kurtosis imaging(DKI)[J].PLoS One,2014, 9(11):e113240.

[11]Quentin M,Pentang G,Schimmoller L,et al.Feasibility of diffusional kurtosis tensor imaging in prostate MRI for the assessment of prostate cancer:preliminary results[J].Magn Reson Imaging,2014,32(7):880-885.

[12]Rosenkrantz AB,Prabhu V,Sigmund EE,et al.Utility of diffusional kurtosis imaging as a marker of adverse pathologic outcomes among prostate cancer active surveillance candidates undergoing radical prostatectomy[J].AJR,2013,201(4):840-846.

[13]Suo ST,Chen XX,Wu LM,et al.Non-Gaussian water diffusion kurtosis imaging of prostate cancer[J].Magn Reson Imaging, 2014,32(5):421-427.

[14]Tamura C,Shinmoto H,Soga S,et al.Diffusion kurtosis imaging study of prostate cancer:preliminary findings[J].J Magn Reson Imaging,2013,40(3):723-729.

Research progress of diffusion kurtorsis imaging in tumor

ZHANG Juan,ZHANG Xue-hua,LI Ting,YANG Dong-jun,ZHAI Zhao-hua
(Department of Radiology,Affiliated Hospital of North Sichuan Medical College,Nanchong Sichuan 637000,China)

DKI,a new magnetic resonance imaging technology,which can reflect the more complex diffusion of water molecules is developed in recent years.Multiple kurtosis indexes of DKI are lower in the benign tumor while higher in the malignant tumor.Moreover,these kurtosis indexes can be increased with tumor malignant degree increased.Although the number of DKI in cancer research is relatively small,we still can find the important value of DKI from a series of experiments done by domestic and foreign scholars.With the further maturity and development of DKI technology,we believe that it will make more contributions to clinical work.

Neoplasms;Magnetic resonance imaging

R73；R445.2

A

1008-1062（2016）03-0205-03

2015-04-24；

2015-05-30

張娟（1988-），女，四川南充人，在讀碩士研究生。E-mail：511861463@qq.com

翟昭華，川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放射科，637000。E-mail：zhaizhaohuada@163.com