磁共振體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)在腫瘤中的研究進(jìn)展

胡莎莎，陳小莉，劉海峰，殷亮，徐凱，雷軍強(qiáng)

在梯度敏感磁場下，體素內(nèi)水分子自由擴(kuò)散和微循環(huán)血流灌注同時(shí)存在，使得自旋回波信號(hào)衰減，為同時(shí)顯示出這兩種不同的運(yùn)動(dòng)，Le等[1]于1986年提出體素不相干運(yùn)動(dòng)(intravoxel incoherent motion，IVIM)理論。Le等[2]又通過樹脂球?qū)嶒?yàn)演示了IVIM能夠同時(shí)反映水分子擴(kuò)散和血流灌注信息，并詳細(xì)地闡述IVIM理論模型及其成像方法。

1 IVIM成像原理

IVIM是擴(kuò)散加權(quán)成像的延伸，在擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusional weight imaging，DWI)的基礎(chǔ)之上，IVIM的各參數(shù)符合雙指數(shù)模型，其公式為：Sb/S0=(1-f)?EXP (-b?D)+f?EXP (-b (D + D*)。

Sb是不同b值的信號(hào)強(qiáng)度；S0是b值等于0 s/mm2時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度；f值為灌注分?jǐn)?shù)；D值為真性擴(kuò)散系數(shù)，代表單純水分子的擴(kuò)散；D*值為假性擴(kuò)散系數(shù)，代表微循環(huán)血流灌注，是擴(kuò)散加權(quán)信號(hào)衰減的快速組成部分[2]。

IVIM是多b值序列，能夠同時(shí)反映組織微循環(huán)灌注和水分子擴(kuò)散信息，b值的變化會(huì)改變參數(shù)的敏感度，較高的b值使得灌注效應(yīng)對磁共振信號(hào)的影響減低[2]，但由此擬合的數(shù)據(jù)重復(fù)性和穩(wěn)定性較好，若要獲得敏感的微循環(huán)灌注信息，Koh等[3]建議選用較多的低b值(＜200 s/mm2)進(jìn)行掃描。

IVIM技術(shù)可獲得3個(gè)主要參數(shù)：D值、D*值、f值。D值：真性擴(kuò)散系數(shù)，又稱緩慢擴(kuò)散系數(shù)，以熱擴(kuò)散為特征，反映水分子擴(kuò)散信息；D*值：假性擴(kuò)散系數(shù)，又稱灌注相關(guān)快速擴(kuò)散系數(shù)，為灌注效應(yīng)所致的假性擴(kuò)散，以微循環(huán)的流動(dòng)為特征，反映微循環(huán)灌注信息；f值：灌注分?jǐn)?shù)，反映體素內(nèi)灌注效應(yīng)占總體擴(kuò)散效應(yīng)的容積百分?jǐn)?shù)。

2 IVIM在腫瘤方面的應(yīng)用

IVIM通過雙指數(shù)模型得到相關(guān)參數(shù)，避免了單指數(shù)模型中微循環(huán)中灌注相關(guān)擴(kuò)散與單純水分子擴(kuò)散的混淆，使數(shù)據(jù)更加可信；同時(shí)由于其不需要對比劑，臨床意義不言而喻。

文獻(xiàn)報(bào)道，IVIM模型已應(yīng)用于大腦、肝臟、腎臟、前列腺、乳腺、子宮及直腸等研究，證明IVIM相關(guān)參數(shù)能夠解決診斷困擾、評估腫瘤臨床分期及病理分級(jí)，能夠評估治療效果及預(yù)后，對腫瘤是否存在侵襲性提供更多的信息，還可以協(xié)助治療計(jì)劃的制訂，具有良好的應(yīng)用前景。

