IVIM-DWI腹部應(yīng)用及其進(jìn)展

楊海靜，梁宗輝

IVIM-DWI腹部應(yīng)用及其進(jìn)展

楊海靜1，梁宗輝2*

體素內(nèi)不相干運(yùn)動(intravoxel incoherent motion imaging，IVIM)是指MR彌散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging，DW I)上體素內(nèi)信號衰減同時包括真性水分子彌散和毛細(xì)血管網(wǎng)中隨機(jī)血流微循環(huán)灌注，更全面地分析組織擴(kuò)散成像數(shù)據(jù)，揭示疾病的病理生理學(xué)改變。近年來，IVIM逐漸被應(yīng)用于臨床研究中，其在腹部的研究也越來越多，主要集中在肝臟、胰腺及腎臟等部位。作者對IVIM在腹部中的應(yīng)用及其進(jìn)展進(jìn)行綜述。

彌散磁共振成像；腹部；綜述

1Department of Gastroenterology, Huashan Hospital, Fudan University, Shanghai 200040, China

2Department of Radiology, Jian’an District Centre Hospital, Huashan Hospital, Shanghai 200040, China

接受日期：2016-04-07

楊海靜, 梁宗輝. IV IM-DW I腹部應(yīng)用及其進(jìn)展. 磁共振成像, 2016, 7(7): 546-550.

DW I(diffusion-weighted imaging)能夠無創(chuàng)檢測活體組織中水分子擴(kuò)散運(yùn)動過程中局部受限的程度和方向，從而間接反映組織微觀結(jié)構(gòu)的變化，用于功能及定性診斷。DW I最初主要用于急性腦缺血、腦腫瘤等中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變，隨著磁共振軟硬件技術(shù)的提高，在腹部臟器中的應(yīng)用也越來越多[1]。表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coeficient，ADC)并不能單純地反映活體組織內(nèi)水分子擴(kuò)散，它同時也受毛細(xì)血管網(wǎng)血流灌注效應(yīng)的影響[2]，因而存在一定的局限性。

Le等[2]1986年首次提出基于IVIM的DW I，在活體生物組織內(nèi)，IVIM測得的是體素內(nèi)不相干運(yùn)動，其包含了水分子的真性擴(kuò)散及微循環(huán)灌注形成的假性擴(kuò)散兩部分內(nèi)容，恰好彌補(bǔ)了DW I的不足。近些年，IVIM-DW I在肝臟、胰腺、腎臟、前列腺。頭頸部等臟器中的應(yīng)用和研究越來越多，其應(yīng)用價值尚不統(tǒng)一。筆者擬對IVIM在腹部中的應(yīng)用及其進(jìn)展做一綜述。

1 IVIM基本原理

IVIM包含了水分子的真性擴(kuò)散及微循環(huán)灌注形成的假性擴(kuò)散兩部分內(nèi)容，IVIM 成像可用于分別量化其中的擴(kuò)散運(yùn)動成分和血流灌注成分。根據(jù)IVIM理論，衰減和b值間的關(guān)系可以用下面的公式進(jìn)行描述：

f值為灌注分?jǐn)?shù)，代表體素內(nèi)微循環(huán)灌注效應(yīng)擴(kuò)散占總體擴(kuò)散效應(yīng)的容積率；D值為純擴(kuò)散系數(shù)，代表純的水分子擴(kuò)散運(yùn)動(緩慢的擴(kuò)散運(yùn)動成分)，又稱慢池擴(kuò)散，單位為mm2/s；D*值為假擴(kuò)散系數(shù)，代表體素內(nèi)微循環(huán)的不相干運(yùn)動，即灌注相關(guān)的擴(kuò)散運(yùn)動，或快池擴(kuò)散，單位為mm2/s[3]。So及Sb分別為b=0及b為其他值(0、10、20、30、50……s/mm2)時的信號強(qiáng)度[3]。考慮到 D*顯著大于D，當(dāng) b＞200 s/mm2時，其對信號衰減的影響就可以忽略不計，方程式 1 可以簡化為：

