IVIM-DWI在肝臟局灶性病變中的應(yīng)用進(jìn)展

王倩倩，劉新疆

水分子擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging，DWI)能無創(chuàng)地檢測水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，通過測定表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值可間接反映組織器官的微觀結(jié)構(gòu)變化。傳統(tǒng)的單指數(shù)模型的ADC存在干擾，因血流灌注的影響測得ADC值大于真實(shí)擴(kuò)散值，并不能真實(shí)地反映組織的水分子運(yùn)動(dòng)情況[1]。Le Bihan[2]1986年首次提出了基于體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)(intravoxel incoherent motion，IVIM)的DWI理論，IVIM是指磁共振DWI的發(fā)展和延伸，DWI信號(hào)的衰減受水分子自由擴(kuò)散和微循環(huán)灌注的影響，IVIM的雙指數(shù)模型可精確地描述DWI信號(hào)衰減與b值的關(guān)系，不僅可提供水分子運(yùn)動(dòng)的定量參數(shù)，還可反映組織灌注情況，實(shí)際上是通過特殊的DWI序列在體素水平分離出“擴(kuò)散”和“灌注”兩種因素，更全面地分析組織擴(kuò)散成像參數(shù)，揭示疾病病理生理學(xué)變化。

1 IVIM基本原理

IVIM常用模型有雙指數(shù)模型、拉伸指數(shù)模型，而在IVIM的各種模型中，最為經(jīng)典的模型為雙指數(shù)模型[3]。IVIM是用于描述體素微觀運(yùn)動(dòng)的成像方法，包含水分子的真性擴(kuò)散和微循環(huán)灌注形成的假性擴(kuò)散兩部分內(nèi)容[4]，IVIM雙指數(shù)模型可分別量化分子運(yùn)動(dòng)和血流灌注。根據(jù)IVIM理論，其信號(hào)衰減與所用b值間的關(guān)系用雙指數(shù)函數(shù)模型：

其中，f值為灌注分?jǐn)?shù)，代表體內(nèi)微循環(huán)灌注占總體擴(kuò)散效應(yīng)的比例。D值為純擴(kuò)散系數(shù)，又稱慢池?cái)U(kuò)散，代表真實(shí)水分子擴(kuò)散系數(shù)，表示體素內(nèi)單純的水分子擴(kuò)散。D*值為假擴(kuò)散系數(shù)或灌注相關(guān)擴(kuò)散系數(shù)，又稱快池?cái)U(kuò)散，代表體素內(nèi)微循環(huán)灌注相關(guān)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。b為擴(kuò)散敏感因子，S0和Sb分別為b=0及不施加擴(kuò)散敏感梯度場時(shí)b為其他值[4]。

IVIM成像最早應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，隨著磁共振的發(fā)展，在肝臟良惡性病變中的應(yīng)用也越來越多[4-5]。雖然IVIM在疾病的診斷與鑒別診斷及療效評估中體現(xiàn)重要價(jià)值，但仍需進(jìn)行多中心、大樣本的臨床研究，優(yōu)化掃描方式、參數(shù)設(shè)置，盡快形成共識(shí)[6]。

2 IVIM在肝臟局灶性占位性病變中的診斷價(jià)值

2.1 肝臟局灶性良性病變

Jerjir等[7]采用IVIM和肝臟動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描(dynamic contrast-enhanced，DCE)來鑒別肝細(xì)胞腺瘤和肝臟局灶性結(jié)節(jié)增生(focal nodular hyperplasia，F(xiàn)NH)，研究包括21例患者，其中8例肝細(xì)胞腺瘤和13例肝臟局灶性結(jié)節(jié)增生，分別進(jìn)行上述兩種方式的掃描，其中IVIM采用4個(gè)b值(0、10、150、800 s/mm2)。結(jié)果顯示，Ktrans和D在肝細(xì)胞腺瘤中明顯低于肝臟局灶性結(jié)節(jié)增生。然而，Ve、ADC和時(shí)間-強(qiáng)度曲線(time-intensity curve，TICs)在肝細(xì)胞腺瘤和肝臟局灶性結(jié)節(jié)增生中沒有顯著的區(qū)別。

