扩散加权成像（diffusion-weighted imaging，DWI)是临床上广泛应用的扩散加权成像技术，但DWI是以水分子高斯运动为基础的成像技术，与实际水分子运动不符。由于生物组织中存在各向异性障碍，扩散过程中固有的各向异性得到考虑，这时出现了扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI)，其引入了二阶扩散张量，空间扩散系数是一个椭球球面，但DTI依然解决不了纤维交叉时纤维走向问题。扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI）最先由Jensen JH于2005年最先提出，是一种新兴的核磁共振成像方法，基于传统DWI和DTI技术延伸的相同类型的脉冲序列，通过在模型中拟合一个四阶峰度来弥补二阶张量的不足，来量化生物组织中水分子非高斯扩散程度。

1　扩散加权成像原理

       DWI技术是以水分子的高斯扩散为基础检测活体组织中水分子运动的脉冲序列。但是，在大多数组织中水分子受到细胞膜、细胞器、细胞间隔的阻挡，水分子不再是高斯扩散而出现非高斯扩散，DWI的模型过于理想化而不能反映真实微观组织的变化^[1]。Jensen等^[2]提出了一种在模型中拟合一个四阶张量来量化生物组织中非高斯扩散程度的成像序列——DKI，DKI的出现可以更加真实地反映细胞的微观结构变化，对病变的核心梗死区有更准确的显示^[3]。DKI成像技术是DWI成像技术的延伸，需要使用相对于DWI 2倍的最大扩散敏感因子(b value)^[4]，传统DKI参数使用3~6个b值，从0~3000 s/mm²，以及30个扩散梯度磁场方向。但需要接近10 min的采集时间^[5]，另外需要对图像进行后处理，这对于急性脑卒中的患者采集时间过长，容易错过最佳的溶栓时间，不利于临床诊断治疗。Hansen等^[6]提出了快速DKI成像方法，使用3个b值(b=0、1000和2500 s/mm²)，其原始图像由b=0的一个参考图像，b=1000 s/mm²沿（1，0，0)，(0，1，0)，(0，0，1）扩散敏感梯度方向的3幅图像，b=2500 s/mm²沿⁽ⁱ⁾ ，⁽ⁱ⁺⁾，^(i-)扩散敏感梯度磁场方向的9幅图像，其中⁽¹⁾=(1，0，0)^T，⁽¹⁺⁾=（0，1，1）^T，^(1-) =(0，1，-1)^T，同理i=2、3，对原始图像进行后处理得到MK参数图，采集时间显著缩减。

2　DKI相关参数图及其影响因素

       DKI作为一种新兴的评价水分子非高斯运动的成像序列，可以得到关于峰度的相关参数图：平均峰度(mean kurtosis ，MK)，MK为沿均匀扩散方向的平均峰度，是整体峰度的测量，没有任何方向特异性；轴向峰度（axial kurtosis ，AK)，AK为平行于主扩散方向的峰度；径向峰度（radial kurtosis，RK)，RK为垂直于主扩散方向的峰度^[7]。还可以得到部分各项异性扩散分数（fractional anisotropy，FA)、平均扩散率（mean diffusion，MD)、轴向扩散张量（axial diffusion，AD)、径向扩散张量（radial diffusion，RD) DTI参数图^[8]。采集DKI相关参数图的同时受到多种因素影响，如b值、扩散时间、重复时间及扩散梯度磁场方向的个数等，其中主要受b值以及扩散梯度磁场方向的影响。