此時D值可以通過方程式2得到，使用多組b值進(jìn)行IVIM-DW I成像，配合基于方程式 1 的非線性擬合算法就可以得到f值和D*值[2]。

應(yīng)用IVIM模型對多b值DW I進(jìn)行分析，可以同時得到灌注相關(guān)參數(shù)(?，D*)和擴(kuò)散參數(shù)(D)，可用于量化DW I圖像中的兩種運(yùn)動成分。IVIM-DW I除了可以提供水分子的純的擴(kuò)散運(yùn)動的信息外，還可以提供灌注信息，為腫瘤的特點(diǎn)、腫瘤治療的反應(yīng)提供更多的信息。IVIM-DW I的運(yùn)用非常廣泛，在腹部臟器中的應(yīng)用越來越多。

2 IVIM在腹部臟器的應(yīng)用

2.1 肝臟

2.1.1 肝臟良惡性病變

多項(xiàng)研究指出D值和ADC值在局灶性肝臟良惡性病變的診斷及鑒別中具有較大價值。Watanabe等[4]對74例肝臟病變患者(120個局限性病灶)進(jìn)行IV IM-DW I成像，研究發(fā)現(xiàn)，與肝臟局灶性惡性病灶相比，良性病灶的D值和ADC值明顯升高(P＜0.001)，這與Yoon等[5]及Ichikaw a等[6]的研究結(jié)果一致。一些研究指出D值及ADC在肝臟良惡性病變中具有較高的診斷效能，但孰優(yōu)孰劣，結(jié)果尚不統(tǒng)一。Watanabe 等[4]指出ADC在良惡性病變中的診斷效能高于D值(P=0.048)。當(dāng)ADC臨界值取1.40× 10―3mm2/s時，診斷惡性腫瘤的敏感度和特異度分別為89% 和98%。而Yoon 等[5]卻得到不同結(jié)論，認(rèn)為D值比ADC值具有更好的診斷效能(P=0.0053)。之所以會有不同結(jié)果，分析原因可能如下：(1) 納入研究的病例種類不同，Yoon等[5]在肝臟良惡性疾病的鑒別研究中，排除了肝囊腫病例；(2)所取b值不盡相同。

D*值和f值在肝臟良惡性病變中未發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計學(xué)差異，具體原因尚不清楚?？赡苁怯捎诓煌≡钪醒魅莘e、血流量、腺體分泌等等對灌注參數(shù)產(chǎn)生不同的影響。

2.1.2 原發(fā)性肝癌病理學(xué)分級

Woo等[7]對42 例經(jīng)手術(shù)病理確診的原發(fā)性肝癌患者進(jìn)行IVIM-DW I成像，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，D和ADC值均與組織學(xué)病理分級有明顯負(fù)相關(guān)，即組織病理學(xué)分級越高，D值及ADC值越低。另外，與低級別原發(fā)性肝細(xì)胞癌相比，D和ADC值在高級別原發(fā)性肝細(xì)胞癌中明顯降低。在高級別與低級別原發(fā)性肝細(xì)胞癌的鑒別診斷中，D值比ADC值具有更好的診斷效能(P=0.026)。隨著原發(fā)性肝癌組織學(xué)分級增高，分化變差，細(xì)胞密度增加，核質(zhì)比增加，組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，因此，高級別原發(fā)性肝癌中，彌散降低，D值及ADC值降低。D值較ADC值在原發(fā)性肝癌組織學(xué)分級的鑒別中具有更好的準(zhǔn)確性，其原因可能為ADC即包含組織細(xì)胞密度，又包含微循環(huán)，這兩個因素可能在原發(fā)性肝癌ADC測量中產(chǎn)生相反效應(yīng)，因而可能降低其診斷的特異性及敏感度。

