磁共振擴散峰度成像評價急性胰腺炎及其嚴重程度分級的價值

徐紅霞， 黃小華， 劉夢苓， 匡靜， 成濤， 劉翠蘭

急性胰腺炎(acute pancreatitis,AP)是多種病因導致胰酶原過早轉化為胰酶后引起胰腺本身及鄰近臟器組織水腫、出血甚至壞死的一種非細菌性的炎性病變。報道顯示輕癥AP的死亡率小于2%，中重癥的死亡率約為5%，而重癥的死亡率為15%～20%[1]，可見嚴重程度越重，其病死率越高[2]；同時，不同嚴重程度AP的臨床處理方案、出現(xiàn)相關并發(fā)癥的幾率及預后均不一樣，因此AP的早期診斷及準確分級至關重要。目前臨床診斷AP的主要手段是依賴于臨床表現(xiàn)、影像學檢查技術及生化指標。MRI是一種無創(chuàng)的影像檢查技術，組織分辨率較高。擴散峰度成像(diffusion kurtosis imaging,DKI)是一種較新的功能MRI技術，該技術在DWI的基礎上，以水分子擴散呈非高斯分布為前提，從微觀層面反映組織結構變化，并對這種變化進行更精準的量化[3]。目前國內關于DKI應用于AP的研究報道相對少見，本文擬探討DKI技術在AP的診斷及嚴重程度分級中的應用價值。

材料與方法

1.研究對象

本研究前瞻性收集2016年8月-2017年8月經(jīng)臨床確診的AP患者并進行MRI掃描，共計67例入選，根據(jù)診斷標準、納入標準及排除標準，篩選出AP患者57例(AP組)，其中男31例，女26例，年齡22～78歲，平均年齡(47±16)歲；同期選取正常志愿者24例作為對照組(normal patient，NP)，其中男15例，女9例，年齡24～69歲，平均年齡(49±17)歲。

所有受試者的臨床及相關實驗室檢查均在入院后3～48小時內進行。本研究經(jīng)本院倫理委員會同意批準執(zhí)行，MRI掃描前受試者均簽訂MRI檢查知情同意書。

2.診斷標準

AP的診斷標準參考AP亞特蘭大分類標準修訂版(2012)[4]：①出現(xiàn)與AP相符的腹痛；②血淀粉酶和(或)脂肪酶超過正常值上限3倍以上；③腹部MRI檢查出現(xiàn)與AP相符合的影像學改變。滿足上述3項中任2項即可診斷為AP。

3.納入標準

納入標準[5]：①所有患者均于入院后3～48h內進行MRI檢查；②無MRI檢查禁忌證。

4.排除標準

排除標準：①有金屬等順磁物質干擾成像者；②臨床癥狀較重難以配合檢查、圖像質量差難以進行測量及臨床資料不全者；③胰腺合并腫瘤性病變、胰腺發(fā)育畸形、有胰腺手術史者；④合并失代償期肝硬化或低白蛋白血癥(<30g/L)者；⑤同時患有腹腔、腹膜后間隙其他疾病者。

5.嚴重程度分級

AP的嚴重程度分級采用改良CT嚴重指數(shù)(modified computed tomography severity index，MCTSI)[6]，即胰腺的炎癥改變加上壞死的評分之和。劉移忠等[7]將MCTSI的評分標準同樣應用于磁共振嚴重指數(shù)(magnetic resonance severity index,MRSI)，結果顯示在判斷AP嚴重程度分級的診斷符合率方面，MRSI略高于MCTSI，因此本文采用MRSI的評分標準(表1)將AP組分為3個亞組：<3分為輕癥組，4～6分為中重癥組，≥7分為重癥組。

表1 AP的MRSI評分標準

6.檢查方法

采用GE Discovery MR 750 3.0T超導磁共振成像儀，32通道相控陣列線圈，檢查前禁飲禁食6h，并訓練患者均勻呼吸。檢查體位取仰臥位，頭先進。經(jīng)三平面定位后，在自由呼吸狀態(tài)下行上腹部T1WI、T2WI等常規(guī)序列及多b值DKI序列掃描。DKI采用梯度回波單次激發(fā)的回波平面成像(GRE-EPI)序列。成像參數(shù)：選取3個b值(0、1000、2000 s/mm2)，15個擴散敏感梯度方向；視野30.0 cm×24.0 cm，層厚6.0 mm，間隔1.0 mm；TR 8000 ms，Min-TE，矩陣128×128，激勵次數(shù)2，帶寬250 Hz/pixel。