2.1 腦腫瘤

水分子擴(kuò)散和微血管血流量是腦生理和病理生理學(xué)至關(guān)重要的組成部分，而IVIM能同時(shí)反映擴(kuò)散系數(shù)及腦灌注，從而將腦腫瘤從瘤周水腫及正常腦組織中區(qū)分開，有助于腦腫瘤的診斷[4]。Yamashita等[5]通過對50例患者(包括17例中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤和33例多形性成膠質(zhì)細(xì)胞瘤)的研究表明IVIM對中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤與多形性成膠質(zhì)細(xì)胞瘤的區(qū)分有著重要作用，中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤是多血管、多細(xì)胞性且腫瘤細(xì)胞易侵入腦實(shí)質(zhì)，使得細(xì)胞聚集成團(tuán)或者廣泛浸潤，故其D值的最小值及f值的最大值總是低于多形性成膠質(zhì)細(xì)胞瘤。神經(jīng)膠質(zhì)瘤是最常見的顱內(nèi)原發(fā)腫瘤[6]，由于組織學(xué)差異，世界衛(wèi)生組織將其分為高級(jí)別神經(jīng)膠質(zhì)瘤(G3、G4)和低級(jí)別神經(jīng)膠質(zhì)瘤(G2)，不同級(jí)別的神經(jīng)膠質(zhì)瘤，治療方案及預(yù)后明顯不同，因此二者的鑒別尤為重要；IVIM能同時(shí)測得灌注與擴(kuò)散參數(shù)，對于區(qū)分低分化與中分化神經(jīng)膠質(zhì)瘤有重要作用。Togao等[7]通過對45例神經(jīng)膠質(zhì)瘤患者的研究，發(fā)現(xiàn)高、低級(jí)別神經(jīng)膠質(zhì)瘤D值分別為(0.94±0.19)×10-3mm2/s、(1.26±0.37)×10-3mm2/s，P＜0.01；高、低級(jí)別神經(jīng)膠質(zhì)瘤f值分別為(0.94±0.19) %、(1.26±0.37) %，P＜0.01，即高級(jí)別神經(jīng)膠質(zhì)瘤D值及f值低于低級(jí)別神經(jīng)膠質(zhì)瘤，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；而D*值無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.2 肺癌

肺癌是全球最常見的惡性腫瘤[8]，通常肺癌病灶難以與肺部炎性假瘤、結(jié)核等病灶區(qū)別，易造成漏診、誤診，故在術(shù)前明確良惡性非常重要。Yuan等[9]通過對包含48個(gè)良性結(jié)節(jié)及52個(gè)肺癌病灶的29例患者進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)IVIM相關(guān)參數(shù)在區(qū)分肺部良惡性結(jié)節(jié)方面具有良好的應(yīng)用前景，該研究表明細(xì)胞增殖活躍的肺癌D值明顯低于良性病灶且有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，D*值及f值未見明顯價(jià)值。Deng等[10]通過對30例肺癌及8例局部肺炎患者的IVIM相關(guān)參數(shù)分析，發(fā)現(xiàn)D值及D*值沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，D值不能區(qū)分肺癌及局部肺炎的原因可能是炎癥組織內(nèi)白細(xì)胞聚集及滲出導(dǎo)致單純水分子擴(kuò)散受到抑制，而肺癌組織細(xì)胞排列緊密同樣會(huì)導(dǎo)致水分子擴(kuò)散受限；而肺癌組f值顯著小于炎癥組并有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其有助于提高肺癌的檢出率并優(yōu)于DWI。陳媛媛等[11]的研究也證實(shí)了這一結(jié)論。

以上研究可以幫助鑒別肺癌與局灶性肺炎及良性結(jié)節(jié)，提高肺癌診斷準(zhǔn)確率，但沒有展現(xiàn)出病理診斷效能，故在不同病理階段的IVIM參數(shù)表現(xiàn)還有待進(jìn)一步研究。

2.3 肝癌

肝癌是全球第五常見的惡性腫瘤，也是肝臟最常見的惡性腫瘤[12]。Klauss等[13]通過對72例(包括29例肝癌和43例肝局灶性結(jié)節(jié)增生)患者進(jìn)行IVIM檢查，發(fā)現(xiàn)肝癌患者D值[(0.98±0.18)×10-3mm2/s]明顯小于肝局灶性結(jié)節(jié)性增生患者D值[(1.11±0.14)×10-3mm2/s]，而D*值及f值在二者之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Watanabe等[14]對74例患者120個(gè)肝組織病灶(包括34例肝轉(zhuǎn)移，32例肝癌，33例肝血管瘤和21例肝囊腫)行IVIM檢查，發(fā)現(xiàn)肝血管瘤及肝囊腫中的D值普遍高于肝轉(zhuǎn)移瘤及肝癌病灶且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，D*值及f值則沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，具體原因不清楚，可能由于肝臟病變組織血流量、血流速度及有關(guān)分泌物對微循環(huán)灌注的影響。Wang等[15]通過對89例肝腫瘤患者123個(gè)病灶(包括40例良性腫瘤57個(gè)病灶和49例惡性腫瘤66個(gè)病灶)的研究發(fā)現(xiàn)，惡性病灶中的D值[(1.04±0.34)×10-3mm2/s]、D*值[(16.5±7.7)×10-3mm2/s]明顯低于良性組D值[(1.70±0.55)×10-3mm2/s]、D*值[(21.7±9.9)×10-3mm2/s]，f值沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，以上研究表明D值、D*值及f值可以促進(jìn)肝癌的定性及定量診斷，在肝腫瘤良惡性病灶鑒別中D值較D*值更為可信。

