目前，脑血管疾病已成为威胁人类健康的三大疾病之一^[1]。脑梗死发病率占全部脑血管病的75%，急性脑梗死占急性脑血管疾病的60%～80%^[2]。最关键而有效的治疗在于有效治疗时间窗内早期溶栓治疗，尽早恢复缺血半暗带（ischemia penumbra，IP）脑组织的供血。不同的研究结果显示IP存在的时间长短不一：有认为缺血后3~ 6 h^[3]，最近有研究可达到24 h，甚至48 h^[4,5,6,7]。很多在睡眠中起病或无法确定起病的具体时间。因此应用缺血半暗带的影像学改变指导超时间窗的溶栓治疗已经成为临床研究热点。

       弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）的参数平均弥散系数（mean diffusivity，MD）反映组织细胞毒性水肿的范围，显示脑梗死缺血的范围；弥散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）的参数平均峰度（mean kurtosis，MK）则对细胞内细胞骨架结构的崩裂与线粒体水肿敏感，显示坏死的区域。恢复期T2-FLAIR异常信号区代表脑梗死的最终坏死区。本研究对急性脑梗死患者进行DTI、DKI、T2-FLAIR联合检查，为半暗带的诊断、病情评估、疗效判断提供客观依据。

1　材料与方法

1.1　临床资料

       搜集2014年10月至2015年12月在汕头大学医学院第二附属医院神经内科住院治疗的急性脑梗死患者43例，平均年龄63.9岁。其中男26例，平均年龄63.9岁；女17例，平均年龄64岁。记录患者姓名、性别、年龄、发病时间、是否吸烟、合并有高血压和糖尿病及心脏病等脑梗死危险因素、入出院时的美国国立卫生研究院脑卒中量表评分(National Institutes of Health Stroke Scale，NIHSS)。

       纳入标准：(1)符合2010年中国急性缺血性脑卒中诊治指南中缺血性脑卒中的诊断标准^[2]：①急性起病；②局灶性神经功能缺损，少数为全面神经功能缺损；③症状和体征持续24 h以上；④排除非血管性脑部病变；⑤头颅CT或磁共振排除脑出血和其他病变，有责任缺血灶。(2)常规MRI及DWI检查明确为急性脑梗死。（3）首发急性脑梗死，可有陈旧性腔隙性脑梗死。(4)发病时间≤ 72 h。排除标准：（1）头颅CT和（或）MRI检查有脑出血、颅内感染、占位性病变、脑变性疾病、脑外伤等其他颅脑疾病；(2)合并非神经系统的严重疾病，如心肺肝肾功能衰竭、血液系统疾病、严重电解质紊乱等；(3)发病时间大于72 h ；(4)发病1个月复查发现首次脑梗死部位附近有新（再）发脑梗死者（影响T2-FLIAR检测结果）。分组：根据患者发病时间^[8]，分为超急性期组（发病时间≤6 h） 13例、急性期组（发病时间>6 h≤24 h）14例、亚急性期组（发病时间>24 h≤72 h） 16例。14例（超急性期组6例、急性期组4例、亚急性期组4例）患者到发病1个月时（恢复期）复查头颅磁共振T2-FLIAR。

       所有受检者和（或）其家属均对本研究知情同意签署知情同意书；本研究获得本院伦理委员会审核批准。

1.2　影像检查方法

       所有患者发病后均行头颅CT检查，排除脑出血；在发病72 h内均行头颅T1WI、T2WI等常规序列扫描及DWI、DTI、DKI检查。14例发病1个月时做T2-FLAIR检查。