7.數(shù)據(jù)處理

NP組和AP組的影像數(shù)據(jù)均傳輸至MR工作站(GE Advantage Windows 4.4 Workstation)，選取Function Tool 2軟件包中的 DKI軟件。采用閾值法去除周圍脂肪、骨、氣體等組織的影像，獲得DKI各參數(shù)圖，如平均峰度(mean kurtosis,MK)、軸向峰度(axial kurtosis,Ka)、徑向峰度(radial kurtosis,Kr)，以及衍生參數(shù)圖，如各向異性分數(shù)(fractional anisotropy,FA)、平均擴散(mean diffusion,MD)、軸向擴散(axial diffusion，Da)、徑向擴散(radial diffusion，Dr)。由兩位具有5年以上工作經(jīng)驗的放射科醫(yī)師對兩組不同嚴重程度分級的各參數(shù)圖進行參數(shù)值的測量：分別在胰頭、體、尾三區(qū)最佳顯示層面的DKI參數(shù)圖上放置ROI，每一部位均測3次，并取平均值，最終將兩醫(yī)師所測值相加取其平均值為最終平均值。在測量過程中，ROI盡量避開血管、胰管、囊變及壞死區(qū)，并盡量遠離胰腺邊緣以使測得的數(shù)據(jù)更真實，ROI大小為(34±3) mm2。

表2 各參數(shù)在輕癥AP不同部位間的比較

表3 各參數(shù)在中重癥AP不同部位間的比較

表4 各參數(shù)在重癥AP不同部位間的比較

8.統(tǒng)計學分析

采用SPSS 13.0統(tǒng)計學軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。所有數(shù)據(jù)先行正態(tài)性分布檢驗，正態(tài)性分布者行獨立樣本t檢驗，非正態(tài)性分布者行符號秩和檢驗。由于所測參數(shù)呈偏態(tài)性分布，所以采用非參數(shù)檢驗(Kruskal-Wallis H檢驗)評價各參數(shù)在AP組與NP組間的統(tǒng)計學差異，并進一步比較各參數(shù)在輕癥、中重癥及重癥這三個亞組間的差異，對有統(tǒng)計學意義的參數(shù)繪制ROC曲線，用ROC曲線下面積(area under the ROC curve，AUC)、敏感性及特異性等指標評價有意義參數(shù)評估AP嚴重程度分級的診斷效能。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結 果

根據(jù)MRSI的評分標準，本組57例AP中，輕癥24例，中重癥27例，重癥6例。DKI各參數(shù)及衍生參數(shù)在同一嚴重程度AP狀態(tài)下,胰腺不同部位(頭、體、尾部)之間均無統(tǒng)計學差異(P均>0.05，表2～4)。

將胰頭、體及尾部3個部位的所測數(shù)據(jù)取平均值，比較各參數(shù)均值在AP組與NP組間的差異，除FA(Z=1.798，P=0.072)、Kr(Z=0.186，P=0.852)外，其余參數(shù)在兩組間的差異均具有統(tǒng)計學意義(P均<0.05，表5)。

表5 各參數(shù)在 AP組與NP組間的比較

圖1 各參數(shù)的ROC曲線。a) DKI參數(shù)MK、Ka及Kr的ROC曲線；b)DKI衍生參數(shù)FA、MD、Da及Dr的ROC曲線。

參數(shù)輕癥組(n=24)中重癥組(n=27)重癥組(n=6)P值MK0.574±0.0960.612±0.1080.613±0.1100.028Ka0.558±0.1180.662±0.1190.657±0.1350.000Kr0.489±0.1310.539±0.1420.540±0.2000.026FA0.297±0.0920.237±0.0970.212±0.0900.000MD1.970±0.3981.703±0.3671.662±0.4040.000Da2.610±0.5712.127±0.5002.024±0.4700.000Dr1.649±0.3511.520±0.3721.481±0.3910.014

