单指数及双指数模型DWI对缺血性脑卒中患者的评价

张华文，周　欣，周　琳，赵　宁

（陕西省核工业二一五医院医学影像科，陕西咸阳712000）



单指数及双指数模型DWI对缺血性脑卒中患者的评价

张华文，周欣，周琳，赵宁

（陕西省核工业二一五医院医学影像科，陕西咸阳712000）

［摘要］目的：比较不同时期缺血性脑卒中（ischemic stroke，IS）单指数及双指数模型DWI参数的差异。方法：收集经临床综合确诊为IS的患者32例（超急性期12例、急性期10例、亚急性期10例），所有患者行常规DWI（b＝1 000 s/mm2）及多b值DWI （b＝20～5 000 s/mm2）成像，应用单指数模型测量缺血核心区和对侧镜像区域ADC值，应用双指数模型测量缺血核心区和对侧镜像区域快速表观扩散系数（ADCfast）、慢速表观扩散系数（ADCslow）、快速扩散成分比（ffast）。结果：超急性期、急性期、亚急性期IS患侧缺血核心区ADC、ADCfast、ADCslow均低于对侧镜像区，双侧比较差异均有统计学意义（均P＜0.05）；超急性期、急性期、亚急性期ffast均低于对侧镜像区，双侧比较差异均有统计学意义（均P＜0.05）；超急性期、急性期、亚急性期患侧rADC、rADCfast及rADCslow组比较差异均无统计学意义（均P＞0.05）。结论：常规DWI单指数ADC只能反映脑组织扩散受限的程度，可用来诊断IS；多b值DWI双指数ADC可反映脑组织灌注和扩散的信息，能对IS早期诊断和治疗提供重要依据。

［关键词］缺血性脑卒中；磁共振成像，弥散

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

缺血性脑卒中（ischemic stroke，IS）是由于脑血栓形成或栓子阻塞，使血管腔狭窄或闭塞，引起急性脑供血不足，导致局部脑组织的缺血性坏死［1］，根据病因分为脑血栓形成和脑栓塞，约占全部脑卒中的60%～80%［2］。DWI已广泛应用于IS的诊断，其定量参数ADC值比较简单地反映组织内水分子的扩散情况。在IS早期诊断中，相比于水分子扩散，测量微循环灌注的意义更大。近年来，体素内不相干运动成像（introvoxel incoherent motion，IVIM）在临床的应用越来越多，不仅能提供组织中水分子扩散的参数，还可反映组织灌注的情况［3］。本研究在单指数模型ADC值测量的基础上，同时采用双指数模型揭示快速和慢速2种扩散成分，旨在探讨不同时期IS患者脑组织的扩散和灌注情况，为临床治疗提供有价值的信息。

1　资料与方法

1.1一般资料选择我院2014年3月至2015年3月经临床综合诊断为IS的患者32例，其中男22例，女10例；年龄42～83岁，平均65.68岁。根据发病时间，分为超急性期（6 h内）12例、急性期（6 h～3 d）10例、亚急性期（3 d～3周）10例。主要临床症状有意识障碍、恶心、呕吐、失语、偏瘫等，其中2例出现昏迷并脑疝形成。患者均签署MRI扫描知情同意书，烦躁患者酌情给予苯巴比妥钠10 mg肌内注射镇静。

1.2仪器与方法应用GE MR 750超导型MRI扫描仪，8通道头颈联合线圈，行常规T1WI、T2WI、FLAIR 及DWI、eDWI扫描。扫描参数：层厚6 mm，层距0.6mm，FOV 24cm×24cm。DWI参数：TR 2000ms，TE 70 ms，矩阵160×160，b值＝1 000 s/mm2，扫描时间16 s。eDWI参数：TR 3 000 ms，TE 100 ms，矩阵128×128，选取12个b值，分别为20、50、100、200、400、800、1 000、1 500、2 000、3 000、3 500、5 000 s/mm2，扫描时间5min 30s。