       检查前确认所有受检患者无MRI检查禁忌证。嘱患者仰卧于检查床上，以头足位进入主磁场，将头部置于线圈正中，用海绵固定好头部，以避免头部移动。

       采用美国通用公司（GE）生产的Signa Excite HDxT 3.0 T磁共振机，用标准8通道头线圈作发射及接收线圈。

       (1)常规MR扫描序列及参数：常规MR扫描包括轴面T1WI、T2WI、矢状面T2WI。扫描参数：常规SE序列T1-FLAIR (TR 2162 ms，TE 20.6 ms)，矩阵320×256，FOV 240 mm×180 mm，层厚7 mm，层距1.5 mm；T2-FLAIR (TR 4420 ms，TE 112.1 ms)，矩阵384×256，FOV 240 mm× 180 mm，层厚7 mm，层距1.5 mm。(2) DWI序列及参数：采用SE-EPI序列，TR 6000 ms，TE 98.6 ms，矩阵128×128，FOV 240 mm× 240 mm，层厚7 mm，层距1.5 mm，共30层，NEX为2。(3) DTI、DKI扫描：采用梯度回波单次激发的回波平面成像序列（GRE-EPI序列），层厚：5 mm，间隔：0.5 mm，TR 4500 ms，TE 98.6 ms，FOV 240 mm×240 mm，矩阵128×128，体素大小为2 mm ×2 mm×3 mm，进行DKI扫描，扫描层数18层，NEX为1，扫描时间3 min 5 s，扩散敏感梯度场施加的方向为15个，每个方向的b值均有三个值（0、1000、2000 s/mm²）。DKI扫描同时获得DTI的MD和MK图像及数值。图像面积单位：mm²，MD值的单位为μm²/ms。(4) T2-FLAIR扫描：采用FLAIR Fast序列，TR 8602 ms，TE 122 ms，矩阵为288×160，FOV 240 mm× 240 mm，层厚7 mm，层间距1.5 mm。

1.3　影像数据处理

       将扫描的DKI序列原始DICOM数据传输至在GE ADW4.6工作站，使用GE医疗集团提供的Functool 9软件包的处理软件进行图像处理。(1)选择基底节层面进行阈值设定，设定以保留最高信噪比为原则，设定上限达到尽量保留全脑实质范围并去除非脑组织，下限刚好消除背景噪声；(2)填上MR扫描的参数b （0 ，1000，2000 s/mm²）及b0的数目后，计算机自动计算生成DKI的MK参数图及DTI的MD参数图；(3)所有病例进行手绘感兴趣区（region of interest，ROI），多发病灶者选择大面积的病灶。测量时注意尽量避开脑沟、脑室区域。根据扫描MK图、MD图信号异常区的实际面积（mm²）大小，将MK图信号异常区与MD图信号异常区的重叠部位设为匹配区，不重叠部位设为不匹配区，采用ROI法。分别测量病灶侧匹配区和不匹配区以及对侧与病灶相对应的镜像区（包括匹配区和不匹配）的MK值和MD值（分别测量3次、取平均值）。记录首次MK和MD图像上异常信号区域面积（mm²）、MK值和MD值(μm²/ms)、∆MK和∆MD^*；14例发病1个月时复查T2-FLAIR异常信号面积（mm²）。根据各参量的均值，计算脑梗死区域各变量的变化率。^*∆MK、∆MD为MK及MD值的变化幅度，其计算公式：参量变化率=|X病灶侧－X镜像侧|/X镜像侧×100%（X代表不同的扩散参量）。

       面积的测量：使用GE ADW4.6工作站及GE医疗集团提供的Functool 9软件包的面积测量工具对MD图、MK图及T2-FLAIR图中病灶的异常信号区进行人工勾画、测量面积。具体操作是：由2名主治资格以上的影像科医师在单盲和标准窗宽窗位下勾画、测量MRI参数图的异常信号面积，然后取两者平均值作为最终数据。

1.4　统计学分析

       应用SPSS 22.0进行统计分析。(1)病灶区与镜像区MK值和MD值的比较、病灶匹配区与不匹配区的MK值和MD值的比较、病灶区MK面积与MD面积的比较、病灶匹配区与不匹配区∆MK（MK的变化幅度）和∆MD （MD的变化幅度）的比较、病灶区∆MK与∆MD的比较、复查T2-FLAIR病灶面积与首次MK病灶面积和MD病灶面积的比较均采用t检验。(2) MK病灶面积和MD病灶面积、病灶侧MK值升高和MD值下降与病情NIHSS评分的相关性采用Spearman相关分析。(3)以P<0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1　首次检查的MD和MK图病灶特点