2.4 胰腺癌

胰頭部的炎性及纖維變與胰頭癌表現(xiàn)相似難以區(qū)分，為臨床研究熱點(diǎn)，Klauss等[16]通過對46例(包括11名例健康志愿者、15例急性胰腺炎、20例胰腺癌患者)的研究發(fā)現(xiàn)，急性胰腺炎患者的f值明顯低于健康志愿者，而胰腺癌患者的f值低于急性胰腺炎患者，且都具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Klauss等[17]通過對胰腺癌及慢性胰腺炎的研究發(fā)現(xiàn)胰腺癌患者的f值低于慢性胰腺炎患者，這可能是由于胰腺炎尤其是早期胰腺炎血管聚集的緣故，而D值沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.5 宮頸癌

宮頸癌是全球第三常見的癌癥且在女性癌癥死亡中占第4位[12]。目前，日本、意大利等國新輔助化療被廣泛用于宮頸癌的治療[18]，然而只有65%～87.5%的宮頸癌對新輔助化療有效果[19]，對新輔助化療沒效果的腫瘤則增加了腫瘤進(jìn)展和手術(shù)困難的風(fēng)險(xiǎn)，新輔助化療本身可以被認(rèn)為是一個(gè)獨(dú)立的預(yù)后因子[20]。Wang等[21]通過對42例宮頸癌患者新輔助化療前后IVIM檢查，發(fā)現(xiàn)對新輔助化療有效果的病灶D值明顯高于對新輔助化療沒有效果的病灶，D*值及f值則未見明顯差異。李靖等[22]通過對62例宮頸癌患者，在放化療前、放化療1個(gè)月后進(jìn)行IVIM掃描，發(fā)現(xiàn)化療后腫瘤穩(wěn)定組、腫瘤緩解組及腫瘤消失組其D值均較化療前增高；腫瘤緩解組及腫瘤消失組D*值均低于治療前。IVIM 參數(shù)D值改變對評價(jià)化療及新輔助化療治療效果具有重要作用，D*值在這方面的價(jià)值有待于進(jìn)一步的研究。為探索IVIM在宮頸良惡性病灶的鑒別方面的應(yīng)用，Lee等[23]通過對宮頸癌患者、子宮肌瘤患者及正常人進(jìn)行MRI IVIM掃描發(fā)現(xiàn)，宮頸癌患者D值低于正常組織，f值明顯低于正常宮頸組織、子宮肌層及子宮肌瘤。f值減低是由于宮頸癌過分增長導(dǎo)致供血微血管密度相對減低，即灌注分?jǐn)?shù)下降，這與MRI增強(qiáng)掃描中顯示的腫瘤內(nèi)血流量增多似乎矛盾，其實(shí)f值反映的是腫瘤的血流灌注分?jǐn)?shù)，與MRI增強(qiáng)顯示血流信號(hào)不同，二者沒有可比性。

2.6 前列腺癌

前列腺癌是男性第二常見的腫瘤，其發(fā)病率在亞洲及東歐呈上升趨勢[24]。張楊貴等[25]通過對36例前列腺病變患者(包括20例前列腺癌、16例良性病變)行IVIM檢查，發(fā)現(xiàn)前列腺癌組D值[(0.75±0.16)×10-3mm2/s]明顯小于良性組D值[(1.27±0.26)×10-3mm2/s]，前列腺癌組的D*值與f值與良性組的差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Valerio等[26]通過對前列腺癌及正常前列腺組織IVIM研究表明，癌組織中D值明顯低于正常組織，而D*值剛好相反。前列腺癌格利森評分表對術(shù)前疾病的評估和診斷起著重要作用，但是格利森評分中的穿刺活檢對身體有傷害，Yang等[27]研究發(fā)現(xiàn)前列腺癌格利森評分升高與D值呈明顯負(fù)相關(guān)，這是由于前列腺癌侵襲程度與腫瘤細(xì)胞的密度有關(guān)，腫瘤細(xì)胞的密度越高，格利森分?jǐn)?shù)越高[28]，而腫瘤內(nèi)單純水分子擴(kuò)散越慢，即D值越小。格利森評分≥7的前列腺癌D值明顯低于格利森評分＜6，D值以高敏感性和特異性將低度惡性前列腺癌與中高度前列腺癌區(qū)分開，這與Valerio等[26]的報(bào)道相一致；格利森評分與f值和D*值的關(guān)系不大，這可能與微循環(huán)血流灌注效應(yīng)有關(guān)。

