IVIM-DWI技術(shù)在肝臟彌漫性病變中的研究進展

單群剛 王 勁

IVIM-DWI技術(shù)在肝臟彌漫性病變中的研究進展

單群剛 王 勁*

在生物組織中體素內(nèi)不相干運動（IVIM）包括體素內(nèi)水分子擴散和微循環(huán)灌注，IVIM雙指數(shù)模型可以精確描述DWI信號衰減與b值的關(guān)系，分別獲取反映組織水分子擴散和微循環(huán)灌注的參數(shù)。近年來，IVIM成像在肝臟彌漫性病變的檢測與分級中應(yīng)用越來越多。主要闡述肝臟IVIM成像的原理、影響因素及可重復(fù)性以及在彌漫性病變中的診斷價值。

肝臟；體素內(nèi)不相干運動；可重復(fù)性；彌漫性肝臟病變

Int J Med Radiol，2016，39（6）：645-648

MR擴散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging, DWI）是目前觀察活體組織內(nèi)水分子微觀運動最理想的成像方法，與傳統(tǒng)MRI技術(shù)主要依賴組織的T1、T2值及質(zhì)子密度不同，它主要依賴于組織中水分子的運動。對于生物組織而言，水分子的運動主要包括水分子的擴散運動和毛細血管內(nèi)的微循環(huán)灌注兩方面。體素內(nèi)存在上述兩種運動，因此DWI信號包含了水分子擴散和微循環(huán)灌注兩種成分，傳統(tǒng)的單指數(shù)模型通過表觀擴散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）反映組織的擴散活動，但ADC受血流灌注的影響，因此并不能真實地反映組織的水分子運動情況。Le Bihan等[1]在20世紀(jì)80年代首先提出了體素內(nèi)不相干運動（intravoxel incoherent motion，IVIM）的概念，它包括體素內(nèi)水分子擴散和微循環(huán)灌注，IVIM雙指數(shù)模型可以精確描述DWI信號衰減與b值的關(guān)系，分別獲取反映組織水分子擴散和微循環(huán)灌注的參數(shù)。IVIM成像最早應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)[2]，近年來隨著MR技術(shù)的不斷更新與發(fā)展，在腹部尤其是在肝臟疾病中得到越來越多的應(yīng)用[3]，主要應(yīng)用于彌漫性肝臟病變的檢測及分級、肝臟局灶性病變的鑒別診斷、肝臟惡性腫瘤療效評估等。目前很多研究者在IVIM成像的可重復(fù)性方面進行了大量的研究。本文主要闡述肝臟IVIM成像的可重復(fù)性及其在彌漫性病變中的診斷價值。

1 IVIM成像基本原理及測量指標(biāo)

通過單指數(shù)模型得到的ADC值是一個反映水分子擴散和微循環(huán)灌注的參數(shù)，用小b值進行DWI，ADC值受血流灌注影響更大；用大b值進行DWI，ADC值受血流灌注影響相對較小，基本可以反映水分子的擴散運動。根據(jù)Le Bihan等[1]提出的IVIM理論，組織內(nèi)DWI信號的衰減受水分子擴散運動和毛細血管微循環(huán)灌注的影響，使用雙指數(shù)模型可以分別量化這兩種成分。組織內(nèi)局部信號衰減

與b值的關(guān)系可以用以下公式來表示：Sb/S0=（1-f）· exp（-bD）+f·exp（-bD*），b為擴散敏感因子，單位為s/mm2；Sb和S0分別為相應(yīng)b值與不施加擴散敏感梯度場時同一體素的信號強度。D為真實水分子擴散系數(shù)或純擴散系數(shù)，表示體素內(nèi)單純的水分子擴散效應(yīng)；D*為假性擴散系數(shù)或灌注相關(guān)擴散系數(shù)，表示體素內(nèi)由于微循環(huán)灌注所致擴散效應(yīng)，與血流速度和毛細血管幾何形態(tài)有關(guān)；f為灌注分?jǐn)?shù)，表示體素內(nèi)微循環(huán)所致灌注效應(yīng)占總體的擴散效應(yīng)的比例，與毛細血管血容量有關(guān)。采用多個b值進行DWI，并通過雙指數(shù)模型對DWI數(shù)據(jù)進行擬合，可以獲得IVIM參數(shù)D、D*和f。