       超急性期组、急性期组、亚急性期组三组MK图病灶区表现为高信号、不均匀、边缘清晰，MD图病灶区均表现为低信号、较均匀、边缘模糊（图1）。

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图1  女，81岁，发病5 h. A：MK图异常病灶区，为不均匀性高信号，边缘清晰；MK图病灶面积为832 mm²；MK面积明显小于MD，有明显不匹配区。B ：MD图异常病灶区，为均匀低信号区，边缘模糊；MD图病灶面积为2361 mm²
图2  男，80岁，发病12 h. A：MD图病灶面积为91 mm²。B：MK图病灶面积为88 mm²。MK与MD面积基本相同，无明显不匹配区
图3  男，57岁，发病24 h. A：首次MD图异常面积为191 mm²。B：首次MK图异常面积为53 mm²。C：复查T2-FLAIR最终梗死面积为50 mm²。复查T2-FLAIR面积基本与首次MK面积相等，小于首次MD面积，提示梗死面积无增大，治疗效果好
Fig. 1  A case of 81-year-old women, 5 hours from stroke onset. A: MK showed a hyperintense lesion with significant intense contrast different and clear boundary. The area of MK lesion was 832 mm². The areas of MK lesion were much smaller than MD lesion, and there was significant MD/MK mismatch. B: MD showed a hypointense lesion without significant intense contrast different and fuzzy boundaries. The area of MD lesion was 2361 mm².
Fig. 2  A case of 80-year-old man, 12 hours from stroke onset. A: The area of MD lesion was 91 mm². B: The area of MK lesion was 88 mm². The areas of MK and MD lesions were similar, and there was no significant MD/MK mismatch.
Fig. 3  A case of 57-year-old man, 24 hours from stroke onset. A: The area of MD lesion at the first visit was 191 mm². B: The area of MK lesion at the first visit was 53 mm². C: The area of T2-FLAIR at the final visit was 50 mm². The areas of follow- up T2-FLAIR lesion and the MK lesion at the first visit were similar, and much smaller than MD lesion at the first visit. It suggested that no expansion of the

2.2　MK图病灶区面积与MD图病灶区面积比较（匹配区和不匹配区）

       MK图病灶区面积（217.26±320.807） mm²明显小于MD图病灶区面积（398.21±586.762） mm²，P<0.01。大部分MK图病灶区小于MD图病灶区，MK图病灶区＝MD图病灶区部分为匹配区，MD图病灶区大于MK图病灶区部分为不匹配区。不匹配区的出现率超急性期组86.4% (11/13)、急性期组92.8% (13/14)、亚急性期组75% (12/16) （图1，图2）。

2.3　三组MK值和MD值病灶区与镜像区的比较

       病灶匹配区和不匹配区MK值显著高、MD值显著低于镜像区正常组织(P值均<0.01；表1)。提示与正常组织比较，脑梗死病灶区显示出MK值和MD值的变化。

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表1  病灶侧匹配区与不匹配区MK值和MD值的比较
Tab. 1  Comparison of the MK value and the MD value of the lesion side matching area and the mismatched region

2.4　病灶区的∆MK与∆MD比较

       三组的病灶（匹配区和不匹配区） ∆MK与∆MD比较均有显著性差异(P值均<0.01；表2)。提示MK值异常幅度显著大于MD值异常幅度。

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表2  各组MK变化幅度（∆MK）与MD变化幅度（∆MD）的比较
Tab. 2  Comparison of ∆MK and ∆MD of the groups

2.5　三组MK和MD值、∆MK和∆MD匹配区与不匹配区比较

       三组的病灶MK值和MD值、∆MK和∆MD，匹配区与不匹配区比较有显著性差异(P值均<0.01；表3，表4)。提示MK值和MD值变化、MK值和MD值异常幅度匹配区重于不匹配区。

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表3  匹配区、不匹配区MK值和MD值的比较
Tab. 3  Comparison of the MK value and the MD value of the matching area and not matching area

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表4  匹配区、不匹配区MK变化幅度（∆MK）与MD变化幅度（∆MD）的比较
Tab. 4  Comparison of ∆MK and ∆MD of the matching area and not matching area

2.6　∆MK和∆MD、MK面积和MD面积与脑梗死病情（NIHSS评分）的相关性分析

       ∆MK和∆MD与NIHSS评分呈正相关，r值分别为0.345和0.343，P值均<0.05；MK面积和MD面积与NIHSS评分呈显著正相关，r值分别为0.618和0.735，P值均<0.01。提示∆MK和∆MD、MK面积及MD面积能够呈现脑梗死病情的严重程度。

2.7　发病1个月时复查T2-FLAIR图像与首次MK及MD图病灶面积比较

       14例（三组分别为6例、4例、4例）发病1月时复查的T2-FLAIR图像病灶面积，(1)与首次MK病灶面积比较：10例基本一致提示坏死区没有扩大、治疗效果好；4例明显增大提示坏死区扩大。(2)与首次MD病灶面积比较：10例明显缩小提示缺血半暗带恢复、治疗效果好；2例基本一致提示坏死区没有扩大、效果好；2例明显增大提示坏死区扩大（图3，图4，图5）。提示重复检查评估治疗效果。

