趙海 徐志峰 劉健萍 賀小紅 周新韓 梁雪梅

528000，廣東省佛山市第一人民醫(yī)院影像科

擴散峰度成像在正常成人視通路中的應(yīng)用研究

趙海 徐志峰 劉健萍 賀小紅 周新韓 梁雪梅

528000，廣東省佛山市第一人民醫(yī)院影像科

目的 應(yīng)用擴散峰度成像（DKI）定量測量正常成人視通路各區(qū)域的平均峰度（MK）值、部分各向異性（FA）值和平均擴散率（MD），探討DKI技術(shù)在正常成人視通路研究中的應(yīng)用價值。方法 按區(qū)組隨機化選擇30名正常成人志愿者，按年齡分為3組：20～39歲組、40～59歲組和60歲以上組，每組10名，均行常規(guī)顱腦MR和DKI序列掃描，并測量視通路不同區(qū)域的MK值、FA值和MD，采用SPSS15.0統(tǒng)計學(xué)軟件分析MK值、FA值和MD的正常范圍，及其隨年齡遞增的變化規(guī)律。結(jié)果 視神經(jīng)、外側(cè)膝狀體、視放射和視皮層區(qū)域MK值與年齡呈負(fù)相關(guān)；外側(cè)膝狀體、視放射區(qū)域FA值與年齡呈負(fù)相關(guān)；視神經(jīng)、外側(cè)膝狀體區(qū)域MD與年齡呈正相關(guān)。結(jié)論 DKI所得參數(shù)可以無創(chuàng)性地反映正常成人視通路隨年齡增長的微觀結(jié)構(gòu)的變化。

擴散峰度成像；平均峰度；部分各向異性；平均擴散率

Fund program:Medical Scienceand Technology Research Projectin Foshanin 2014（2014AB00276）

擴散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）是基于擴散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）技術(shù)上的延伸，為描述組織內(nèi)非正態(tài)分布水分子擴散的一種新的MRI方法。相對于DTI技術(shù)，DKI更適于反映組織微觀結(jié)構(gòu)的變化[1]。目前關(guān)于正常成人視通路DTI的研究可見少量報道[2]。而通過DKI技術(shù)可以把水?dāng)U散研究從高斯水延伸至非高斯水領(lǐng)域，從而解決了DTI無法解決的多神經(jīng)纖維交叉問題，能夠更加真實地反映組織微觀結(jié)構(gòu)的變化[3]。目前，應(yīng)用DKI技術(shù)進(jìn)行正常成人視通路的研究尚未見報道。視通路的主要結(jié)構(gòu)包括：視神經(jīng)、視交叉、外側(cè)膝狀體、視放射和視皮層等。由于掃描技術(shù)的限制，DKI圖像中視交叉結(jié)構(gòu)顯示不清，本研究將其排除。本研究選擇正常成人志愿者進(jìn)行視通路的不同區(qū)域DKI研究，以明確正常成人視通路不同區(qū)域隨年齡增大的變化規(guī)律，為后續(xù)對視通路的臨床和疾病診斷等研究提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取我院30名進(jìn)行顱腦常規(guī)MRI檢查和視通路DKI檢查的正常成人志愿者，其中，男性17名、女性13名，年齡22～73歲，平均年齡（50.6± 3.0）歲；按年齡段分為3組：20～39歲組、40～59歲組和60歲以上組，每組10名。所有志愿者均無眼眶疾病或眼部不適癥狀，臨床神經(jīng)系統(tǒng)檢查未見明顯陽性體征。顱腦常規(guī)MRI的T1加權(quán)、T2加權(quán)、T2水抑制序列、彌散加權(quán)成像等序列圖像均未發(fā)現(xiàn)明顯異常征象。

1.2 儀器設(shè)備及掃描方法

采用美國GE公司Signa EXCITE HD 3.0T超導(dǎo)型MRI儀，常規(guī)MR序列包括軸位T1加權(quán)、T2加權(quán)、T2水抑制序列、彌散加權(quán)成像和矢狀位T2加權(quán)。DKI采用平面回波序列，掃描參數(shù)：重復(fù)時間6500 ms，回波時間115 ms，視野24 cm，層厚4.0 mm，25個擴散敏感梯度場，b值分別為0、1000、2000 s/mm2。

1.3 數(shù)據(jù)及圖像后處理

采用美國GE公司Advantage Workstation 4.4工作站的Functool軟件進(jìn)行后處理。在雙側(cè)視神經(jīng)、外側(cè)膝狀體、視放射和視皮層區(qū)域設(shè)置橢圓形ROI。由于視交叉結(jié)構(gòu)在周圍腦脊液信號的干擾下，DKI圖像顯示不清，故排除在本研究之外。ROI均采用軟件自帶的鏡面對稱方式放置兩側(cè)，雙側(cè)ROI面積相同；分別測量每個ROI的平均峰度（mean kurtosis，MK）值、部分各向異性（fractional anisotropy，F(xiàn)A）值和平均擴散率（mean diffusivity，MD），每個ROI重復(fù)測量3次，取其平均值。得到ROI區(qū)域MK值、FA值和MD。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