2.1.3 轉(zhuǎn)移性肝癌

在應(yīng)用 IVIM 對轉(zhuǎn)移性肝癌的研究結(jié)果顯示，轉(zhuǎn)移性肝癌病灶的f值明顯低于周圍正常肝臟，從而間接反映了轉(zhuǎn)移性肝癌病灶低血供的病理特點(diǎn)。惡性肝臟腫瘤在化療后，ADC值會增加，這可以作為腫瘤對治療有應(yīng)答的一個指標(biāo)[8]。

Chiaradia等[9]將IVIM用于結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移病人，以評估 IVIM 參數(shù)與轉(zhuǎn)移瘤壞死程度和存活組織的相關(guān)性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)D、ADC與腫瘤壞死程度存在相關(guān)性，而與存活腫瘤組織無關(guān)。因此，可以看出IVIM-DW I對腫瘤壞死比較敏感。IVIM參數(shù)與存活腫瘤組織無關(guān)，可能的原因如下：(1)本研究納入的病灶存活腫瘤較小，因?yàn)樗谢颊咴谛g(shù)前均已行化療；(2)在結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移病灶中，存活腫瘤組織被纖維組織分割；(3)IVIM所得參數(shù)值，尤其是D*值具有多變性，這個可以通過標(biāo)準(zhǔn)差看出。Patel等[10]曾指出，在IVIM參數(shù)中，D*值是最敏感的，即便本研究采用了100 s/mm2以下的7個b值。D*值對信噪比非常敏感，因而限制其應(yīng)用。(4) D*值及f值不僅僅反應(yīng)微循環(huán)，還反應(yīng)器官分泌過程，例如肝臟內(nèi)導(dǎo)管液體流動，這些都會影響腫瘤灌注相關(guān)參數(shù)[11]。

2.1.4 肝纖維化

Luciani等[3]對37例患者(12例肝硬化；25例正常肝臟)進(jìn)行IVIM成像，指出肝硬化病灶中ADC值降低，而D值未見明顯變化。Cuiyun等[12]發(fā)現(xiàn)，與非肝硬化組相比，肝硬化組的ADC值和D值明顯降低。以上研究結(jié)果略有差異，考慮原因可能為：(1)選用b值數(shù)量及分布不同；(2)入組不同纖維化分期的病人數(shù)量不同。

Zeng等[13]和Zhang等[14]的研究均認(rèn)為，隨著肝臟纖維化程度增加，肝臟灌注逐漸減低。Cuiyun 等[12]的研究顯示，與正常肝臟相比，在肝纖維化病灶中，D*及f值均明顯降低，以上結(jié)果與Patel 等[10]的研究結(jié)果相同。Patel等[10]及Cuiyun等[12]得到相同的結(jié)果，可能是因?yàn)閮身?xiàng)研究所選用的200 s/mm2以下的b值較為相似。因此可以看出，在低b值情況下(＜200 s/mm2)，D*及f值可以反應(yīng)肝纖維化灌注特性。

在正常對照組與肝纖維化組的鑒別中，ADC值、D值、D*、f值的ROCAUC值為0.7～0.9。盡管診斷能力并不高(0.9～1.0)，但卻已達(dá)到中度準(zhǔn)確。Chandarana等[15]及Zeng等[13]的研究均發(fā)現(xiàn)，肝纖維化分期與ADC值及f值存在明顯相關(guān)性。Cuiyun等[12]指出ADC值、D值、D*、f值與肝纖維化分級呈負(fù)相關(guān)，隨著肝纖維化分級增高，ADC值、D值、D*、f值下降。因而IVIM可有望成為診斷肝纖維化的重要工具，并能監(jiān)測肝纖維化程度，指導(dǎo)預(yù)后及治療。