注：P值為輕癥、中重癥、重癥三組間的秩和檢驗值。

表7 各參數(shù)在不同嚴重程度AP中的兩兩比較

表8 各參數(shù)的診斷效能

各參數(shù)在輕癥、中重癥及重癥AP間的差異均具有統(tǒng)計學意義(P均<0.05，表6)。中重癥及重癥AP的DKI參數(shù)Ka、Kr值明顯大于輕癥AP，而其衍生參數(shù)FA、MD、Da、Dr值明顯小于輕癥AP。輕癥與中重癥AP之間，各參數(shù)均存在統(tǒng)計學差異(P均<0.05)；輕癥與重癥AP之間，除MK(Z=1.826，P=0.068)外，其余參數(shù)均具有統(tǒng)計學差異(P均<0.05)；中重癥與重癥AP之間各參數(shù)均無統(tǒng)計學差異(P均>0.05，表7)。

各參數(shù)評估AP嚴重程度分級的ROC曲線見圖1，診斷效能見表8。Ka的診斷效能最大，AUC為0.743，敏感度為78.310%，特異度為75.000%。AP組與NP組的DKI原始圖像及各參數(shù)偽彩圖見圖2、3。

討 論

DKI技術是以水分子擴散呈非高斯分布為理論基礎的一種新的MRI技術，其結合二階三維擴散張量、四階三維峰度張量來實現(xiàn)對水分子運動的描述[8]，并以超值峰度(excess kurtosis,K)量化水分子擴散偏離正態(tài)分布的程度[9]，能從微觀層面對組織微觀結構變化做出較為準確的判斷,實現(xiàn)對疾病的精準量化。水分子擴散受到的限制因素與組織微觀結構的復雜程度正相關。實體組織內水分子在擴散過程中由于受到各種細胞器膜、腔室分隔及其它阻礙，擴散行為偏離正態(tài)分布,呈非高斯性，這種偏離程度越高，擴散的非高斯性越明顯，DKI技術能對這種偏離程度進行準確描述。DKI技術能得到峰度參數(shù)MK、Ka、Kr以及衍生參數(shù)FA、MD、Da、Dr。DKI最初多應用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)[10-12]，其臨床應用較為廣泛。近年來隨著MRI新技術的不斷發(fā)展[13]，圖像的信噪比和對比分辨力得以提高，DKI技術已逐漸應用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)以外的部位，其在腹部的應用日漸增多[14]。目前DKI技術在鑒別腫瘤良惡性方面已較成熟，關于DKI在腹部腫瘤性病變如直腸癌[15,16]、前列腺癌[17,18]、子宮內膜癌[19]及轉移性病變[20]等的診斷及鑒別診斷方面已有較多文獻報道。目前已有DKI應用于胰腺的研究報道。Noda等[21]研究DKI在胰腺纖維化中的變化，結果顯示MK可能與胰腺纖維化程度呈正相關性；Kartalis等[22]對DKI及DWI在胰腺癌中的應用進行對比，發(fā)現(xiàn)DKI具有較高的診斷效能。目前關于DKI在AP中的研究報道較為少見。

圖2 男，45歲，急性出血壞死性胰腺炎。a) DKI原始圖像示胰腺體尾部腫脹增粗(黃箭)，胰尾周圍及左腎前旁間隙片狀信號增高影(紅箭)； b) MK偽彩圖； c) Ka偽彩圖； d) Kr偽彩圖； e) FA偽彩圖； f) MD偽彩圖； g) Da偽彩圖； h) Dr偽彩圖。

圖3 男，40歲，正常志愿者。a) DKI原始圖像； b) MK偽彩圖； c) Ka偽彩圖； d) Kr偽彩圖； e) FA偽彩圖； f) MD偽彩圖； g) Da偽彩圖； h) Dr偽彩圖。