Luo等[8]對22例肝癌和5例FNH進(jìn)行IVIM掃描，得出與FNH組相比肝癌組的ADC值、D值和D*值均顯著較低，f值在肝癌和FNH中比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。受試者工作特征曲線(receiver operating characteristic curve，ROC)的分析表明，ADC、D和D*可以用來區(qū)分肝癌和FNH，具有良好的診斷能力。最大的曲線下面積(area under curve，AUC)出現(xiàn)在ADC (AUC=0.915)，其次為D (AUC=0.897)和D*(AUC=0.805)。ADC、D、和D*的臨界值分別設(shè)置為1.535×10-3mm2/s、1.055×10-3mm2/s和90.55×10-3mm2/s，得到最高的靈敏度和特異性。然而，Klauss等[9]發(fā)現(xiàn)肝癌和FNH的D*值之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，并且HCC和FNH的D*值分別為45.7和39.9，f值分別為13.6和14.4，比Luo等[8]研究的值低。其原因可能為樣本量小及b值的影響。

2.2 原發(fā)性肝癌

Woo等[10]對42例病理確診的原發(fā)性肝癌(hepatocelluar carcinoma，HCC)患者行磁共振IVIM-DWI，選用8個(gè)b值(0、25、50、75、100、200、500、800 s/mm2)，其中有4個(gè)值小于100，研究結(jié)果表明，ADC值和D值與肝癌組織學(xué)病理分級呈明顯的負(fù)相關(guān)(r=-0.604)，高級別原發(fā)性肝癌的D值和ADC值明顯低于低級別的原發(fā)性肝癌，并且結(jié)果顯示組織病理學(xué)分級越高，D值及ADC值越低，原因可能為原發(fā)性肝癌組織分級越高，細(xì)胞分化越差，細(xì)胞增多密度增加，細(xì)胞核增大進(jìn)而核質(zhì)比增加，細(xì)胞結(jié)構(gòu)復(fù)雜等導(dǎo)致細(xì)胞擴(kuò)散功能降低，進(jìn)而導(dǎo)致D值A(chǔ)DC值降低[4]。ROC曲線表明，D值在高低級別原發(fā)性肝癌的鑒別診斷中比ADC值更敏感。

Granata等[11]回顧性分析了34例患者中的62個(gè)肝細(xì)胞癌，根據(jù)Edmondson Steiner分級，1級14例、2級30例、3級18例、4級0例。探究DWI的IVIM擴(kuò)散參數(shù)與肝細(xì)胞肝癌之間的相關(guān)性，對IVIM的參數(shù)ADC、f、D*、D系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。采用Kruskal Wallis、Spearman相關(guān)系數(shù)即ROC曲線進(jìn)行分析。統(tǒng)計(jì)分析表明，ADC值、f值和D值是準(zhǔn)確的截止水平(以Youden指數(shù)計(jì)算)來區(qū)分高級別(3)與低級別(1和2)，其中ADC的敏感性和特異性分別為100%和100%、f的敏感性和特異性分別為100%和89%、D 的敏感性和特異性分別為100%和74%。此外，與f和D比較，ADC在低級別(2級)與高級別(3級)的鑒別診斷中具有較好的診斷性能，ROC曲線下對應(yīng)的面積ADC為1.0(P＜0.001)，f為0.90(P=0.05)，D為0.95(P=0.036)。這與Woo等[10]研究認(rèn)為D值比ADC值在肝癌的高低級別的鑒別中具有更高的診斷效能相反。Chen等[12]發(fā)現(xiàn)，在分化良好的HCC之間區(qū)別出高級別的肝癌，DWI的敏感性為54%，特異性達(dá)90%， ROC曲線下面積為0.931。而鑒別低分化肝癌與低級別肝癌的敏感性為84%，特異性為48%，診斷性能良好。Nasu等[13]在一系列的125例HCCs中發(fā)現(xiàn)組織學(xué)分級和ADC之間沒有相關(guān)性。Nishie等[14]研究發(fā)現(xiàn)相關(guān)性肝癌組織學(xué)分級的ADC值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但只在極端的HCC中即高分化和低分化肝癌之間。

