體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像的原理及前景展望

顧立萍，賀光軍*，馬軍

體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像的原理及前景展望

顧立萍1，賀光軍1*，馬軍2*

作者單位：
1.《磁共振成像》雜志社有限公司，北京 100190
2. 首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院放射科，北京 100050

體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)(intravoxel incoherent motion，IVIM)成像是指體素內(nèi)信號衰減的同時(shí)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，它可以更加全面地分析組織擴(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，在各個(gè)器官及系統(tǒng)的疾病診斷中發(fā)揮重要作用。

體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)；擴(kuò)散加權(quán)成像；磁共振成像

1 引言

擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)是一種無創(chuàng)的、探測水分子運(yùn)動(dòng)的磁共振成像技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于臨床及醫(yī)學(xué)研究中。然而，每個(gè)體素內(nèi)水分子擴(kuò)散并非唯一的運(yùn)動(dòng)形式，還包括血流等運(yùn)動(dòng)。為了將不同運(yùn)動(dòng)的效應(yīng)區(qū)分開，研究人員提出了不同的模型和計(jì)算方法，體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像(intravoxel incoherent motion imaging，IVIM)雙指數(shù)模型是目前比較流行的一種模型。

本期集中刊發(fā)5篇IVIM專題稿件，對IVIM這一技術(shù)原理和計(jì)算方法的描述非常詳盡，而對其臨床應(yīng)用現(xiàn)狀和前景也做了歸納。有關(guān)IVIM的研究文章的涌現(xiàn)提示有必要再次對IVIM做深入探討，以強(qiáng)化這一成像方法在臨床“新”與“舊”問題上研究的必要性，這勢必會對影像診斷與臨床決策起到重要作用。

2 IVIM原理

IVIM是1986年Bihan等人[1-2]最初引入和開發(fā)的一種概念和方法，用來定量評估組織擴(kuò)散成像數(shù)據(jù)。生物體組織中的微觀運(yùn)動(dòng)基本上是毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)中水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和血液的微循環(huán)。IVIM是用于描述體素微觀運(yùn)動(dòng)的一種成像方法，其技術(shù)前提是假設(shè)血液的微循環(huán)和灌注是非一致性、無條理的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。IVIM不僅能夠提供體內(nèi)水分子運(yùn)動(dòng)的定量參數(shù)，還可以反映組織擴(kuò)散的情況，其雙指數(shù)模型公式為：Sb/S0=(1-f)×exp(-b×D)+f×exp[-b×(D*+D)]，其中Sb、S0分別代表b取某個(gè)b值(b≠0)及b＝0時(shí)的信號強(qiáng)度；b值為依賴于掃描序列的擴(kuò)散敏感因子，單位為s/mm2；D為純擴(kuò)散系數(shù)，代表體素內(nèi)單純水分子擴(kuò)散，單位為mm2/s；D*為偽擴(kuò)散系數(shù)，代表體素內(nèi)由微循環(huán)引起的擴(kuò)散，單位為mm2/s；f為灌注分?jǐn)?shù)，代表體素內(nèi)快速擴(kuò)散占總體擴(kuò)散的百分率[3-4]。為了得到這些參數(shù)值，至少應(yīng)用4個(gè)不同加權(quán)的b值(包括b＝0 s/mm2)來獲得信號。當(dāng)b值在0～200 s/mm2的范圍內(nèi)變化時(shí)，通過雙指數(shù)模型擬合算法即可得到灌注相關(guān)信息。

本期羅馬等將對IVIM雙指數(shù)模型的掃描方式及其影響因素、b值選取、參數(shù)重復(fù)性及其意義、灌注參數(shù)的準(zhǔn)確性等成像技術(shù)方面的研究現(xiàn)況和進(jìn)展予以綜述。

