張華文，周　欣，周　琳，趙　寧

（陜西省核工業(yè)二一五醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，陜西咸陽712000）

?

單指數(shù)及雙指數(shù)模型DWI對(duì)缺血性腦卒中患者的評(píng)價(jià)

張華文，周欣，周琳，趙寧

（陜西省核工業(yè)二一五醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，陜西咸陽712000）

［摘要］目的：比較不同時(shí)期缺血性腦卒中（ischemic stroke，IS）單指數(shù)及雙指數(shù)模型DWI參數(shù)的差異。方法：收集經(jīng)臨床綜合確診為IS的患者32例（超急性期12例、急性期10例、亞急性期10例），所有患者行常規(guī)DWI（b＝1 000 s/mm2）及多b值DWI （b＝20～5 000 s/mm2）成像，應(yīng)用單指數(shù)模型測(cè)量缺血核心區(qū)和對(duì)側(cè)鏡像區(qū)域ADC值，應(yīng)用雙指數(shù)模型測(cè)量缺血核心區(qū)和對(duì)側(cè)鏡像區(qū)域快速表觀擴(kuò)散系數(shù)（ADCfast）、慢速表觀擴(kuò)散系數(shù)（ADCslow）、快速擴(kuò)散成分比（ffast）。結(jié)果：超急性期、急性期、亞急性期IS患側(cè)缺血核心區(qū)ADC、ADCfast、ADCslow均低于對(duì)側(cè)鏡像區(qū)，雙側(cè)比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）；超急性期、急性期、亞急性期ffast均低于對(duì)側(cè)鏡像區(qū)，雙側(cè)比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）；超急性期、急性期、亞急性期患側(cè)rADC、rADCfast及rADCslow組比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。結(jié)論：常規(guī)DWI單指數(shù)ADC只能反映腦組織擴(kuò)散受限的程度，可用來診斷IS；多b值DWI雙指數(shù)ADC可反映腦組織灌注和擴(kuò)散的信息，能對(duì)IS早期診斷和治療提供重要依據(jù)。

［關(guān)鍵詞］缺血性腦卒中；磁共振成像，彌散

Diffusion weighted imaging with mono -exponential model and bi -exponential model in patients with ischemic stroke

ZHANG Huawen，ZHOU Xin，ZHOU Lin，ZHAO Ning. Department of Medical Imaging，215 Hospital of Shanxi Nuclear Industry，Xianyang，712000，China.

［Abstract］Objective：To compare the differences of parameters of diffusion weighted imaging（DWI）with both mono-exponen tial model and bi-exponential model in patients with ischemic stroke（IS）. Methods：Thirty-two patients were diagnosed for IS clinically（super acute stage，n＝12；acute stage，n＝10；subacute stage，n＝10）. All patients were examined by GE MR750 for routine diffusion weighted imaging（b＝1 000 s/mm2）and multi-b factor value DWI（b＝20～5 000 s/mm2，MB＝12）. We measured the apparent diffusion coefficient（ADC）of ischemic area and contralateral mirror region with mono-exponential model，as well as fast apparent diffusion coefficient（ADCfast），slow apparent diffusion coefficient（ADCslow），fast diffusing component ratio（ffast）at ischemic core area and contralateral mirror region of patient with bi-exponential model. Results：The ADC，ADCfastand ADCslowvalues of ischemic area in patients at different stage were lower than the mirror side，and the results were statistically significant in bilateral comparison（P＜0.05）；the ffast were lower than the mirror side，and the results were statistically significant in bilateral comparison（P＜0.05）；there were no significant difference among rADC，rADCfastand rADCslowin different stage（P＞0.05）. Conclusion：Mono-exponential ADC of DWI can reflect the degree of brain tissue restricted diffusion，can be used to diagnose IS；bi-exponential ADC of multi-b factor value DWI can reflect the both of cerebral tissue perfusion and diffusion information，can provide the basis for the early diagnosis and treatment of IS.