2.3 轉(zhuǎn)移性肝癌

結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移擴(kuò)散和灌注變化是評價(jià)治療反應(yīng)的重要生物學(xué)參數(shù)，利用DWI及肝臟動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描是無創(chuàng)性和功能成像技術(shù)[15]。目前，確定腫瘤反應(yīng)需要長時(shí)間的化療來確定病變大小的變化。然而，如果評估腫瘤擴(kuò)散的變化，可以在第一個(gè)化療周期后早期發(fā)現(xiàn)治療反應(yīng)。Kim等[16]用IVIM及DCE-MRI評估直腸癌肝轉(zhuǎn)移化療后的療效，選取19例患者分別進(jìn)行IVIM-DWI和DCE-MRI掃描，根據(jù)第一次化療后病灶體積的變化標(biāo)準(zhǔn)，分為反應(yīng)組(8例)和無反應(yīng)組(11例)。分析得出，反應(yīng)組的ADC、D明顯升高，而無反應(yīng)組變化不顯著，而MRI灌注參數(shù)，包括Ktrans、Ve和iAUC在第一次化療后無顯著變化。研究得出，IVIM-DWI對直腸癌肝轉(zhuǎn)移患者化療后療效評價(jià)的早期預(yù)測比MRI動(dòng)態(tài)增強(qiáng)的灌注參數(shù)更有價(jià)值。Chiaradia等[17]對35例肝轉(zhuǎn)移瘤患者的研究中得出，化療后肝轉(zhuǎn)移灶中ADC和D增加，認(rèn)為是腫瘤對治療的反應(yīng)，與Kim等[16]的結(jié)果吻合。

2.4 討論

在肝腺瘤、FNH及HCC的研究中，不同學(xué)者所采用的參數(shù)不同，研究結(jié)果有較大的差異。對于選用Ktrans、D、D*、f、ADC值目前沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，臨界值參考也有較大的差別。Jerjir等[7]用Ktrans、D來鑒別肝腺瘤和FNH，得出ADC在兩者中沒有顯著差別的結(jié)論。Luo等[8]用D、D*、f、ADC來鑒別FNH與原發(fā)性肝癌，認(rèn)為ADC、D和D*在兩者的鑒別中具有較高的靈敏度和特異度，而f在兩者鑒別中無顯著差異，這與Klauss等[9]認(rèn)為D*在兩者鑒別中無顯著差別的結(jié)論不同。Woo等[10]在原發(fā)性肝癌的研究中得出D值在高低級別的原發(fā)性肝癌的鑒別診斷中比ADC值更敏感，而Granata等[11]認(rèn)為ADC在低級別與高級別的鑒別診斷中具有較好的診斷性能的結(jié)論相反。目前，IVIM用于肝轉(zhuǎn)移瘤療效評價(jià)中的價(jià)值，結(jié)果較為一致。

綜上所述，研究結(jié)果不同的原因是多樣的：(1)樣本量的大小及樣本中不同病灶的分化情況不同；(2)試驗(yàn)者采用的掃描方式、參數(shù)設(shè)置不同。IVIM在肝臟局灶性病變的診斷與鑒別診斷的價(jià)值仍需多中心大樣本的探究、優(yōu)化掃描及參數(shù)選擇。基于單層動(dòng)態(tài)勻場技術(shù)(integrated speci fi c slice dynamic shim，iShim)的IVIM也在越來越多的研究中應(yīng)用。

3 肝臟IVIM技術(shù)的新進(jìn)展——iShim技術(shù)

