肝非高斯扩散加权成像的可行性及可重复性研究

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1、南方医科大学201l级博士学位论文肝非高斯扩散加权成像的可行性及可重复性研究Studyoffeasibili够andreproducibili坶ofNon—GaussianDiffusionweightedimaginginliVer课题来源：自选学位申请人导师姓名专业名称培养类型培养层次所在学院答辩主席答辩委员论文评阅人陈世林梁长虹主任医师教授影像医学与核医学在职博士广东省人民医院龙晚生教授陈萍教授江新青教授单鸿教授许乙凯教授黄飚教授赵振军教授梁碧玲教授罗良平教授刘再毅教授2014年月日广州博士学位论文ⅢⅧ㈣㈣Ⅷ删洲Ⅲ㈣㈣Y2618217肝非高斯扩散加权成

2、像的可行性及可重复性研究研究背景博士研究生：陈世林指导教师：梁长虹摘要磁共振扩散加权成像(Dif如sionweightedimaging，DWI)是一种无创的磁共振功能成像技术，属于分子影像范畴，它从分子层面上分析病变组织结构、组织成分的微观变化来反映组织器官的宏观病变，是目前进行活体定性研究、定量分析水分子扩散受限的最佳的成像技术，其在大脑缺血性病变、肿瘤性病变等方面已经得到广泛的运用。近年来，随着磁共振各种快速成像技术的发展，尤其是平面回波技术的开展及应用，其快速成像的优势明显减弱了人体各种生理运动(如呼吸、胃肠蠕动及大血管搏动等等)伪影，促进了扩散加权

3、成像在腹部各脏器的临床应用，尤其是对腹部实质性脏器疾病的诊断、病变治疗后疗效的评价产生了深远的影响。DWI不仅能对病变进行定性诊断，而且通过表观扩散系数(Apparentdi归msioncoemcientADC)的测量对病变进行定量分析一即量化成像分析，这在肝脏肿瘤检测、肿瘤定性和监测治疗效果方面有着极大的临床价值，因为一般而言代谢、功能的变化往往先于形态学改变。尽管临床实践中ADC值的应用正在扩大，但DM容积量化的可重复性尚未很好确定。ADC值可能被不同序列接收参数、MR系统类型、肿瘤的大小和位置等影响。ADC值随时间呈非线性变化，当它们不是在不同患者间的

4、同一时间点获取，这摘要可致测量值极大不同。在利用ADC进行肝脏疾病评价时，为了使得研究者的前后结果或研究者之间的结果具有可比性，无疑迫切需要ADC值的测量具有较高的可重复性。既往有作者研究了颅脑ADC值测量的可重复性问题。腹部DM成像与脑部DⅥ成像不同，容易受到呼吸、心跳及胃肠道蠕动等各种生理因素以及胃肠道内容物的影响，因此腹部脏器特别是肝脏ADC值测量的准确性及可重复性也越来越引起人们的关注。腹部DⅥ测量误差可能取决于很多因素，包括成像设备，启动程序，数据采集技术和重复测量的间隔时间等等。另外，目前常规扩散加权成像技术是基于水分子的自由运动满足高斯分布的假

5、设，其信号的衰减是由一个简单的单指数函数来描述：S(b)=Soexp(-Db)，(1)上式中b为扩散加权因子。该模型中自由参数为So和D，其中So表示无扩散加权梯度时的信号，而D表示扩散系数。单指数扩散也被称为高斯扩散，其原因是，对于自由扩散而言，扩散传播符合高斯函数。但在小b值范围内，即使扩散受限或扩散范围内存在分区，单指数衰减也是一个很好的拟合函数。然而该假设对于复杂的生物组织并不准确，在生物组织中的水分子并不是遵循高斯的正态分布，应该用非高斯分布来描绘水分子的运动，于是有许多学者提出了各种非高斯分布的扩散模型：一、统计模型：公式(1)可以推广至涵括多个

6、扩散系数。Yablonskiy等学者提出，信号可认为是由分布函数P(D)描述的扩散系数的总和，即总信号可用下式表示：s(b)=soJo。dDP(D)exp(一Db)(2)上式也是分布函数的Laplace变换。如果只存在一个6函数峰值，则信号是可用单指数函数拟合。Y-ablonsby等假定的高斯分布模式中信号为：s国，=sb二督e冲(一五A。e+兰炉《)：。3、II博士学位论文其中①是误差函数。该模型自由参数为sD、ADc(表观扩散系数)以及o。，其中后二者分别表示高斯分布函数的中心和宽度。当不同D值对应的自旋密度不重叠时，该分布P(D)对应于一组真实的物理扩

7、散率。反之，该模型的参数则需另加解释。二、拉伸指数模型：拉伸指数函数是一种三参数模型，函数公式如下：S(b)=Soe×p【一【bDDC)。】(4)此处3个参数分别为：So、分布扩散系数(DDc)和异质指数Q，其中Q范围为。至1。a取上限值1时，上式则相当于单指数扩散函数。就数理而言，拉伸指数函数可以由简单的指数线性衰变叠加而成。异质性指数亦表现出一定的临床相关性，例如，可作为脑肿瘤标记物。三、双指数模型：在双指数模型中，信号是两个指数函数的总和：S(b)=So【wle×p(-D1b)+W2e×p(一D2b)】，w1+w2=1．(5)模型中4个自由参数分别是：

8、扩散系数D1、D2，分区1的体积分数w1(由于w1+