［Key words］Ischemic stroke；Diffusion magnetic resonance imaging

缺血性腦卒中（ischemic stroke，IS）是由于腦血栓形成或栓子阻塞，使血管腔狹窄或閉塞，引起急性腦供血不足，導(dǎo)致局部腦組織的缺血性壞死［1］，根據(jù)病因分為腦血栓形成和腦栓塞，約占全部腦卒中的60%～80%［2］。DWI已廣泛應(yīng)用于IS的診斷，其定量參數(shù)ADC值比較簡(jiǎn)單地反映組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散情況。在IS早期診斷中，相比于水分子擴(kuò)散，測(cè)量微循環(huán)灌注的意義更大。近年來，體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像（introvoxel incoherent motion，IVIM）在臨床的應(yīng)用越來越多，不僅能提供組織中水分子擴(kuò)散的參數(shù)，還可反映組織灌注的情況［3］。本研究在單指數(shù)模型ADC值測(cè)量的基礎(chǔ)上，同時(shí)采用雙指數(shù)模型揭示快速和慢速2種擴(kuò)散成分，旨在探討不同時(shí)期IS患者腦組織的擴(kuò)散和灌注情況，為臨床治療提供有價(jià)值的信息。

1　資料與方法

1.1一般資料選擇我院2014年3月至2015年3月經(jīng)臨床綜合診斷為IS的患者32例，其中男22例，女10例；年齡42～83歲，平均65.68歲。根據(jù)發(fā)病時(shí)間，分為超急性期（6 h內(nèi)）12例、急性期（6 h～3 d）10例、亞急性期（3 d～3周）10例。主要臨床癥狀有意識(shí)障礙、惡心、嘔吐、失語、偏癱等，其中2例出現(xiàn)昏迷并腦疝形成。患者均簽署MRI掃描知情同意書，煩躁患者酌情給予苯巴比妥鈉10 mg肌內(nèi)注射鎮(zhèn)靜。

1.2儀器與方法應(yīng)用GE MR 750超導(dǎo)型MRI掃描儀，8通道頭頸聯(lián)合線圈，行常規(guī)T1WI、T2WI、FLAIR 及DWI、eDWI掃描。掃描參數(shù)：層厚6 mm，層距0.6mm，F(xiàn)OV 24cm×24cm。DWI參數(shù)：TR 2000ms，TE 70 ms，矩陣160×160，b值＝1 000 s/mm2，掃描時(shí)間16 s。eDWI參數(shù)：TR 3 000 ms，TE 100 ms，矩陣128×128，選取12個(gè)b值，分別為20、50、100、200、400、800、1 000、1 500、2 000、3 000、3 500、5 000 s/mm2，掃描時(shí)間5min 30s。

1.3圖像后處理后處理采用AW 4.6工作站functool軟件，應(yīng)用單指數(shù)模型重建ADC圖，測(cè)量IS中心區(qū)域及對(duì)側(cè)鏡像區(qū)域腦實(shí)質(zhì)ADC值；應(yīng)用雙指數(shù)模型重建ADC圖，測(cè)量IS中心區(qū)域及對(duì)側(cè)鏡像區(qū)域腦實(shí)質(zhì)快速擴(kuò)散成分比（ffast）、快速表觀擴(kuò)散系數(shù)（ADCfast）、慢速表觀擴(kuò)散系數(shù)（ADCslow）。以上2種方法均選取圓形ROI，大小（30±2）mm2，每個(gè)部位測(cè)量3次，取平均值，并計(jì)算患側(cè)各指標(biāo)的相對(duì)值rADC、rADCfast及rADCslow（rADC＝患側(cè)ADC/健側(cè)ADC）。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件，所有計(jì)量資料均以±s表示，各組數(shù)據(jù)均符合正態(tài)性分布。對(duì)各期雙側(cè)ADC值、ffast值、ADCfast值、ADCslow值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。各期雙側(cè)ADC各指標(biāo)對(duì)比采用配對(duì)t檢驗(yàn)，各期患側(cè)相對(duì)ADC指標(biāo)組間比較采用方差分析。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2　結(jié)果

IS患者各期患側(cè)梗死核心區(qū)DWI呈不同程度的高信號(hào)，ADC、ADCfast及ADCslow偽彩圖呈藍(lán)色較低信號(hào)（圖1）；各期患側(cè)梗死核心區(qū)ADC、ADCfast及ADCslow值均低于對(duì)側(cè)鏡像區(qū)域，雙側(cè)比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）（表1）；各期患側(cè)梗死核心區(qū)ffast值均低于對(duì)側(cè)鏡像區(qū)域，雙側(cè)比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）（表2）；各期患側(cè)rADC、rADCfast及rADCslow值不同，組間比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）（表3）。