2.1　扩散敏感因子（b value)

       b值是对水分子运动快慢检测的指标，在DWI中，使用1个非0 b值其设定范围在800~1500 s/mm²，最为常用的标准b值约1000 s/mm^2[4]。而使用更大的b值(b=2000、3000 s/mm²）较标准b值(b=1000 s/mm²）对急性脑卒中病灶有更高的检出率，在犬的急性脑卒中模型实验中得到证实^[9]。在临床上对怀疑急性脑卒中患者的定性诊断中^[4]，使用b=2000 s/mm²更有利于诊断轻度扩散受限改变，Lettau等^[10]认为更高的b值(b=3000 s/mm²)对超急性缺血性脑卒中的病灶显示更好。由此可见，随着b值的升高，MRI对于水分子扩散受限越敏感，更有利于急性脑卒中患者病灶的早期发现、早期诊断。在DKI中，使用多个非0 b值，Jensen等^[2]提出的传统DKI使用6个b值。但b值的个数直接影响成像所需要的时间，b值越少越利于加速采集，因此为了迎合临床的需要，将b值缩减为3个，其中2个为非0 b值。Chou等^[11]研究发现，将2个非0 b值设为b1和b2，在最大b值一定的情况下，b1和b2越大，DKI的参数图越准确，b1和b2的差值越大，DKI的参数图越稳定。因此，通过减少b值的个数来减少成像时间的同时，要慎重选择b值的组合，b值的组合将直接影响DKI参数图的质量。在正常人颅脑DKI成像研究中^[12]，b值使用(b=0、1000和2500 s/mm²）对于颅脑的成像时长与图像的质量的平衡为最佳。在人急性脑卒中研究中^[12]，b值选择（b=0、1000和2500 s/mm²）与等间距6个b值（b=0、500、1000、1500、2000和2500 s/mm²) DKI图像准确度相似。为进一步减少成像时间，Hansen等^[6]提出的快速DKI对人颅脑成像中同样使用b值(b=0、1000、2500 s/mm²）可以取得较好的图像准确度及稳定性。多b值可以有更高的成像精准度，相应地增加了成像采集的时长；b值过大，增加了对急性脑梗死灶的敏感性，但是图像的信噪比下降不利于医生对影像资料的观察和诊断；b值过小，对于水分子的扩散越不敏感，可能受到血管的影响，不利于急性脑卒中病灶检出。目前认为，b值（b=0、1000、2500 s/mm²）这个组合在正常人颅脑和急性脑卒中患者DKI成像中较适合。

2.2　扩散敏感梯度磁场方向

       扩散敏感梯度磁场方向的个数是另一个可以影响DKI图像准确度的因素。因为只有水分子沿扩散方向运动才能产生MRI信号，因此水分子的运动具有方向性。在DWI成像中，除应用b=1000 s/mm²之外，还施加3个方向互相垂直扩散敏感梯度磁场，并将3个方向上扩散信号强度叠加进行去平方根，以此能够提供水分子扩散方向上的扩散信息。MK是目前最常采用诊断急性卒中的参数图，为了较为准确地测量MK，至少需要15个不同的扩散敏感梯度磁场方向，传统DKI使用30个扩散敏感梯度磁场方向^[2]。有研究发现^[13]，扩散梯度磁场方向的个数与图像的准确性有关，随着扩散梯度磁场方向个数的增多，图像的像素错误比(error-pixel ratio)越低，图像准确性越高越接近真实。传统DKI成像使用30个扩散梯度磁场方向，保证了图像的准确性及真实性，但是采集时间相对延长，传统DKI成像采集时间接近10 min。为解决时间过长的问题，Fukunaga等^[14]研究发现，在正常人颅脑DKI成像中使用20个扩散梯度磁场方向可以在保证图像准确性的同时，适当减少成像时间，满足临床使用，这与Yokosawa等^[12]的研究相符。Yin等^[15]在对急性脑卒中患者的研究中发现，急性期MK参数图的病灶面积较一个月后随访的T2WI病灶面积有显著的相关性，说明在急性脑卒中患者中使用20个梯度磁场方向可以获得较为理想的图像准确度及稳定性。有研究通过使用快速DKI评估大鼠的大脑中动脉栓塞模型研究发现^[16,17]，快速DKI较传统DKI MK和MD病灶的大小有显著的相关性，并且对急性脑卒中病灶的显示有很好的敏感性，由此可见快速DKI在满足临床诊断的需求前提下即可满足临床对于时间的要求。扩散梯度磁场方向的个数越多，MRI接收更多方向水分子运动信息，更加反映真实的水分子运动受限程度，但是采集时间相应增加。综上所述，对于传统DKI成像，20个扩散梯度磁场方向即可以满足对急性脑卒中患者的诊断要求。