1.3图像后处理后处理采用AW 4.6工作站functool软件，应用单指数模型重建ADC图，测量IS中心区域及对侧镜像区域脑实质ADC值；应用双指数模型重建ADC图，测量IS中心区域及对侧镜像区域脑实质快速扩散成分比（ffast）、快速表观扩散系数（ADCfast）、慢速表观扩散系数（ADCslow）。以上2种方法均选取圆形ROI，大小（30±2）mm2，每个部位测量3次，取平均值，并计算患侧各指标的相对值rADC、rADCfast及rADCslow（rADC＝患侧ADC/健侧ADC）。

1.4统计学方法采用SPSS 16.0统计软件，所有计量资料均以±s表示，各组数据均符合正态性分布。对各期双侧ADC值、ffast值、ADCfast值、ADCslow值进行统计学分析。各期双侧ADC各指标对比采用配对t检验，各期患侧相对ADC指标组间比较采用方差分析。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2　结果

IS患者各期患侧梗死核心区DWI呈不同程度的高信号，ADC、ADCfast及ADCslow伪彩图呈蓝色较低信号（图1）；各期患侧梗死核心区ADC、ADCfast及ADCslow值均低于对侧镜像区域，双侧比较差异均有统计学意义（均P＜0.05）（表1）；各期患侧梗死核心区ffast值均低于对侧镜像区域，双侧比较差异有统计学意义（均P＜0.05）（表2）；各期患侧rADC、rADCfast及rADCslow值不同，组间比较差异均无统计学意义（均P＞0.05）（表3）。

表1　IS患者各期双侧ADC、ADCfast及ADCslow值对比（×10－5mm2/s，±s）

表1　IS患者各期双侧ADC、ADCfast及ADCslow值对比（×10－5mm2/s，±s）

注：IS：缺血性脑卒中；ADCfast：快速表观扩散系数；ADCslow：慢速表观扩散系数。

分期　ADC指标　患侧　健侧　t值　P值ADC　33．78±6．60　51．65±4．43　－6．858　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　－6．707　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　－3．952　0．003 ADCslow　30．52±6．98　43．86±4．59　－7．363　0．000 ADC　40．66±8．67　61．33±10．24　－5．202　0．001亚急性期　ADCfast　175．40±20．38　255．40±73．17　－3．402　0．008 ADCslow　33．94±7．05　48．26±8．08　－4．776　0．001

表2　IS患者各期双侧ffast值对比（%，±s）

表2　IS患者各期双侧ffast值对比（%，±s）

注：ffast：快速扩散成分比。

分期　患侧　健侧　t值　P值超急性期　27．05±7．00　41．31±3．79　－5．949 0．000急性期　30．94±8．12　47．76±8．97　－6．038 0．000亚急性期　31．41±3．69　44．11±7．58　－6．821 0．000

表3　IS患者各期rADC、rADCfast 及rADCslow值对比（%，±s）

表3　IS患者各期rADC、rADCfast 及rADCslow值对比（%，±s）

注：rADC：相对表观扩散系数；rADCfast：相对快速表观扩散系数；rADCslow:相对慢速表观扩散系数。

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亚急性期　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　讨论

3.1DWI单指数模型在IS的应用扩散是指水分子的不规则随机运动，即布朗运动。DWI利用布朗运动的原理，在常规MRI基础上，在X、Y、Z 3个相互垂直的方向上施加扩散敏感梯度，得到体内水分子扩散运动状况的图像。DWI是目前唯一能在活体组织测量水分子扩散运动的方法，常用ADC值来衡量水分子运动的快慢［4］。水分子的扩散运动快时，ADC值较高，DWI呈低信号；水分子的扩散运动受限时，ADC值较低，DWI呈高信号［5］。由于IS早期主要为细胞毒性水肿，水分子弥散受限，因此在急性期前DWI上表现为显著高信号、ADC图上为低信号，这种DWI特异性的表现一般在梗死后数小时内即可出现［4］；亚急性期后，随着血管源性水肿加重，水分子弥散逐渐加快，DWI高信号强度减低，后演变为等或低信号，ADC图上为等或高信号［6］。本研究使用ADC值作为观测指标，发现IS病灶核心区ADC值较镜像区下降，但不同时期rADC值组间比较差异无统计学意义，表明ADC值尚不能用来判断IS的病程。常规DWI测量所得ADC值建立在b值的变化之上，在b值为500～1 000 s/mm2时，即可敏感发现IS病灶核心区的扩散受限，其水分子的信号强度随b值变化呈直线性衰减，称为单指数模型［7］；但当b值超过1 000 s/mm2，水分子信号强度的衰减就会偏离直线关系，此时需要采用双指数模型［8］。