表1　IS患者各期雙側(cè)ADC、ADCfast及ADCslow值對(duì)比（×10－5mm2/s，±s）

表1　IS患者各期雙側(cè)ADC、ADCfast及ADCslow值對(duì)比（×10－5mm2/s，±s）

注：IS：缺血性腦卒中；ADCfast：快速表觀擴(kuò)散系數(shù)；ADCslow：慢速表觀擴(kuò)散系數(shù)。

分期　ADC指標(biāo)　患側(cè)　健側(cè)　t值　P值A(chǔ)DC　33．78±6．60　51．65±4．43?。?．858　0．000超急性期　ADCfast　168．83±43．57　226．17±43．28　－4．812　0．001 ADCslow　26．32±5．64　2．26±5．64?。?．707　0．000 ADC　39．51±7．45　58．59±7．46　－7．438　0．000急性期　ADCfast　158．00±30．80　199．90±32．64?。?．952　0．003 ADCslow　30．52±6．98　43．86±4．59?。?．363　0．000 ADC　40．66±8．67　61．33±10．24?。?．202　0．001亞急性期　ADCfast　175．40±20．38　255．40±73．17?。?．402　0．008 ADCslow　33．94±7．05　48．26±8．08?。?．776　0．001

表2　IS患者各期雙側(cè)ffast值對(duì)比（%，±s）

表2　IS患者各期雙側(cè)ffast值對(duì)比（%，±s）

注：ffast：快速擴(kuò)散成分比。

分期　患側(cè)　健側(cè)　t值　P值超急性期　27．05±7．00　41．31±3．79?。?．949 0．000急性期　30．94±8．12　47．76±8．97?。?．038 0．000亞急性期　31．41±3．69　44．11±7．58?。?．821 0．000

表3　IS患者各期rADC、rADCfast 及rADCslow值對(duì)比（%，±s）

表3　IS患者各期rADC、rADCfast 及rADCslow值對(duì)比（%，±s）

注：rADC：相對(duì)表觀擴(kuò)散系數(shù)；rADCfast：相對(duì)快速表觀擴(kuò)散系數(shù)；rADCslow:相對(duì)慢速表觀擴(kuò)散系數(shù)。

分期　rADC　rADCfast　rADCslow超急性期　66．21±15．54　75．25±16．17　64．41±15．99急性期　67．69±12．42　80．03±13．86　69．28±13．88亞急性期　67．76±18．66　76．25±31．35　71．41±17．12 F值　0．350　0．148　0．577 P值　0．966　0．863　0．568

3　討論

3.1DWI單指數(shù)模型在IS的應(yīng)用擴(kuò)散是指水分子的不規(guī)則隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，即布朗運(yùn)動(dòng)。DWI利用布朗運(yùn)動(dòng)的原理，在常規(guī)MRI基礎(chǔ)上，在X、Y、Z 3個(gè)相互垂直的方向上施加擴(kuò)散敏感梯度，得到體內(nèi)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)狀況的圖像。DWI是目前唯一能在活體組織測(cè)量水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的方法，常用ADC值來衡量水分子運(yùn)動(dòng)的快慢［4］。水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)快時(shí)，ADC值較高，DWI呈低信號(hào)；水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)受限時(shí)，ADC值較低，DWI呈高信號(hào)［5］。由于IS早期主要為細(xì)胞毒性水腫，水分子彌散受限，因此在急性期前DWI上表現(xiàn)為顯著高信號(hào)、ADC圖上為低信號(hào)，這種DWI特異性的表現(xiàn)一般在梗死后數(shù)小時(shí)內(nèi)即可出現(xiàn)［4］；亞急性期后，隨著血管源性水腫加重，水分子彌散逐漸加快，DWI高信號(hào)強(qiáng)度減低，后演變?yōu)榈然虻托盘?hào)，ADC圖上為等或高信號(hào)［6］。本研究使用ADC值作為觀測(cè)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)IS病灶核心區(qū)ADC值較鏡像區(qū)下降，但不同時(shí)期rADC值組間比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明ADC值尚不能用來判斷IS的病程。常規(guī)DWI測(cè)量所得ADC值建立在b值的變化之上，在b值為500～1 000 s/mm2時(shí)，即可敏感發(fā)現(xiàn)IS病灶核心區(qū)的擴(kuò)散受限，其水分子的信號(hào)強(qiáng)度隨b值變化呈直線性衰減，稱為單指數(shù)模型［7］；但當(dāng)b值超過1 000 s/mm2，水分子信號(hào)強(qiáng)度的衰減就會(huì)偏離直線關(guān)系，此時(shí)需要采用雙指數(shù)模型［8］。