2 肝臟IVIM成像的影響因素

IVIM成像應(yīng)用于肝臟疾病診斷需要確保IVIM參數(shù)具有較高的可重復(fù)性。IVIM參數(shù)的可重復(fù)性受多種因素影響，比如擴散梯度極性、呼吸采集方式、b值的大小和數(shù)量、興趣區(qū)（region of interest，ROI）的大小及位置、病灶本身的性質(zhì)等，并且在同樣成像條件下不同參數(shù)的可重復(fù)性也不相同。目前IVIM成像并沒有一種公認的標(biāo)準(zhǔn)化方案。

2.1 擴散梯度極性和呼吸采集方式不同的擴散梯度極性和呼吸采集方式會對IVIM參數(shù)的可重復(fù)性產(chǎn)生影響。Dyvorne等[4]以健康志愿者和丙肝病人為研究對象，采用呼吸門控（respiratory-triggered，RT）雙極擴散梯度（bipolar，BP）、自由呼吸（free breathing，F(xiàn)B）單極擴散梯度（monopolar，MP）、呼吸門控單極擴散梯度（RTMP）、自由呼吸雙極擴散梯度（FBBP）4種序列進行掃描，結(jié)果表明，RT BP和FB MP序列IVIM參數(shù)可重復(fù)性優(yōu)于RT MP和FB BP序列。采用屏氣呼吸得到的ADC值比呼吸門控更穩(wěn)定[5-6]；而呼吸門控DWI可以使用更多的b值，因此與屏氣呼吸相比，具有更好的影像質(zhì)量和更高的信噪比，有利于提高病灶的檢出率[7-8]。Chen等[9]以健康志愿者為研究對象，將FB、RT、多次屏氣（multiple breath-hold，MBH）、導(dǎo)航門控（navigator-triggered，NT）4種呼吸采集方式ADC值可重復(fù)性進行了比較，結(jié)果表明，F(xiàn)B、RT、NT技術(shù)ADC值可重復(fù)性優(yōu)于MBH技術(shù)。心臟門控技術(shù)（electrocardiographytriggered，ET）可以減少心臟搏動導(dǎo)致的肝左葉的運動偽影，但要以增加采集時間為代價，因此其臨床應(yīng)用受到一定的限制[10-12]。

2.2 b值b值對IVIM參數(shù)可重復(fù)性也有影響。增加b值的數(shù)量可以提高ADC值的可重復(fù)性[5]。 Cohen等[13]研究表明，IVIM成像所采用的低b值（0＜b＜50 s/mm2）的數(shù)量對于D*大小和可重復(fù)性均有影響。如果使用的低b值的數(shù)量少，D*會被低估；使用較多的低b值會增加D*的可重復(fù)性。因此在進行肝臟IVIM成像時推薦使用至少2個低b值（0＜b＜50 s/mm2）。

2.3 ROI的大小和位置IVIM參數(shù)的可重復(fù)性還與ROI的大小和位置有關(guān)。相比大面積的病灶，小面積病灶的ADC值可重復(fù)性較差，這可能是因為小面積的病灶更容易受部分容積效應(yīng)的影響[11]。肝右葉的ADC、D、f的可重復(fù)性高于肝左葉，這是由于肝左葉容易受心臟搏動的影響[9-11]。肝實質(zhì)IVIM參數(shù)的可重復(fù)性好于腫瘤，這主要是由于與肝實質(zhì)相比，腫瘤具有不均質(zhì)性[11,14]。

此外，體內(nèi)其他生理活動如腺體分泌、導(dǎo)管或軸突液體流動等也會引起信號衰減，且很難與血流灌注區(qū)分，這有可能會影響灌注相關(guān)參數(shù)（f和D*）的診斷性能[15]。

總之，IVIM參數(shù)可重復(fù)性的影響因素復(fù)雜多樣，由于設(shè)備、成像條件、研究對象、擬合模型、圖像后處理不同[4,14,16-18]，不同研究者的研究結(jié)果存在一定的差異。IVIM成像的可重復(fù)性還有待進一步探索。