2.2 胰腺

很多研究指出，DW I可以用于檢測胰腺囊腫及胰腺癌。IVIM-DW I在胰腺中的研究也隨之出現(xiàn)。

2.2.1 胰腺癌與正常胰腺的鑒別

Lemke 等[16]對23例胰腺癌患者和14例對照組行IVIM-DW I成像，發(fā)現(xiàn)胰腺癌患者的 f 和 ADC值均顯著低于正常對照組，但二者間D值沒有顯著差異，提示二者間 ADC 值的差異可能是由于灌注效應(yīng)不同引起的。另外，在鑒別正常胰腺與胰腺癌時，當(dāng)f值取臨界值16.7%(低于此數(shù)值，提示為胰腺癌)時，ROCAUC最大，為0.991，明顯高于其他另外三個參數(shù)(ADC、D、D*)的ROCAUC，且取該臨界值時，f值具有最高的敏感度、特異度、陰性預(yù)測值及陽性預(yù)測值，分別為：95.7%、100%、93.3% 和100%?？梢钥闯觯贗VIM成像中，f值是鑒別正常胰腺與胰腺癌的最佳參數(shù)。

2.2.2 胰腺癌與腫塊型胰腺炎的鑒別

在一項(xiàng)包含 9例腫塊型胰腺炎及20例胰腺癌的IV IM研究中[17]，研究者發(fā)現(xiàn)胰腺炎的f值明顯高于胰腺癌(P=0.0001)，兩組間D值無明顯統(tǒng)計學(xué)差異。f值用于鑒別胰腺癌與腫塊型胰腺炎的敏感度和特異度可達(dá)80.0%、89.9%，其價值高于ADC值。f值有望為兩種疾病的鑒別提供一個新方向。

Lee等[18]對胰腺癌、腫塊型胰腺炎及正常胰腺進(jìn)行研究，指出正常胰腺ADC值、f值高于胰腺癌及腫塊型胰腺炎。腫塊型胰腺炎ADC值、D值明顯低于胰腺癌。在胰腺癌與腫塊型胰腺炎鑒別中，ADC的敏感度和特異度為72.3%和76.9%，D值的敏感度和特異度為87.2%和61.5%，f值敏感度和特異度為42.6%和92.3%，ADC、D、f值曲線下面積無統(tǒng)計學(xué)差異，三者具有相似的診斷效能。ADC、D及f值總體診斷效能類似于或是稍低于之前研究[19]中的一些檢查方法：如CT(敏感度73%～94%，特異度95%)、M RI(敏感度85%，特異度96%)、CA 199(敏感度81%，特異度81%～89%)。因此，使用IVIM-DW I參數(shù)作為鑒別胰腺癌和腫塊型胰腺炎的惟一指標(biāo)并不可靠。然而，這些參數(shù)可以作為上述檢查方法的補(bǔ)充，具有一定價值。

2.2.3 自身免疫性胰腺炎

K lau?等[20]對自身免疫性胰腺炎進(jìn)行了IVIM研究，結(jié)果顯示自身免疫性胰腺炎病例組的f值明顯低于正常對照組患者f值，D值及D*在兩組間未發(fā)現(xiàn)明顯統(tǒng)計學(xué)差異。胰腺癌的f值低于自身免疫性胰腺炎病例組f值，兩者存在明顯統(tǒng)計學(xué)差異。

另外，該研究對其中12例經(jīng)激素治療后的自身免疫性胰腺炎進(jìn)行隨訪，第一次隨訪時，f值明顯升高達(dá)(17.1±6.7)%，第二次隨訪時，f值繼續(xù)升高到(20.4±4.3)%。初次診斷的自身免疫性胰腺炎、第一次治療后隨訪的自身免疫性胰腺炎、第二次治療后隨訪的自身免疫性胰腺炎的f值存在明顯統(tǒng)計學(xué)差異，推測IVIM-DW I可以作為自身免疫性胰腺炎與胰腺癌鑒別及自身免疫性胰腺炎激素治療隨訪的一項(xiàng)影像學(xué)指標(biāo)。

2.3 腎臟

DW I可用于鑒別腎臟良惡性病變及評估腎臟腫瘤亞型[21-22]。然而近來一些研究指出單獨(dú)應(yīng)用ADC在腎臟腫塊性疾病診斷中的不足。IV IM可以同時對灌注和彌散進(jìn)行分析，同時評估細(xì)胞密度、結(jié)構(gòu)或是血管情況，彌補(bǔ)了DW I的不足。IVIM在腎臟中的研究逐漸增多[16，23]。