IVIM提高了前列腺癌評估的敏感度和特異度，達(dá)到了更高的診斷準(zhǔn)確度，其中f值沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其他相關(guān)報(bào)道對于癌變區(qū)f值的變化持有不同觀點(diǎn)，故其在前列腺癌中的應(yīng)用還需要進(jìn)一步的研究。

2.7 乳腺癌

乳腺癌是全世界最常見的導(dǎo)致女性死亡的癌癥之一，早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷及早期治療對乳腺癌患者的預(yù)后至關(guān)重要。最近的研究發(fā)現(xiàn)IVIM可能成為乳腺癌診斷的重要輔助工具[29]，Ma等[30]通過對117例患者共128個(gè)病灶(包括47個(gè)良性病變和81個(gè)惡性病變)的研究發(fā)現(xiàn)惡性病灶測得的D值[(0.99±0.22)×10-3mm2/s]明顯低于良性組織D值[(1.34±0.17)×10-3mm2/s]，而f值[(8.53±2.14) %]和D*值[7.64±2.07)×10-3mm2/s]明顯高于良性組織f值[(7.68±1.97)%]及D*值[(6.83±2.13)×10-3mm2/s]，這與Bokacheva等[31]的研究結(jié)果一致；D值主要反映水分子的擴(kuò)散，乳腺惡性組織由于細(xì)胞的快速增殖導(dǎo)致單位體積內(nèi)細(xì)胞密度增大和細(xì)胞外空間變小，水分子的自由擴(kuò)散受到抑制，故D值減低；f值和D*值主要反映灌注情況，很多良性病變(比如纖維腺瘤、炎癥等)也有較高的血流灌注，這與惡性病變有重疊，再者D*值還受到所選b值的數(shù)目及大小范圍的影響，故其在乳腺癌診斷方面的價(jià)值還需進(jìn)一步的研究探索[30]。在探索IVIM與乳腺癌病理分級(jí)的相關(guān)關(guān)系方面，車樹楠等[32]通過對110例乳腺癌患者的研究表明高侵襲性病灶D值低于低侵襲性者，f值高于低侵襲者，即D值與乳腺癌病理分級(jí)表達(dá)呈負(fù)相關(guān)；f值與乳腺癌病理分級(jí)表達(dá)呈正相關(guān)。本研究結(jié)果亦顯示有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移者與無轉(zhuǎn)移者病灶I(lǐng)VIM參數(shù)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可見通過病灶的IVIM參數(shù)判斷腋窩淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移狀況仍有待進(jìn)一步研究。

2.8 腎癌

腎癌分為透明細(xì)胞癌、乳頭狀細(xì)胞癌、嫌色細(xì)胞癌等，透明細(xì)胞癌與乏脂性血管平滑肌脂肪瘤鑒別較為困難。Ding等[33]通過對透明細(xì)胞癌、非透明細(xì)胞癌以及乏脂性血管平滑肌脂肪瘤共83例患者研究發(fā)現(xiàn)，相比于血管平滑肌脂肪瘤，透明細(xì)胞癌組織中有著高D值和低D*值，且有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Li等[34]通過研究發(fā)現(xiàn)，相比于良性腫瘤，惡性腫瘤有著較高的D值及較低的D*值，f值在二者鑒別中沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 結(jié)論與展望

綜上所述，IVIM能無創(chuàng)地同時(shí)反映病變組織中水分子自由擴(kuò)散及微循環(huán)血流灌注信息，在腫瘤良惡性鑒別、腫瘤放化療療效評估等方面有著重要價(jià)值，但其研究仍在初期階段，很多病變尚未涉及，其相關(guān)價(jià)值尚待進(jìn)一步證實(shí)；在掃描技術(shù)方面IVIM多b值數(shù)目及大小范圍的選擇仍沒有具體的標(biāo)準(zhǔn)，如何選取合適的b值區(qū)間以獲得最佳圖像仍需摸索。

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