3 IVIM成像在肝臟彌漫性病變中的診斷價值

3.1 肝纖維化和肝硬化IVIM參數(shù)可用于肝纖維化和肝硬化的評估。大多數(shù)研究者的研究表明f可用于肝纖維化的檢測，由于肝纖維化導(dǎo)致肝臟血流灌注減少，f值往往降低[4,16-17,19-25]；但也有研究者[26-28]認為，由于肝纖維化門靜脈壓力升高導(dǎo)致門靜脈血流減少，進而引起肝動脈繼發(fā)性擴張，因此與血容量相關(guān)的f值變化并不大。由于肝纖維化引起肝實質(zhì)及血管結(jié)構(gòu)扭曲進而導(dǎo)致血流速度減慢、毛細血管長度縮短，同時門靜脈高壓導(dǎo)致門靜脈血流減少，因此與血流速度和毛細血管長度相關(guān)的D*降低[21,23,25]。另有研究表明，D在肝纖維化的檢測中也有一定的應(yīng)用價值，肝纖維化引起細胞外膠原蛋白沉積和細胞內(nèi)脂滴增加，導(dǎo)致水分子擴散受限，表現(xiàn)為D減小[21-22,24]；但也有一些研究者[17,19-20]認為，在肝纖維化、肝硬化中，相比肝臟血流灌注下降，水分子擴散受限并不是主要的病理生理變化，因此與正常肝實質(zhì)相比，其灌注相關(guān)參數(shù)f和D*下降而D并沒有顯著變化。近年來IVIM對不同肝纖維化分期的鑒別已成為研究的熱點，灌注相關(guān)參數(shù)D*和f隨著肝纖維化分期的增加而減小[17,20-25]，但ADC和

D與肝纖維化分期是否有相關(guān)性尚存在一定的爭議，有些研究者[17,21,24]的研究表明，ADC隨肝纖維化分期的增加而減小，而Wu等[25]認為ADC與肝纖維化分期沒有明顯的相關(guān)性。一些研究者[17,21-22,24]報道D隨肝纖維化分期的增加而減小，但也有研究者[20,23,25]認為D與肝纖維化分期并沒有明顯的相關(guān)性。目前IVIM對單病因肝纖維化、肝硬化評估的報道還非常少，Dyvorne等[4]將7名健康志愿者與13例丙肝肝纖維化病人的IVIM參數(shù)值進行比較，發(fā)現(xiàn)丙肝肝纖維化組的D和f顯著降低，而D*則沒有明顯變化，這可能是由于D*的可重復(fù)性較差。Lu等[22]將17名健康志愿者與34例乙肝肝纖維化病人的IVIM參數(shù)值進行比較，結(jié)果表明乙肝肝纖維化組的D、D*、f均顯著低于健康志愿者組，并且隨著肝纖維化分期的增加D*和f顯著減小。以上研究結(jié)果的差異可能與成像條件、研究對象等不同有關(guān)，IVIM對肝纖維化、肝硬化的評估還需要進一步研究。

3.2 非酒精性脂肪肝病IVIM參數(shù)可用于非酒精性脂肪肝病的早期無創(chuàng)診斷及分級。Joo等[18]對兔肝模型進行研究，結(jié)果表明非酒精性脂肪肝病組的f顯著低于正常組，原因是肝細胞脂肪沉積與細胞容積的增加以及血管周圍纖維化導(dǎo)致微循環(huán)灌注下降。f與脂肪肝嚴(yán)重程度呈負相關(guān)，并可用于早期非酒精性脂肪性肝炎與單純脂肪變性的鑒別。而Guiu等[29]將伴有和不伴有脂肪肝的2型糖尿病病人的IVIM參數(shù)進行比較，由于脂肪肝T2值增加，其f升高，這與Joo等[18]的研究結(jié)果不同，主要是由于后者的研究中有更多的嚴(yán)重脂肪肝受試對象，因此血容量減少更加顯著，從而引起f降低。脂肪肝D*降低[29-30]，這是由于脂肪肝細胞增大導(dǎo)致肝竇間隙縮小、變形，進而導(dǎo)致肝實質(zhì)血流灌注降低。脂肪肝病人肝細胞內(nèi)充滿脂滴以及肝細胞腫脹，導(dǎo)致水分子擴散受限，從而引起D降低[29-30]；但Joo等[18]研究表明，炎癥反應(yīng)可以引起細胞間隙液體增加，可能抵消掉水分子擴散受限作用，D反而升高。