3.2DWI雙指數(shù)模型在IS的應(yīng)用體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像（introvoxel incoherent motion，IVIM）是Le Bihan等［9］于20世紀(jì)80年代首次發(fā)現(xiàn)的，其理論基于自旋回波信號(hào)對(duì)分子運(yùn)動(dòng)的敏感性。IVIM理論假設(shè)提出［10］，生物體的微觀運(yùn)動(dòng)分2種，一種做快速移動(dòng)，是受壓力梯度影響的結(jié)果，代表血管中血液產(chǎn)生的自旋，從宏觀角度描述血液在血液循環(huán)網(wǎng)絡(luò)中的隨機(jī)分布，即灌注；另一種是緩慢移動(dòng)，是受熱能驅(qū)動(dòng)的布朗運(yùn)動(dòng)，代表血管外產(chǎn)生的自旋及細(xì)胞間液的運(yùn)動(dòng)，即擴(kuò)散。IVIM使用雙指數(shù)模型，所得到的參數(shù)有灌注分?jǐn)?shù)f、擴(kuò)散系數(shù)D和假擴(kuò)散系數(shù)D*［11］，其中f值代表體素內(nèi)毛細(xì)血管容積占整個(gè)組織容積的比值，本文用ffast表示；D*值代表毛細(xì)血管網(wǎng)的微循環(huán)灌注相關(guān)情況，本文用ADCfast表示；D值反映相對(duì)真實(shí)的組織中水分子的擴(kuò)散狀態(tài)，本文用ADCslow表示。IVIM不僅可以提供組織中水分子擴(kuò)散的參數(shù)，還可反映組織間血流灌注的情況，對(duì)深入揭示病灶內(nèi)部微循環(huán)變化大有益處［3］。IS超急性期，由于細(xì)胞毒性水腫的加劇，對(duì)細(xì)胞內(nèi)水分子擴(kuò)散影響較大，此時(shí)ADCslow值明顯降低；急性期在細(xì)胞毒性水腫的同時(shí)出現(xiàn)血管源性水腫，導(dǎo)致細(xì)胞外擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)受限，ADCfast值降低；而亞急性期主要為血管源性水腫，受細(xì)胞內(nèi)外水分子重分布的影響，快速和慢速擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)均變緩慢，水分子擴(kuò)散受限，ADCslow和ADCfast值降低，快速擴(kuò)散成分百分比ffast亦相應(yīng)降低［12］。本研究中IS不同時(shí)期梗死核心區(qū)ADC各指標(biāo)均較鏡像區(qū)明顯下降，但不同指標(biāo)3期組間比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能與IS病程進(jìn)展中各種影響因素的復(fù)雜性變化有關(guān)。

3.3MRI不同指數(shù)模型ADC值對(duì)IS診斷的意義

傳統(tǒng)的DWI通過ADC值對(duì)組織內(nèi)水分子的彌散情況進(jìn)行定量檢測(cè)，其數(shù)學(xué)模型為單指數(shù)模型，這種模型是目前最常用檢測(cè)組織內(nèi)水分子彌散情況的方法，在低b值階段就可發(fā)現(xiàn)細(xì)胞毒性水腫所致的水分子擴(kuò)散受限，可在疾病早期提高IS診斷的敏感性。但在高度不均質(zhì)的組織內(nèi)部，彌散加權(quán)信號(hào)實(shí)際上是呈多指數(shù)衰減方式進(jìn)行，尤其當(dāng)b值較大時(shí)更是如此［12］。有研究發(fā)現(xiàn)［13］，高b值時(shí)水分子的擴(kuò)散受限在ADC圖上顯示更加敏感，但傳統(tǒng)的單指數(shù)擬合不能有效反映這一現(xiàn)象。IVIM技術(shù)運(yùn)用足夠多的b值進(jìn)行擴(kuò)散信號(hào)的采樣，并應(yīng)用雙指數(shù)擬合分析，區(qū)分組織的水分子擴(kuò)散（高b值）和微循環(huán)灌注信息（低b值），從而得到可測(cè)量的微循環(huán)效應(yīng)［14］。傳統(tǒng)彌散成像依賴于復(fù)合高低b值進(jìn)行單指數(shù)函數(shù)計(jì)算，有一定的局限性；IVIM只要b值分布合理，其測(cè)量參數(shù)就不受影響［15］。相比于單指數(shù)模型，IVIM應(yīng)用的雙指數(shù)模型可更好地描述生物體內(nèi)這種復(fù)雜的信號(hào)衰減方式［16］。因此，雙指數(shù)模型所得到的各種ADC參數(shù)既能反映局部腦組織的血流灌注變化，又能觀測(cè)細(xì)胞內(nèi)外水分子的微觀運(yùn)動(dòng)，為IS早期診斷和治療提供更加詳實(shí)的依據(jù)。