應(yīng)用SPSS15.0統(tǒng)計學(xué)軟件處理，計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，采用單因素方差分析及多組樣本均數(shù)兩兩比較和Pearson相關(guān)分析。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

本組30名正常成人志愿者均成功完成MRI常規(guī)和DKI序列檢查，測量并分析了視通路不同部位DKI參數(shù)值與年齡的相關(guān)性。結(jié)果顯示：①年齡與視神經(jīng)區(qū)域MK值呈負(fù)相關(guān)，而與MD呈正相關(guān)（圖1）；②年齡與外側(cè)膝狀體區(qū)域MK、FA值均呈負(fù)相關(guān)，而與MD呈正相關(guān)；③年齡與視放射區(qū)域FA、MK值呈負(fù)相關(guān)（圖2）；④年齡與視皮層MK值呈負(fù)相關(guān)（表1）。

圖1 43歲正常男性志愿者視神經(jīng)平面部分各向異性值、平均擴散率值、平均峰度值圖像Fig.1 Optic planar figures of fractional anisotropy，mean diffusivity，and mean kurtosis of a 43-year-old male volunteer

圖2 36歲正常女性志愿者視放射平面部分各向異性值、平均擴散率值、平均峰度值圖像Fig.2 Optic radiation planar figures of fractional anisotropy，mean diffusivity，and mean kurtosis of a 36-year-old female volunteer

表1 30名正常成人視通路不同部位FA值、MK值、MD與年齡的相關(guān)性比較Table 1 Correlations of age and FA，MD，MK values in different parts of the visual pathway in 30 normal adults

2.1 FA值的組間比較結(jié)果

20～39歲組和60歲以上組在外側(cè)膝狀體、視放射區(qū)域的FA值差異均有統(tǒng)計學(xué)意義；20～39歲組和40～59歲組在外側(cè)膝狀體、視皮層區(qū)域的FA值差異也有統(tǒng)計學(xué)意義（表2）。

2.2 MK值的組間比較結(jié)果

20～39歲組和60歲以上組在視神經(jīng)、外側(cè)膝狀體、視放射和視皮層區(qū)域的MK值差異均有統(tǒng)計學(xué)意義。40～59歲組和60歲以上組在視神經(jīng)、外側(cè)膝狀體區(qū)域的MK值差異也有統(tǒng)計學(xué)意義（表3）。

表2 30名正常成人各年齡組間視通路不同部位的部分各向異性值比較（±s）Table 2 Comparison of fractional anisotropy values in different parts of the visual pathway among each age groups in 30 normal adults（±s）

表2 30名正常成人各年齡組間視通路不同部位的部分各向異性值比較（±s）Table 2 Comparison of fractional anisotropy values in different parts of the visual pathway among each age groups in 30 normal adults（±s）

注：表中，P值為3組之間比較結(jié)果：P1、P2、P3分別為20～39歲組與40～59歲組、40～59歲組與60歲以上組、20～39歲組與60歲以上組之間的比較結(jié)果，括號中數(shù)據(jù)為對應(yīng)的t值。

組別 人數(shù) 視神經(jīng) 外側(cè)膝狀體 視放射 視皮層20～39歲組 10 0.48±0.12 0.53±0.15 0.55±0.09 0.17±0.07 40～59歲組 10 0.46±0.08 0.45±0.06 0.49±0.08 0.11±0.06 60歲以上組 10 0.45±0.05 0.41±0.08 0.43±0.06 0.14±0.04 F值 0.365 6.893 3.995 5.508 P值 0.698 0.004 0.030 0.014 P1值 0.724（0.170） 0.027（0.075） 0.127（0.067） 0.004（0.066）P2值 0.625（0.190） 0.192（0.043） 0.224（0.053） 0.135（0.032）P3值 0.403（0.036） 0.001（0.118） 0.009（0.120） 0.113（0.034）

表3 30名正常成人各年齡組間視通路不同部位的平均峰度值比較（±s）Table 3 Comparison of mean kurtosis values in different parts of the visual pathway among each age groups in 30 normal adults（±s）

表3 30名正常成人各年齡組間視通路不同部位的平均峰度值比較（±s）Table 3 Comparison of mean kurtosis values in different parts of the visual pathway among each age groups in 30 normal adults（±s）