3.2DWI双指数模型在IS的应用体素内不相干运动成像（introvoxel incoherent motion，IVIM）是Le Bihan等［9］于20世纪80年代首次发现的，其理论基于自旋回波信号对分子运动的敏感性。IVIM理论假设提出［10］，生物体的微观运动分2种，一种做快速移动，是受压力梯度影响的结果，代表血管中血液产生的自旋，从宏观角度描述血液在血液循环网络中的随机分布，即灌注；另一种是缓慢移动，是受热能驱动的布朗运动，代表血管外产生的自旋及细胞间液的运动，即扩散。IVIM使用双指数模型，所得到的参数有灌注分数f、扩散系数D和假扩散系数D*［11］，其中f值代表体素内毛细血管容积占整个组织容积的比值，本文用ffast表示；D*值代表毛细血管网的微循环灌注相关情况，本文用ADCfast表示；D值反映相对真实的组织中水分子的扩散状态，本文用ADCslow表示。IVIM不仅可以提供组织中水分子扩散的参数，还可反映组织间血流灌注的情况，对深入揭示病灶内部微循环变化大有益处［3］。IS超急性期，由于细胞毒性水肿的加剧，对细胞内水分子扩散影响较大，此时ADCslow值明显降低；急性期在细胞毒性水肿的同时出现血管源性水肿，导致细胞外扩散运动受限，ADCfast值降低；而亚急性期主要为血管源性水肿，受细胞内外水分子重分布的影响，快速和慢速扩散运动均变缓慢，水分子扩散受限，ADCslow和ADCfast值降低，快速扩散成分百分比ffast亦相应降低［12］。本研究中IS不同时期梗死核心区ADC各指标均较镜像区明显下降，但不同指标3期组间比较差异无统计学意义，可能与IS病程进展中各种影响因素的复杂性变化有关。

3.3MRI不同指数模型ADC值对IS诊断的意义

传统的DWI通过ADC值对组织内水分子的弥散情况进行定量检测，其数学模型为单指数模型，这种模型是目前最常用检测组织内水分子弥散情况的方法，在低b值阶段就可发现细胞毒性水肿所致的水分子扩散受限，可在疾病早期提高IS诊断的敏感性。但在高度不均质的组织内部，弥散加权信号实际上是呈多指数衰减方式进行，尤其当b值较大时更是如此［12］。有研究发现［13］，高b值时水分子的扩散受限在ADC图上显示更加敏感，但传统的单指数拟合不能有效反映这一现象。IVIM技术运用足够多的b值进行扩散信号的采样，并应用双指数拟合分析，区分组织的水分子扩散（高b值）和微循环灌注信息（低b值），从而得到可测量的微循环效应［14］。传统弥散成像依赖于复合高低b值进行单指数函数计算，有一定的局限性；IVIM只要b值分布合理，其测量参数就不受影响［15］。相比于单指数模型，IVIM应用的双指数模型可更好地描述生物体内这种复杂的信号衰减方式［16］。因此，双指数模型所得到的各种ADC参数既能反映局部脑组织的血流灌注变化，又能观测细胞内外水分子的微观运动，为IS早期诊断和治疗提供更加详实的依据。

图1　女，69岁，左侧肢体无力3 d，右侧脑室体旁缺血性脑卒中　图1　a DWI示病灶核心区呈高信号　图1　b ADC伪彩图呈蓝色低信号　图1c ADCfast伪彩图呈蓝色低信号，边界较清　图1　d ADCslow伪彩图呈蓝色低信号，边界不清

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收稿日期（2015-07-26）

［通信作者］张华文，E-mail：1579226281@qq.com。

［基金项目］陕西省科技攻关计划项目（2012K16-08-13）。

DOI：10.3969/j.issn.1672-0512.2016.01.003