AP的發(fā)病機制包括胰酶的異常激活引起胰腺組織自噬，同時由于胰腺的供血動脈多為終末動脈，側支循環(huán)不豐富，當炎癥累及血管時引起局部缺血，則可導致胰腺缺血、腺泡細胞脫水、壞死出現(xiàn)胰腺炎[23]。馮紅霞等[24]比較不同嚴重程度胰腺炎中胰腺受累部位的情況發(fā)現(xiàn)，輕癥AP主要累及胰尾部或體尾部，重癥AP主要累及胰體尾部或頭體尾均受累，其原因是胰頭或胰體的血液循環(huán)較尾部稍豐富，累及相對較少。然而，本研究中，DKI各參數(shù)在同一嚴重程度AP狀態(tài)下、胰腺不同部位間的差異均無統(tǒng)計學意義，可能是由于胰腺炎主要是胰腺間質的炎癥，而胰腺無包膜[25]，炎性滲液可累及胰腺周圍的結締組織并擴散至全胰腺，因此從微觀層面看同一炎癥程度時胰腺各部位均受到同樣程度的損害。MK為多個擴散梯度方向上峰度值的平均值，其大小受組織的空間方位影響較小，而主要取決于ROI內組織結構的異形性及不均質性。本研究中，MK隨嚴重程度的加重而增大，且能區(qū)分AP組與NP組、輕癥與中重癥AP，其原因為：AP的炎性介質滲出，腺泡細胞凋亡，導管上皮細胞增生，同時胰酶異常激活引起胰腺自噬，炎癥細胞浸潤，組織內細胞水腫而擴大，細胞外間隙縮小，炎性介質累及血管時引起血管壁破壞、出血，血液積存等，這些因素會增加組織微觀結構的復雜程度，使水分子擴散受限，這也證實AP狀態(tài)下水分子運動受限會引起DKI 參數(shù)值的增高，與Green等[26]、Chen等[27]的解釋類似。Ka是本征向量方向的峰度平均值，其值越大，說明在該方向組織結構越復雜。DKI的衍生參數(shù)MD主要反映所有方向上水分子擴散程度的平均值，其值越小則組織中可以自由擴散的水分子越少；Da、Dr分別代表本征向量方向的擴散值及與本征向量方向垂直方向上的擴散平均值。本研究中MD、Da、Dr均能區(qū)分AP組與NP組，中重癥與輕癥AP，重癥與輕癥AP，且其數(shù)值隨著AP嚴重程度的增加而減小，其原因可能是異常激活的胰酶引起細胞因子、炎癥介質及氧自由基的誘生，直接刺激胰腺腺管使其管壁腫脹，腺管腔變形、阻塞，同時刺激小葉間隔增厚，纖維組織反應性增生等，胰腺組織內蛋白成分排出受阻，組織內粘滯性增加，限制水分子的擴散，導致水分子擴散距離縮短，MD、Da、Dr值減小[28]。FA主要反映在各個方向擴散差異的大小。有些組織具有明顯的各向異性，如神經(jīng)軸突、腦白質、肌肉[29]等，與纖維走形方向相平行的水分子的擴散不受限制，而垂直方向受限較多；而一些分泌性器官的各向異性主要與導管微結構有關[30]，胰腺導管及其分支、腺泡排列在胰腺小葉結構中，使其具有明顯的各向異性。文獻[31]報道的胰腺炎及胰腺癌的各向異性減低，F(xiàn)A值減小，以及本研究中FA值隨著AP嚴重程度的增加而減低，均可用上述原因解釋。本研究中，Kr值在NP組與AP組之間差異無統(tǒng)計學意義，但在不同嚴重程度AP間存在統(tǒng)計學差異，可能是因為炎癥因素刺激胰腺小葉，引起正常微觀結構順序紊亂所致，其具體病理機制有待進一步研究。

本研究發(fā)現(xiàn)，擴散參數(shù)隨AP嚴重程度的加重而減小，而峰度參數(shù)隨嚴重程度的加重而增大；擴散參數(shù)FA、MD、Da、Dr及峰度參數(shù)Ka、Kr在癥度與中重癥AP、輕癥與重癥AP之間均存在統(tǒng)計學差異；MK只在輕癥與中重癥AP之間存在統(tǒng)計學差異；上述各參數(shù)中Ka的診斷效能較大?？傊?，DKI技術有助于AP的診斷，且對判定AP嚴重程度分級具有一定的臨床價值。

本研究不足之處在于收集的重癥AP樣本量偏少，這也可能是引起中重癥與重癥AP組間差異不明顯的原因，有待進一步研究。