注：表中，P值為3組之間比較結(jié)果：P1、P2、P3分別為20～39歲組與40～59歲組、40～59歲組與60歲以上組、20～39歲組與60歲以上組之間的比較結(jié)果，括號中數(shù)據(jù)為對應(yīng)的t值。

組別 人數(shù) 視神經(jīng) 外側(cè)膝狀體 視放射 視皮層20～39歲組 10 0.81±0.12 0.89±0.18 0.98±0.16 0.74±0.09 40～59歲組 10 0.72±0.28 0.85±0.15 0.93±0.29 0.72±0.16 60歲以上組 10 0.60±0.16 0.73±0.10 0.88±0.18 0.68±0.29 F值 10.074 6.413 4.123 2.263 P值 0.001 0.005 0.027 0.123 P1值 0.073（0.089） 0.410（0.038） 0.159（0.052） 0.460（0.020）P2值 0.015（0.124） 0.015（0.118） 0.167（0.051） 0.118（0.036）P3值 0.000（0.213） 0.002（0.156） 0.008（0.103） 0.045（0.056）

2.3 MD的組間比較結(jié)果

20～39歲組和60歲以上組在視神經(jīng)、外側(cè)膝狀體區(qū)域的MD差異有統(tǒng)計學(xué)意義。40～59歲組和60歲以上組在外側(cè)膝狀體區(qū)域的MD差異有統(tǒng)計學(xué)意義（表4）。

表4 30名正常成人各年齡組間視通路不同部位的平均擴散率比較[（±s）×10－3mm2/s]Table 4 Comparison of mean diffusivity values in different parts of the visual pathway among each age groups in 30 normal adults[（±s）×10－3mm2/s]

表4 30名正常成人各年齡組間視通路不同部位的平均擴散率比較[（±s）×10－3mm2/s]Table 4 Comparison of mean diffusivity values in different parts of the visual pathway among each age groups in 30 normal adults[（±s）×10－3mm2/s]

注：表中，P值為3組之間比較結(jié)果：P1、P2、P3分別為20～39歲組與40～59歲組、40～59歲組與60歲以上組、20～39歲組與60歲以上組之間的比較結(jié)果，括號中數(shù)據(jù)為對應(yīng)的t值。

組別 人數(shù) 視神經(jīng) 外側(cè)膝狀體 視放射 視皮層20～39歲組 10 0.94±0.16 0.90±0.16 0.81±0.26 1.05±0.24 40～59歲組 10 1.05±0.22 0.87±0.22 0.83±0.15 1.03±0.18 60歲以上組 10 1.09±0.30 1.08±0.33 0.88±0.33 1.17±0.36 F值 3.123 7.760 2.115 2.360 P值 0.060 0.002 0.140 0.114 P1值 0.089（0.075） 0.527（0.036） 0.637（0.015） 0.892（0.129）P2值 0.520（0.046） 0.001（0.207） 0.148（0.047） 0.058（0.145）P3值 0.023（0.065） 0.005（0.171） 0.059（0.062） 0.089（0.016）

3 討論

DKI技術(shù)作為DTI技術(shù)的拓展，是反映組織內(nèi)非正態(tài)分布水分子擴散的一種新方法。與傳統(tǒng)的DTI技術(shù)比較，DKI的技術(shù)優(yōu)勢在于不依賴于組織結(jié)構(gòu)的空間方向，其MK值作為一個反映擴散受限程度的參數(shù)，對于探測腦組織灰質(zhì)和白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的改變更加靈敏[4]。目前，DKI主要用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的臨床研究，在腦腫瘤、退行性疾病、脫髓鞘疾病和腦血管疾病等方面的研究均取得了初步成果，在體部腫瘤的研究方面也取得了一些初步結(jié)果，如前列腺、乳腺方面[5]，因此DKI技術(shù)具有廣闊的臨床應(yīng)用前景[6]。

目前國內(nèi)外關(guān)于正常人大腦DKI的研究表明，MK值隨年齡增長逐漸下降，二者呈負(fù)相關(guān)，可能與組織微觀結(jié)構(gòu)，如組織密度、方向、細(xì)胞膜完整程度、髓鞘層等的改變有關(guān)[7]。有文獻(xiàn)應(yīng)用直方圖分析正常成人大腦MK值與年齡的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)從青年人到老年人的所有白質(zhì)和灰質(zhì)峰值均隨年齡呈逐漸下降趨勢[8]。目前，關(guān)于正常成人視通路DKI所得參數(shù)與年齡的相關(guān)性研究尚未見報道。