圖1　女，69歲，左側(cè)肢體無力3 d，右側(cè)腦室體旁缺血性腦卒中　圖1　a DWI示病灶核心區(qū)呈高信號(hào)　圖1　b ADC偽彩圖呈藍(lán)色低信號(hào)　圖1c ADCfast偽彩圖呈藍(lán)色低信號(hào)，邊界較清　圖1　d ADCslow偽彩圖呈藍(lán)色低信號(hào)，邊界不清

［參考文獻(xiàn)］

［1］Donnan GA，F(xiàn)isher M，Macleod M，et al．Stroke［J］．Lancet，2008，371：1612-1623．

［2］Manning NW，Campbell BC，Oxley TJ，et al. Acute ischemic stroke：time，penumbra，and reperfusion［J］. Stroke，2014，45：640-644.

［3］Federau C，O'Brien K，Meuli R，et al. Measuring brain perfusion with intravoxel incoherent motion（IVIM）：initial clinical experience［J］. J Magn Reson Imaging，2014，39：624-632.

［4］王佩佩，盧潔，李坤成.磁共振彌散加權(quán)成像和灌注加權(quán)成像判定缺血半暗帶的研究進(jìn)展［J］.中華老年心腦血管病雜志，2014，16（4）：445-446.

［5］張順，張研，朱文珍.急性缺血性腦卒中的磁共振研究進(jìn)展［J］.放射學(xué)實(shí)踐，2013，28（4）：473-476.

［6］Fung SH，Roccatagliata L，Gonzalez RG，et al. MR diffusion imaging in ischemic stroke［J］. Neuroimaging Clinics N Am，2011，21：345-377.

［7］Roldan-Valadez E，Gonzalez-Gutierrez O，Martinez-Lopez M. Diagnostic performance of PWI/DWI MRI parameters in discriminating hyperacute versus acute ischaemic stroke：finding the best thresholds［J］. Clin Radiol，2012，67：250-257.

［8］Clark CA，Hedehus M，Moseley ME. In vivo mapping of the fast and slow diffusion tensors in human brain［J］. Magn Reson Med，2002，47：623-628.

［9］Le Bihan D，Breton E，Lallemand D，et al. MR imaging of intravoxel incoherent motions：application to diffusion and perfusion in neurologic disorders［J］. Radiology，1986，161：401-407.

［10］Kim T，Kim SG. Quantification of cerebral arterial blood volume using arterial spin labeling with intravoxel incoherent motion-sensitive gradients［J］. Magn Reson Med，2006，55：1047-1057.

［11］Federau C，Maeder P，O’Brien K，et al. Quantitative measurement of brain perfusion with intravoxel incoherent motion MR imaging［J］. Radiology，2012，265：874-881.

［12］覃媛媛，張順，張妍，等.缺血性腦梗死雙指數(shù)表觀擴(kuò)散系數(shù)的參數(shù)化研究［J］.放射學(xué)實(shí)踐，2013，28（3）：264-267.

［13］Doskaliyev A，Yamasaki F，Saito T，et al. Advantages of high b value diffusion-weighted imaging in the diagnosis of acute stroke--a case report［J］. Cerebrovasc Dis，2009，27：616-617.

［14］Chandarana H，Lee VS，Hecht E，et al. Comparison of biexponential and monoexponential model of diffusion weighted imaging in evaluation of renal lesions：preliminary experience［J］. Inves Radiol，2011，46：285-291.

［15］Shinmoto H，Tamura C，Soga S，et al. An intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging study of prostate cancer［J］. AJR Am J Roentgenol，2012，199：W496-W500.

［16］Bisdas S，Koh TS，Roder C，et al. Intravoxel incoherent motion diffusion-weighted MR imaging of gliomas：feasibility of the method and initial results［J］. Neuroradiology，2013，55：1189-1196.

收稿日期（2015-07-26）

［通信作者］張華文，E-mail：1579226281@qq.com。

［基金項(xiàng)目］陜西省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（2012K16-08-13）。

DOI：10.3969/j.issn.1672-0512.2016.01.003