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扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging,DKI)是基于扩散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)技术上的延伸,为描述组织内非正态分布水分子扩散的一种新的MRI方法。相对于DTI技术,DKI更适于反映组织微观结构的变化[1]。目前关于正常成人视通路DTI的研究可见少量报道[2]。而通过DKI技术可以把水扩散研究从高斯水延伸至非高斯水领域,从而解决了DTI无法解决的多神经纤维交叉问题,能够更加真实地反映组织微观结构的变化[3]。目前,应用DKI技术进行正常成人视通路的研究尚未见报道。视通路的主要结构包括:视神经、视交叉、外侧膝状体、视放射和视皮层等。由于扫描技术的限制,DKI图像中视交叉结构显示不清,本研究将其排除。本研究选择正常成人志愿者进行视通路的不同区域DKI研究,以明确正常成人视通路不同区域随年龄增大的变化规律,为后续对视通路的临床和疾病诊断等研究提供参考。
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本组30名正常成人志愿者均成功完成MRI常规和DKI序列检查,测量并分析了视通路不同部位DKI参数值与年龄的相关性。结果显示:①年龄与视神经区域MK值呈负相关,而与MD呈正相关(图 1);②年龄与外侧膝状体区域MK、FA值均呈负相关,而与MD呈正相关;③年龄与视放射区域FA、MK值呈负相关(图 2);④年龄与视皮层MK值呈负相关(表 1)。
图 1 43岁正常男性志愿者视神经平面部分各向异性值、平均扩散率值、平均峰度值图像
Figure 1. Optic planar figures of fractional anisotropy, mean diffusivity, and mean kurtosis of a 43-year-old male volunteer
图 2 36岁正常女性志愿者视放射平面部分各向异性值、平均扩散率值、平均峰度值图像
Figure 2. Optic radiation planar figures of fractional anisotropy, mean diffusivity, and mean kurtosis of a 36-year-old female volunteer
部位 FA值 MK值 MD r P值 r P值 r P值 视神经 0.331 0.074 -0.634 0.000 0.388 0.034 外侧膝状体 -0.501 0.005 -0.451 0.012 0.424 0.020 视放射 -0.375 0.041 -0.433 0.017 0.355 0.055 视皮层 -0.153 0.420 -0.375 0.041 0.259 0.167 表中,FA:部分各向异性值;MK:平均峰度值;MD:平均扩散率。 表 1 30名正常成人视通路不同部位FA值、MK值、MD与年龄的相关性比较
Table 1. Correlations of age and FA, MD, MK values in different parts of the visual pathway in 30 normal adults
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20~39岁组和60岁以上组在外侧膝状体、视放射区域的FA值差异均有统计学意义;20~39岁组和40~59岁组在外侧膝状体、视皮层区域的FA值差异也有统计学意义(表 2)。
组别 人数 视神经 外侧膝状体 视放射 视皮层 20~39岁组 10 0.48±0.12 0.53±0.15 0.55±0.09 0.17±0.07 40~59岁组 10 0.46±0.08 0.45±0.06 0.49±0.08 0.11±0.06 60岁以上组 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) 表中,P值为3组之间比较结果:P1、P2、P3分别为20~39岁组与40~59岁组、40~59岁组与60岁以上组、20 ~39岁组与60岁以上组之间的比较结果,括号中数据为对应的t值。 表 2 30名正常成人各年龄组间视通路不同部位的部分各向异性值比较(x±s)
Table 2. Comparison of fractional anisotropy values in different parts of the visual pathway among each age groups in 30 normal adults(x±s)
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20~39岁组和60岁以上组在视神经、外侧膝状体、视放射和视皮层区域的MK值差异均有统计学意义。40~59岁组和60岁以上组在视神经、外侧膝状体区域的MK值差异也有统计学意义(表 3)。
组别 人数 视神经 外侧膝状体 视放射 视皮层 20~39岁组 10 0.81±0.12 0.89±0.18 0.98±0.16 0.74±0.09 40~59岁组 10 0.72±0.28 0.85±0.15 0.93±0.29 0.72±0.16 60岁以上组 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) 表中,P值为3组之间比较结果:P1、P2、P3分别为20~39岁组与40~59岁组、40~59岁组与60岁以上组、20 ~39岁组与60岁以上组之间的比较结果,括号中数据为对应的t值。 表 3 30名正常成人各年龄组间视通路不同部位的平均峰度值比较(x±s)
Table 3. Comparison of mean kurtosis values in different parts of the visual pathway among each age groups in 30 normal adults(x±s)
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20~39岁组和60岁以上组在视神经、外侧膝状体区域的MD差异有统计学意义。40~59岁组和60岁以上组在外侧膝状体区域的MD差异有统计学意义(表 4)。