本研究結(jié)果表明，20～39歲組和60歲以上組相比，視神經(jīng)、外側(cè)膝狀體、視放射和視皮層區(qū)域MK值的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，表明隨著年齡增加，MK值在這些區(qū)域均有明顯的逐漸下降趨勢。20～39歲組和60歲以上組相比，外側(cè)膝狀體和視放射區(qū)域的FA值差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，且隨著年齡增加，F(xiàn)A值有逐漸下降趨勢。可見，F(xiàn)A值與年齡呈負(fù)相關(guān)（視神經(jīng)、視皮層區(qū)域除外）；由于視皮層區(qū)灰質(zhì)結(jié)構(gòu)屬于各向同性結(jié)構(gòu)，F(xiàn)A值相當(dāng)?shù)?，所以并不是該區(qū)域的敏感指標(biāo)。本研究中，視放射區(qū)FA值的變化與孫鑫等[9]的研究結(jié)果存在差異，其研究中視放射區(qū)FA值隨年齡的變化差異無統(tǒng)計學(xué)意義。分析其結(jié)果，可能是由于研究對象的年齡差異跨度較小所致，而本研究中研究對象的年齡跨度較大。此外，本研究20～39歲組和60歲以上組相比，視神經(jīng)、外側(cè)膝狀體區(qū)域的MD差異有統(tǒng)計學(xué)意義，且隨著年齡增加，MD與之呈正相關(guān)（視放射、視皮層區(qū)域除外），表明隨著年齡增加，MD在視神經(jīng)、外側(cè)膝狀體區(qū)域呈逐漸上升趨勢。

本研究探討了正常成人視通路中MK值與年齡之間的相關(guān)性，并初步建立了各年齡組視通路各區(qū)域MK值的大致范圍，反映了視通路各區(qū)域隨年齡增加微觀結(jié)構(gòu)的改變，為將來研究視通路病變中各區(qū)域結(jié)構(gòu)的微觀變化及定量分析打下了初步的基礎(chǔ)，在定量評估療效等方面將有更廣泛的研究空間。

綜上所述，本研究利用DKI技術(shù)定量研究視通路與年齡之間的相關(guān)性，進(jìn)一步證明了MK值在檢測各向同性組織（如灰質(zhì)）中的重要作用[10]和高靈敏度，較FA值、MD具有更為顯著的優(yōu)勢，后二者在視皮層區(qū)域研究中的差異無統(tǒng)計學(xué)意義；相信DKI作為一項新技術(shù)必將在視通路病變的診斷和鑒別診斷中發(fā)揮重要的作用。

利益沖突 本研究由署名作者按以下貢獻(xiàn)聲明獨立開展，不涉及任何利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明 趙海負(fù)責(zé)本研究的提出、設(shè)計，最終論文的書寫；徐志鋒負(fù)責(zé)研究過程的實施，掃描數(shù)據(jù)的確立，選取正常志愿者；劉健萍負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的提取，統(tǒng)計分析；賀小紅負(fù)責(zé)志愿者的掃描參數(shù)的優(yōu)化，完成掃描任務(wù)；周新韓負(fù)責(zé)掃描數(shù)據(jù)的后處理，部分參數(shù)的優(yōu)化選擇；梁雪梅負(fù)責(zé)護理掃描中的輔助工作。

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Application study of diffusion kurtosis imaging in normal adult visual pathway

Zhao Hai,Xu Zhifeng,Liu Jianping,He Xiaohong,Zhou Xinhan,Liang Xuemei
Department of Radiology,the First People′s Hospital of Foshan,Foshan 528000,China

He Xiaohong，Email：fs265h@126.com

Objective To explore the application value of diffusion kurtosis imaging（DKI）in normal adult visual pathway in the change of mean kurtosis（MK）,fractional anisotropy（FA）,and mean diffusion（MD）coefficient.MethodsDKl was used to measure MK,FA and MD in different regions of the normal adult visual pathway of 10 young adults（20 years to 39 years）,10 middle-aged adults（40 years to 59 years）,and 10 senior adults（＞60 years）.The normal range of MK,FA and MD values and its variation with increasing age were analyzed using SPSS 15.0 statistical analysis software.ResultsThe MK values of the optic nerve,lateral geniculate nucleus,optic radiation,and optic cortex were significantly different and negatively correlated.The FA values of the lateral geniculate nucleus and optic radiation were significantly different and negatively correlated.The MD values of the optic nerve and lateral geniculate nucleus were significantly different and positively correlated.ConclusionThe DKI parameters can non-invasively reflect the changes in the microstructure of the normal adult visual pathway.

Diffusion kurtosis imaging;Mean kurtosis;Fractional anisotropy;Mean diffusivity

賀小紅，Email：fs265h@126.com

10.3760/cma.j.issn.1673－4114.2016.03.004

2014年佛山市醫(yī)學(xué)類科技攻關(guān)項目（2014AB00276）

2016－04－20）