3.1 iShim技術(shù)的原理

iShim序列是傳統(tǒng)平面回波成像(echo planar imaging，EPI)序列的改進(jìn)，是IVIM-DWI序列的延伸[18]。在傳統(tǒng)EPI序列的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高主磁場b0的均勻性，減少主磁場不均勻?qū)е碌氖辔唬瑴p少局部的磁敏感偽影[19]，比磁共振并行采集技術(shù)相位編碼視野和分段擴(kuò)散成像技術(shù)降低回波間隔等更能從根本上解決了圖像的畸變[19]。iShim采用膈肌導(dǎo)航技術(shù)，保證不同b值間圖像位置的一致性，有效提高參數(shù)擬合的準(zhǔn)確性。iShim采用連續(xù)脂肪抑制技術(shù)并對脂肪脈沖進(jìn)行了改進(jìn)，可以在整個(gè)呼吸周期內(nèi)均施加脂肪抑制脈沖，同時(shí)還采用梯度選擇反轉(zhuǎn)脂肪抑制技術(shù)，使脂肪抑制的更加干凈徹底。iShim設(shè)定了iShim窗口技術(shù)，可以在圖像采集區(qū)的特定靶向區(qū)進(jìn)行勻場，可以對窗口內(nèi)的部分進(jìn)行中心頻率和參數(shù)值計(jì)算，在頸部較小的區(qū)域有較大的應(yīng)用價(jià)值。iShim技術(shù)選用了呼吸觸發(fā)的方式進(jìn)行掃描，這種方式盡可能地減少了呼吸運(yùn)動(dòng)偽影對于圖像質(zhì)量的影響。

3.2 iShim技術(shù)的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)EPI序列相比其優(yōu)勢在于：(1)可以按照實(shí)驗(yàn)的要求選取合理的b值，尤其是小b值的選取，對于灌注效應(yīng)有著重要作用，進(jìn)而提高D*值擬合的準(zhǔn)確度[20]；(2)減少圖像的畸變；(3)更好的壓脂效果；(4)優(yōu)化了圖像采集方式，允許更高的激勵(lì)次數(shù)，提高了信噪比，進(jìn)一步提高了參數(shù)擬合的準(zhǔn)確性；(5)該序列采用了膈肌導(dǎo)航技術(shù)，可以最大程度地保證不同b值間圖像層面位置的一致性，從而可以有效提高參數(shù)擬合的準(zhǔn)確性[21]。

3.3 iShim技術(shù)的應(yīng)用

Zhang等[18]研究對于同一患者同時(shí)使用iShim全身擴(kuò)散加權(quán)平面回波成像(whole-body diffusion-weighted imaging，WBDWI)及3D Shim兩種技術(shù)方式，由相同的掃描參數(shù)相繼進(jìn)行掃描，對兩種技術(shù)圖像質(zhì)量及病變檢出進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和評估。實(shí)驗(yàn)研究得出iShim WBDWI技術(shù)優(yōu)于3D Shim，具有較好的信噪比和較高的圖像質(zhì)量及較高的病灶檢出率。在整個(gè)身體的信號(hào)完整性的評估中iShim技術(shù)比3D Shim要好，尤其是在兩個(gè)相連接的部位之間的信號(hào)轉(zhuǎn)變區(qū)。研究表明iShim技術(shù)在全身擴(kuò)散加權(quán)成像中，對于減少磁敏感偽影是一種有效的方式，并且在信號(hào)完整性和空間校準(zhǔn)上有一定的好轉(zhuǎn)，可以提高特殊部位的信噪比。

張潔等[21]基于iShim的IVIM-DWI用于星形細(xì)胞瘤分級的研究中，得出腫瘤實(shí)質(zhì)區(qū)高級別組D值明顯低于低級別組，D*值、f值均明顯高于低級別組，且差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義?；趇Shim的IVIM-DWI成像在顱腦星形細(xì)胞腫瘤的分級診斷中提供的信息更加準(zhǔn)確，對于臨床治療具有重要的指導(dǎo)意義。

iShim成像是一項(xiàng)新興序列，其臨床試驗(yàn)相對較少，此序列可應(yīng)用于甲狀腺、乳腺、肝臟等。iShim與IVIM-DWI的聯(lián)合可以提高病灶檢測的準(zhǔn)確性，其準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對于臨床試驗(yàn)具有明顯的優(yōu)勢。iShim技術(shù)目前在肝臟局灶性病變中沒有文獻(xiàn)報(bào)道。在IVIM的基礎(chǔ)上通過iShim勻場技術(shù)，減少圖像的畸變，優(yōu)化采集方式，更好地壓脂，提高信噪比進(jìn)一步提高參數(shù)的準(zhǔn)確性，在肝臟局灶性病變中有廣泛的應(yīng)用前景。但仍需大量的臨床數(shù)據(jù)來論證，其缺點(diǎn)是受呼吸頻率的影響，采集時(shí)間較長。

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