组别 人数 视神经 外侧膝状体 视放射 视皮层 20~39岁组 10 0.94±0.16 0.90±0.16 0.81±0.26 1.05±0.24 40~59岁组 10 1.05±0.22 0.87±0.22 0.83±0.15 1.03±0.18 60岁以上组 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) 表中,P值为3组之间比较结果:P1、P2、P3分别为20~39岁组与40~59岁组、40~59岁组与60岁以上组、20 ~39岁组与60岁以上组之间的比较结果,括号中数据为对应的t值。 表 4 30名正常成人各年龄组间视通路不同部位的平均扩散率比较[(x±s)×10-3 mm2/s]
Table 4. Comparison of mean diffusivity values in different parts of the visual pathway among each age groups in 30 normal adults[(x±s)×10-3 mm2/s]
扩散峰度成像在正常成人视通路中的应用研究
Application study of diffusion kurtosis imaging in normal adult visual pathway
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摘要:
目的 应用扩散峰度成像(DKI)定量测量正常成人视通路各区域的平均峰度(MK)值、部分各向异性(FA)值和平均扩散率(MD), 探讨DKI技术在正常成人视通路研究中的应用价值。 方法 按区组随机化选择30名正常成人志愿者, 按年龄分为3组:20~39岁组、40~59岁组和60岁以上组, 每组10名, 均行常规颅脑MR和DKI序列扫描, 并测量视通路不同区域的MK值、FA值和MD, 采用SPSS15.0统计学软件分析MK值、FA值和MD的正常范围, 及其随年龄递增的变化规律。 结果 视神经、外侧膝状体、视放射和视皮层区域MK值与年龄呈负相关; 外侧膝状体、视放射区域FA值与年龄呈负相关; 视神经、外侧膝状体区域MD与年龄呈正相关。 结论 DKI所得参数可以无创性地反映正常成人视通路随年龄增长的微观结构的变化。 Abstract: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. Methods DKl 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. Results The 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. Conclusion The DKI parameters can non-invasively reflect the changes in the microstructure of the normal adult visual pathway. -
Key words:
- Diffusion kurtosis imaging /
- Mean kurtosis /
- Fractional anisotropy /
- Mean diffusivity
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表 1 30名正常成人视通路不同部位FA值、MK值、MD与年龄的相关性比较
Table 1. Correlations of age and FA, MD, MK values in different parts of the visual pathway in 30 normal adults
部位 FA值 MK值 MD r P值 r P值 r P值 视神经 0.331 0.074 -0.634 0.000 0.388 0.034 外侧膝状体 -0.501 0.005 -0.451 0.012 0.424 0.020 视放射 -0.375 0.041 -0.433 0.017 0.355 0.055 视皮层 -0.153 0.420 -0.375 0.041 0.259 0.167 表中,FA:部分各向异性值;MK:平均峰度值;MD:平均扩散率。 表 2 30名正常成人各年龄组间视通路不同部位的部分各向异性值比较(x±s)
Table 2. Comparison of fractional anisotropy values in different parts of the visual pathway among each age groups in 30 normal adults(x±s)
组别 人数 视神经 外侧膝状体 视放射 视皮层 20~39岁组 10 0.48±0.12 0.53±0.15 0.55±0.09 0.17±0.07 40~59岁组 10 0.46±0.08 0.45±0.06 0.49±0.08 0.11±0.06 60岁以上组 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) 表中,P值为3组之间比较结果:P1、P2、P3分别为20~39岁组与40~59岁组、40~59岁组与60岁以上组、20 ~39岁组与60岁以上组之间的比较结果,括号中数据为对应的t值。 表 3 30名正常成人各年龄组间视通路不同部位的平均峰度值比较(x±s)
Table 3. Comparison of mean kurtosis values in different parts of the visual pathway among each age groups in 30 normal adults(x±s)
组别 人数 视神经 外侧膝状体 视放射 视皮层 20~39岁组 10 0.81±0.12 0.89±0.18 0.98±0.16 0.74±0.09 40~59岁组 10 0.72±0.28 0.85±0.15 0.93±0.29 0.72±0.16 60岁以上组 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) 表中,P值为3组之间比较结果:P1、P2、P3分别为20~39岁组与40~59岁组、40~59岁组与60岁以上组、20 ~39岁组与60岁以上组之间的比较结果,括号中数据为对应的t值。 表 4 30名正常成人各年龄组间视通路不同部位的平均扩散率比较[(x±s)×10-3 mm2/s]