2.3.1 腎臟強(qiáng)化病灶與非強(qiáng)化病灶的鑒別

Chandarana等[15]對28例病人的31個腎臟病灶(15例強(qiáng)化，16例非強(qiáng)化)行IV IM 和對比增強(qiáng) MRI 研究，將IVIM參數(shù)D、D*、f與 ADC相比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與非強(qiáng)化病灶相比，D值在強(qiáng)化病灶中明顯降低(P=0.002)，當(dāng)D取臨界值為1.76×10―3mm2/s時，鑒別強(qiáng)化與非強(qiáng)化腎臟病灶的敏感度為80.0%，特異度為87.5%，ROCAUC為0.896。f 值在強(qiáng)化病灶中明顯升高(P=0.037)，當(dāng)f 值取臨界值為13%時，鑒別強(qiáng)化與強(qiáng)化腎臟病灶的敏感度為93.3%，特異度為93.8%，ROCAUC為0.946。而ADC值及D*在兩組病灶中未見統(tǒng)計學(xué)差異，提示D、f 值在鑒別腎臟強(qiáng)化及非強(qiáng)化病變方面準(zhǔn)確性較高，具有潛在價值。

另外，f 值可用于評估病灶強(qiáng)化的程度，f值與病灶強(qiáng)化程度有明顯相關(guān)性(r=0.7，P＜0.001)，可反映腎臟病灶血供、提供病灶血管信息，而無需使用外源性對比劑。鑒于靜脈注射對比劑通常是引起腎臟毒性的一個危險因素，f 值或許能成為評價腫瘤血管生成情況的無創(chuàng)性標(biāo)志物[15]。

2.3.2 腎臟腫瘤亞型的鑒別

2012年，曾有人對腎臟腫塊性病變進(jìn)行IVIM研究，發(fā)現(xiàn)f值提供了較多的價值，尤其是在透明細(xì)胞癌與非透明細(xì)胞癌的鑒別中，然而該項(xiàng)研究不足之處是未對f值和D值進(jìn)行聯(lián)合分析[24]。同年，Chandarana等[25]便做了深入研究，發(fā)現(xiàn)IVIM中的D和f值聯(lián)合，可以用于腎臟腫瘤亞型的鑒別診斷(透明細(xì)胞癌、乳頭狀癌、囊狀癌、兼色細(xì)胞癌)，可以將透明細(xì)胞癌從其他腫瘤亞型中鑒別出來，ROCAUC可達(dá) 0.78，敏感度 92.9% (26/28)，特異度79.2% (19/24)。2015年，Gaing等[26]對44例腎臟腫瘤進(jìn)行IVIM成像，得到D、f、D*等參數(shù)及其相應(yīng)的直方圖。入組病例包括惡性腫瘤：透明細(xì)胞癌(23例)、乳頭狀細(xì)胞癌(4例)、兼色細(xì)胞癌(5例)、囊狀癌(5例)；良性腫瘤：嗜酸細(xì)胞瘤(4例)、血管平滑肌脂肪瘤(3例)。對六種不同的腫瘤進(jìn)行兩兩鑒別分析，共有15種不同的組合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：IVIM參數(shù)D值和f值，可以鑒別出部分腫瘤(8/15)；D值直方圖和f值直方圖的鑒別率更高(9/15)；而IVIM參數(shù)及直方圖聯(lián)合，可以區(qū)分大部分腎臟腫瘤亞型(10/15)。然而，D*值在所有腎臟腫瘤亞型中均未發(fā)現(xiàn)明顯異常，這與之前的研究結(jié)果一致[25]。IVIM直方圖為鑒別良性嗜酸細(xì)胞瘤與惡性透明細(xì)胞癌提供了可能，但透明細(xì)胞癌與兼色細(xì)胞癌之間仍存在部分重疊，至今尚無IVIM相關(guān)參數(shù)可以鑒別透明細(xì)胞癌與兼色細(xì)胞癌。