3　传统DKI及快速DKI技术在急性缺血性脑卒中的应用

3.1　MK参数图

       MK参数图是目前应用于临床以及研究中诊断与评价急性缺血性脑卒中最常采用的参数图。在大鼠的大脑中动脉闭塞模型实验中^[18]，病灶MK在梗死后持续7 d显示不均匀高信号，信号随时间延长而降低，但病灶信号仍高于对侧正常脑组织信号，而病灶MD在梗死后1~2 d从低信号转变为等信号，即出现假正常化，这可能与MK相对于MD受到脑脊液体积变化的影响较小有关^[19]，并且MK在显示急性脑卒中梗死灶时较MD有更高的变化率^[20,21]，提示MK较MD对于急性脑卒中梗死灶的显示更为敏感。Wu等^[16]研究发现，快速DKI MK在显示急性脑卒中梗死灶的面积中与传统DKI MK有显著相关性，并且快速DKI成像MK较传统DKI成像MK有更高的对比噪声比（contrast-to-noise ratio，CNR)。Cheung等^[22]在成年大鼠脑再灌注实验中发现，MK在再灌注前后病灶的体积变化不大，而MD病灶体积明显与MK之间存在不匹配区，即缺血半暗带区。说明MD/MK之间的不匹配区可能代表轻度损伤区域和潜在可挽救的缺血性损伤，而MK和MD同时存在的区域可能是病灶的核心梗死区，病变不可挽救。这与Wang等^[23]的研究相符，MK对于急性脑卒中梗死灶的显示更接近于真实的核心梗死灶^[15]。MK对急性缺血性脑卒中水分子扩散受限变化很敏感，与DWI在急性脑梗死病灶显示均匀高信号相比，更接近于真实的脑梗死微观结构病理改变^[24]，为溶栓治疗恢复缺血半暗带区的血供拯救尽可能多的脑组织提供了可能。

3.2　AK参数图

       因为水分子在轴突方向扩散基本不受限制，AK值较小，然而对于急性脑卒中患者由于缺血造成的白质轴突静脉曲张和内质网改变，使得轴向水分子扩散明显受限，AK的变化率明显上升。Guo等^[25]对28例急性脑梗死的研究发现，AK更适合于高度各向异性脑区（具有强定向轴突束的病灶，即对侧FA值较大）的急性缺血性病变诊断，如胼胝体和放射冠等，因为脑组织梗死后组织变化可能主要是减小轴向的扩散率^[26]。MK可能更适用于低度各向异性脑区的急性缺血性病变诊断，如丘脑、皮质下白质、大脑皮质等，这与Jensen等^[20]的研究相符。

3.3　RK参数图

       在脑白质中由于受到髓鞘等的影响，水分子的径向扩散受限较轴向明显，RK值较高。DKI作为DWI的延伸序列，其参数图AK和RK提供了MK所忽略的水分子扩散的方向性，对AK、RK以及MK进行分析的同时与DTI相关参数图进行比较，可以得到更加全面的微观病理改变。

4　总结及展望

       DKI作为新兴的以水分子非高斯扩散为基础的成像技术，不仅可以得到MK、RK、AK等DKI相关参数图，还可以得到FA、MD、RD、AD等DTI相关参数图。在急性脑卒中的诊断中，对急性脑卒中的核心梗死灶的辨别有独特的优势，更加真实地反映细胞内微观变化。快速DKI成像的提出，解决了传统DKI成像采集时间过长的问题，而且提高了MK的CNR，更好地显示脑卒中核心梗死区域和确定缺血半暗带区域，在缺血半暗带脑组织的挽救可能更具有优势。但当下对快速DKI技术的研究还处于初级阶段，其应用于急性脑卒中患者的研究较少，还有更多的潜在价值。相信随着快速DKI技术的成熟和发展，可以更为广泛地应用于急性脑卒中患者的诊断及个性化治疗。