Table 4. Comparison of mean diffusivity values in different parts of the visual pathway among each age groups in 30 normal adults[(x±s)×10-3 mm2/s]
组别 人数 视神经 外侧膝状体 视放射 视皮层 20~39岁组 10 0.94±0.16 0.90±0.16 0.81±0.26 1.05±0.24 40~59岁组 10 1.05±0.22 0.87±0.22 0.83±0.15 1.03±0.18 60岁以上组 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) 表中,P值为3组之间比较结果:P1、P2、P3分别为20~39岁组与40~59岁组、40~59岁组与60岁以上组、20 ~39岁组与60岁以上组之间的比较结果,括号中数据为对应的t值。 -
[1] Hui ES, Cheung MM, Qi LQ, et al.Towards better MR characterization of neural tissues using directional diffusion kurtosis analysis[J].Neuroimage, 2008, 42(1):122-134.DOI:10.1016/j.neuroimage.2008.04.237. [2] 宛四海, 张雪林, 孙鑫, 等.正常成人视放射的磁共振扩散张量成像和扩散张量纤维束成像研究[J].南方医科大学学报, 2008, 28(3):396-398.DOI:10.3321/j.issn:1673-4254.2008.03.047.Wan
SH, Zhang XL, Sun X, et al.Optic radiation in normal adults:a study using magnetic resonance diffusion tensor imaging and diffusion tensor tractography[J].J South Med Univ, 2008, 28(3):396-398. doi: 10.3321/j.issn:1673-4254.2008.03.047.Wan[3] Raab P, Hattingen E, Franz K, et al.Cerebral gliomas:diffusional kurtosis imaging analysis of microstructural differences[J].Radiology, 2010, 254(3):876-881.DOI:10.1148/radiol.09090819. [4] Falangola MF, Jensen JH, Babb JS, et al.Age-related non-Gaussian diffusion patterns in the prefrontal brain[J].J Magn Reson Imaging, 2008, 28(6):1345-1350.DOI:10.1002/jmri.21604. [5] 刘慧婷.乳腺病变的扩散峰度模型研究[J].国际医学放射学杂志, 2014, 37(4):97-98.
Liu HT.Diffusion kurtosis imaging model of breast lesions[J].Int J Med Radiol, 2014, 37(4):97-98.[6] 曾丁巳, 肖新兰.扩散峰度成像(DKI)在中枢神经系统的应用[J].临床放射学杂志, 2011, 30(9):1400-1402.
Zeng DS, Xiao XL.Application of diffusion kurtosis imaging in the central nervous system[J].J Clin Radiol, 2011, 30(9):1400-1402.[7] Lätt J, Nilsson M, Wirestam R, et al.Regional values of diffusional kurtosis estimates in the healthy brain[J].J Magn Reson Imaging, 2013, 37(3):610-618.DOI:10.1002/jmri.23857. [8] 郑慧鑫, 张辉, 王效春, 等.扩散峰度成像在正常成人脑组织中的应用价值[J].山西医科大学学报, 2014, 45(4):275-277, 284.DOI:10.13753/j.issn.1007-6611.2014.04.006.Zheng
Zheng HX, Zhang H, Wang XC, et al.Value of diffusion kurtosis imaging in normal adult brain[J].J Shanxi Med Univ, 2014, 45(4):275-277, 284. doi: 10.13753/j.issn.1007-6611.2014.04.006.Zheng[9] 孙鑫, 肖新兰, 黄海青.磁共振DTI和DTT在正常成人视放射中的初步应用[J].中国临床医学影像杂志, 2008, 19(12):893-895.DOI:10.3969/j.issn.1008-1062.2008.12.016.SunX,
Sun X, Xiao XL, Huang HQ.Initial application of MR DTI and DTT in normal adult optic radiation[J].J Chin Clin Med Imaging, 2008, 19(12):893-895. doi: 10.3969/j.issn.1008-1062.2008.12.016.SunX,[10] Cheung MM, Hui ES, Chan KC, et al.Does diffusion kurtosis imaging Lead to better neural tissue characterization? A rodent brain maturation study[J].Neuroimage, 2009, 45(2):386-392.DOI:10.1016/j.neuroimage.2008.12.018.