3 IVIM不足和展望

目前IVIM-DW I 技術(shù)仍存在不足：(1)呼吸運(yùn)動及腸蠕動方面：腹部臟器易受呼吸運(yùn)動及腸蠕動的影響，且掃描時間較長，雖然使用呼吸門控，但也難免臟器會有輕微的移位，這樣可能會對圖像的后處理有影響；(2)不同呼吸運(yùn)動模式的選擇：不同研究分別采用自由呼吸、呼吸門控、屏氣掃描等方式，不同方式對于相關(guān)參數(shù)穩(wěn)定性及可重復(fù)性的影響，Neli等[27]的研究僅證實(shí)前兩者無差異。(3) b值選擇：由于IVIM-DW I參數(shù)需應(yīng)用較大范圍b值的 DW I 數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合計算，參數(shù)測量的穩(wěn)定性很大程度上取決于圖像質(zhì)量包括信噪比及位置匹配等，另外，如何在低 b值范圍DW I上精確地測量組織信號衰減也是IV IMDW I所面臨的難題[28]。IVIM-DW I 參數(shù)測量受到b 值設(shè)定、掃描方式選擇及數(shù)學(xué)擬合方法選擇等因素的影響，采用不同 b 值設(shè)定的IV IM-DW I研究所報道的結(jié)果間具有較大差異，如Luciani 等[3]報道正常肝臟 D*值為 79.1±18.1×10―3mm2/ s，而 Patel 等[10]的研究顯示正常肝臟 D*值為(39.6±12.3)×10-3mm2/s，二者相差一倍。不同b 值設(shè)定的 IVIM-DW I 所得參數(shù)間是否具有可比性，不同 b 值設(shè)定時參數(shù)測量的一致性尚待進(jìn)一步探討。

IV IM-DW I為無創(chuàng)性檢查，既考慮到了水分子的擴(kuò)散運(yùn)動又考慮到了微循環(huán)毛細(xì)血管內(nèi)血液的灌注作用，能夠更加準(zhǔn)確、真實(shí)地顯示水分子的擴(kuò)散運(yùn)動，并量化這一過程，較普通單指數(shù)模型更好擬合DW I上影像信號衰減，揭示組織異質(zhì)性，反映組織病理生理學(xué)的微觀變化。 IV IMDW I有助于區(qū)分腹部臟器良惡性病變、早期診斷疾病、定量觀察病情進(jìn)展，對于指導(dǎo)臨床治療、評估預(yù)后、隨訪療效等提供了有意義的參考。近些年，IVIM-DW I 已成為研究的熱點(diǎn)。除了腹部臟器，其在頭頸部、呼吸系統(tǒng)、前列腺等臟器中的研究也逐漸增多，且具有一定價值，相信其會擁有更加廣闊的應(yīng)用前景。

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App lication and advances of IVIM-DW I in abdomen

YANG Hai-jing1, LIANG Zong-hui2*

5 Jan 2016, Accepted 7 Apr 2016

Concept of intravoxel incoherent motion imaging (IVIM) has demonstrated that the diffusion-weighted signal can be influenced not only by molecular diffusion but also by microcirculation. It allows a more comprehensive analysis of datas of diffusionweighted imaging (DW I). Recent years, IVIM has been gradually used in clinical study. The research of IVIM in abdom inal organs is more and more, mainly involving areas such as liver, pancreas and kidney and so on. This article aims to review the latest research advances of IVIM-DW I in abdomen.

Diffusion magnetic resonance imaging; Abdomen; Review

1. 復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院消化內(nèi)科，上海 200040

2. 復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院靜安分院(靜安區(qū)中心醫(yī)院)放射科，上海 200040

梁宗輝，E-m ail：liangzh@vip.163. com

2016-01-05

R445.2；R572

A

10.12015/issn.1674-8034.2016.07.013

*Correspondence to: Liang ZH, E-mail: liangzh@vip.163.com