3 前景展望

近年來研究者[5]引入IVIM MRI來評估灌注并產(chǎn)生腦灌注圖，腦激活研究和臨床應(yīng)用(中風(fēng)、腦腫瘤)的工作已經(jīng)證明了來自fMRI的IVIM技術(shù)的有效性，腦激活區(qū)域中IVIM灌注參數(shù)的增加可以幫助我們理解不同血管對fMRI信號的貢獻(xiàn)[6]。本期曲源等通過3D ASL (arterial spin labeling)及IVIM多參數(shù)聯(lián)合分析，進(jìn)一步提高了術(shù)前腫瘤分級評估的敏感性和特異性，為臨床提供了一種更準(zhǔn)確的無創(chuàng)的膠質(zhì)瘤分級方法。

隨著磁共振技術(shù)的不斷發(fā)展，IVIM-MRI在對全身疾病的診斷中也取得了革命性的進(jìn)展。早期應(yīng)用于腎臟[7]甚至心臟取得了令人鼓舞的成果后，IVIM MRI開始運(yùn)用到肝臟疾病的診斷和研究中。例如，Luciani等[8]發(fā)現(xiàn)肝硬化患者的D*值明顯降低，根據(jù)IVIM模型，可得出血液速度(和流量)降低。 在IVIM模型中與血容量相關(guān)的灌注部分f保持正常，這證實(shí)了Yamada等人[9]早期的結(jié)果。雖然肝硬化預(yù)計(jì)血容量會下降，但必須牢記的是，根據(jù)所使用的運(yùn)動(dòng)敏化范圍(b值)不同，IVIM成像對血管類型具有差異敏感性來自于快速流動(dòng)的大血管的信號以非常低的b值快速消失，而流速較小的血管可能仍然有助于獲取b值大于200 s/mm2的IVIM信號。本期馬霄虹等運(yùn)用IVIM-DWI的檢查方法，測得腫瘤最大層面的IVIM-DWI定量指標(biāo)：D值、D*值及f值，分析了腫瘤微觀病理生理狀態(tài)，對肝細(xì)胞肝癌經(jīng)導(dǎo)管肝動(dòng)脈化療栓塞治療的短期療效預(yù)測及評估具有一定價(jià)值[10]。本期郭婷婷等利用IVIM-MRI監(jiān)測鼻咽癌在放化療過程中的動(dòng)態(tài)變化，陳晨等將IVIM技術(shù)應(yīng)用到舌癌的T分期中，都獲得了很好的效果。

總之，IVIM技術(shù)優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，應(yīng)用范圍越來越廣泛，特別是對于懷疑患有癌癥的患者(前列腺、肝臟、腎臟、胰腺等)[11]和人胎盤的成像[12]。雖然IVIM技術(shù)在疾病的診斷和鑒別診斷以及療效評估中體現(xiàn)了重要價(jià)值，但是仍需進(jìn)行多中心、大樣本的臨床研究，優(yōu)化參數(shù)設(shè)置、掃描方式，盡快形成專家共識。

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The principle and prospect of intravoxel incoherent motion imaging

GU Li-ping1, HE Guang-jun1*, MA Jun2*

1Publishing House of Chinese Journal of Magnetic Resonance Imaging, Beijing 100190, China
2Department of Radiology, Beijing Tiantan Hospital of Capital Medicial University,Beijing 100050, China
*Correspondence to: He GJ, E-mail: guangjunhe@126.com; Ma J, E-mail: dr_ma@sina.com

The concept of intravoxel incoherent motion (IVIM) imaging 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 diffusion-weighted imaging (DWI). In recent years, IVIM has been used in clinical research. It will play an important role in the diagnosis of diseases in various organs and systems.

Intravoxel incoherent motion imaging; Diffusion-weighted imaging;Magnetic resonance imaging

31 Mar 2017, Accepted 09 Apr 2017

賀光軍，E-mail: guangjunhe@126.com；馬軍，E-mail: dr_ma@sina.com

2017-03-31接受日期：2017-04-09

R445.2

A

10.12015/issn.1674-8034.2017.04.001

顧立萍, 賀光軍, 馬軍. 體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像的原理及前景展望. 磁共振成像, 2017, 8(4): 241-242.