4 其他成像技術(shù)對肝臟彌漫性病變的診斷價值

MR彈力成像（magnetic resonance elastography，MRE）是一種無創(chuàng)性測量組織硬度的成像技術(shù)，肝臟硬度隨著肝纖維化程度的加重而增加，相比傳統(tǒng)的影像檢查方法，MRE在早期肝硬化、肝纖維化的檢出方面具有一定的優(yōu)勢，并可以對肝硬化、肝纖維化進行分期[31]。Ichikawa等[20]研究表明，MRE對肝纖維化的診斷性能優(yōu)于IVIM成像，這可能是由于肝實質(zhì)血流灌注下降并不是肝纖維化的發(fā)病基礎(chǔ)，而是間接反映其病理生理變化。聲輻射力脈沖成像（acoustic radiation force impulse imaging，ARFI）是一種可以無創(chuàng)評估組織硬度的實時超聲成像技術(shù)，其測得剪切波速度（Vs）隨著肝纖維化程度的加重而增高，與瞬時彈性成像（transient elastography,TE）技術(shù)相比，ARFI具有可在B超引導(dǎo)下取樣、不受肥胖、腹水等因素限制的優(yōu)點[32]。Wu等[25]對IVIM和ARFI評估肝纖維化程度的對比研究表明，D*與Vs均可用于肝纖維化的無創(chuàng)、定量評估且診斷性能相當(dāng)，但D*可以將F4與F0、F1、F2區(qū)分開（F表示肝纖維化METAVIR病理分期），而Vs不能，D*的這一特性有助于鑒別可逆與不可逆的肝纖維化。

5 局限性及展望

IVIM成像可以分離組織的單純水分子擴散運動和血流灌注效應(yīng)，得到D、D*、f共3個參數(shù)，相對于傳統(tǒng)的DWI單指數(shù)模型得到的ADC值，它們能夠更準(zhǔn)確、真實地反映肝臟疾病的病理生理變化，但是IVIM參數(shù)影響因素復(fù)雜多樣，其可重復(fù)性還有待進一步研究。IVIM成像在肝臟疾病的早期診斷、鑒別診斷、分級以及惡性腫瘤療效的早期無創(chuàng)評估等方面均有重要的臨床價值。其他功能成像技術(shù)與IVIM成像的聯(lián)合應(yīng)用可以為疾病的診斷提供更多的信息,隨著MR硬件和IVIM模型的不斷發(fā)展與完善，IVIM成像的影像質(zhì)量和參數(shù)的可重復(fù)性以及IVIM的診斷性能均將得到進一步提高，其科研及臨床應(yīng)用前景也將會更加廣闊。

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（收稿2015－12－31）

Research advances of intravoxel incoherent motion imaging in diffusion liver disease

SHAN Qungang,WANG Jin.
Department of Radiology,The Third Affiliated Hospital,Sun Yat-sen University,Guangzhou 510630,China

In vivo intravoxel incoherent motion(IVIM)reflects true molecular diffusion and microcirculation of blood within a voxel.By use of the IVIM model,the relationship between signal attenuation and increasing b value could be described precisely and quantitative parameters that separately reflect the molecular diffusion of water and the microcirculation of blood could be derived.In recent years,IVIM has been increasingly applied in detection and staging of diffusion liver diseases.In this article we mainly reviewed the principles,effect factors and reproducibility of IVIM and its diagnostic performance for diffusion liver disease.

Liver;Intravoxel incoherent motion;Reproducibility;Diffusion liver disease

10.19300/j.2016.Z4066

R575；R445.2

A

中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院放射科，廣州510630

王勁，E-mail:wangjin3@mail.sysu.edu.cn

*審校者

國家自然科學(xué)基金（81271562）；廣州市科技計劃項目（2012J4100084）；廣東省自然科學(xué)基金項目（S2013010012202）