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图4  男，66岁，发病24 h. A：首次MD图异常面积为130 mm²。B：首次MK图异常面积为41 mm²。C：复查T2-FLAIR最终梗死面积为72 mm²。复查T2-FLAIR面积大于首次MK面积，小于首次MD面积，提示梗死区增大（但未超过原来缺血区）
图5  女，50岁，发病8 h. A：首次MD图异常面积为75 mm²。B：首次MK图异常面积为42 mm²。C：复查T2- FLAIR最终梗死面积为93 mm²。复查T2-FLAIR面积大于首次MK面积，大于MD面积，提示最终梗死面积大于原来梗死区并增大到整个半暗带区以外，脑梗死病情进展
Fig. 4  A case of 66-year-old man, 24 hours from stroke onset. A: The area of MD lesion at the first visit was 130 mm². B: The area of MK lesion at the first visit was 41 mm². C: The area of T2-FLAIR at the final visit was 72 mm². The areas of follow-up T2-FLAIR lesion were bigger than the MK lesion at the first visit, and smaller than MD lesion at the first visit. It suggested that there was some expansion of the original lesion.
Fig. 5  A case of 50-year-old women, 8 hours from stroke onset. A: The area of MD lesion at the first visit was 75 mm². B: The area of MK lesion at the first visit was 42 mm². C: The area of T2- FLAIR at the final visit was 93 mm². The areas of follow-up T2-FLAIR lesion were bigger than the MK and MD lesion at the first visit. It suggested that there was a significant expansion of the original lesion and associated with poor outcomes.

3　讨论

       脑梗死实质是由于血管闭塞、脑血流量（cerebral blood flow，CBF）下降而引起的脑细胞形态和功能的改变甚至死亡。1977年Abtrup等^[9]首次提缺血半暗带（ischemia penumbra，IP）的概念：即介于正常脑组织与梗死组织之间的局部低灌注、功能异常、结构保持完整，恢复正常血流后功能可恢复的区域。所以尽快恢复IP的血流供应，成为早期脑梗死治疗的主要手段。

       脑血管梗死、供血减少、局部脑组织缺血缺氧，细胞膜上的Na⁺-K⁺-ATP泵功能障碍，细胞内外离子失衡、细胞内水钠潴留、细胞肿胀^[10,11]，细胞质流动性减少、胞外间隙变小扭曲，导致水分子扩散受限，MD值下降，图像显示为较均匀的低信号，所以梗死缺血区显示为MD图低信号区、MD值下降，MD图低信号区面积大小显示缺血区的范围。而脑组织缺血缺氧时，细胞内的结构先发生变化：能量依赖性细胞骨架崩溃、微管及其他的细胞成分分解断裂、细胞内粘度增加、细胞坏死^[12]，局部结构复杂性增加，MK值升高、图像显示为不均匀高信号。脑梗死坏死区显示MK图高信号、MK值升高，MK图高信号区面积大小显示坏死区的范围。MD和MK不匹配区（即缺血半暗带）代表的是细胞损伤程度较轻的可逆性的缺血损伤组织，而MD和MK匹配的异常信号区则代表细胞损伤严重的不可逆的缺血损伤组织。

       本研究三组MK图病灶异常信号表现为不均匀边缘清晰的高信号，MD图病灶异常信号表现为均匀边缘模糊的低信号，这和Grinberg等^[13]和Hui等^[14]的实验结果相一致，提示MK值和MD值的改变可以显示出脑梗死的病灶情况：MK图显示坏死区、MD图显示缺血区，MK图与MD图的不匹配区显示半暗带区；三组病灶的匹配区MK值和MD值、∆MK和∆MD明显大于不匹配区，提示匹配区（坏死区）异常程度重于不匹配区（缺血半暗带），这和张顺等^[8]的研究结果基本一致；三组共14例1个月后复查T2-FLAIR，与DKI、DTI检测前后结合对比，能够评价治疗效果，这和Hui等^[14]和Cheung^[15]等的研究结果也基本一致。

       但是，DKI扫描时间过长，降低了脑梗死患者扫描的成功率；快速DKI序列虽然在动物MRI上取得肯定性研究成果，但临床MRI的快速DKI序列与后处理技术尚未普及；3D纤维束跟踪DTI技术也已相当成熟，但其技术性仍有待进一步完善。另外，部分患者来诊时已过了超急性期、急性期，未能把每个病例都完成三个期的影像动态监测；本研究病例数较少，可扩大样本量，更加细化地观察脑梗死的影像学特点。

       本研究结果表明，DKI检测可分别显示急性脑梗死坏死区和缺血区，对半暗带有诊断价值；能够评估病情严重程度；动态监测可评价治疗效果。