體素內不相干運動成像在胰腺疾病診斷中的應用進展

陳芙蓉，李 卉

（上海交通大學附屬第六人民醫(yī)院放射介入科，上海 200233）

胰腺位于腹膜后，臨床起病隱匿，早期診斷困難，預后較差，因此胰腺疾病的早期發(fā)現(xiàn)及精確診斷對及時干預治療、改善預后至關重要。DWI通過檢測組織中水分子擴散的方向和程度來反映組織的微觀結構，可早期反映疾病的病理生理信息。隨著MRI技術的發(fā)展，DWI已被用作常規(guī)MRI的補充成像技術被廣泛用于胰腺疾病的診斷及鑒別診斷。研究［1］表明DWI單指數(shù)模型所測得的ADC值是水分子運動和微循環(huán)灌注的綜合效應，不能真實反映組織微觀結構的特性。而體素內不相干運動擴散加權成像（intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIM-DWI）采用雙指數(shù)模型，通過多b值分析能同時獲得水分子擴散運動和微循環(huán)灌注信息，并可將兩者分離開來，彌補傳統(tǒng)DWI的不足，為胰腺疾病的診治提供更精確的參考信息。本文將對IVIM-DWI在胰腺疾病中的應用展開綜述。

1 IVIM-DWI基本原理

大量研究［2-4］顯示，DWI單指數(shù)模型測得的ADC可反映水質子的布朗運動，其不僅存在于組織細胞外和細胞間隙，還存在于組織微循環(huán)（灌注效應），灌注效應可能會影響ADC值評估微觀結構性質的可靠性［1］。 Le Bihan 等［2］于 1986 年首次提出的 IVIM成像技術，彌補了傳統(tǒng)DWI單指數(shù)模型的不足。IVIM-DWI通過雙指數(shù)模型擬合，采用多個b值成像能夠同時分別反映純水分子擴散運動和關于毛細血管灌注的信息［1-6］，無需使用對比劑即可同時獲得擴散和灌注相關參數(shù)。

根據(jù)IVIM理論，組織內DWI圖像信號衰減和b值間的關系可用以下公式描述：Sb/S0=（1-f）.exp（-bD）+f.exp［-b（D+D*）］（公式 1）。 f值為灌注分數(shù)，代表體素內灌注擴散效應占總體擴散效應的比例，能夠反映組織內血容量；D值為真性擴散系數(shù)，反映體素內緩慢的擴散運動（單位mm2/s）；D*值為灌注相關擴散系數(shù)，反映體素內快速的擴散運動（單位mm2/s），可測定組織內血流量［7］；S0 及 Sb 分別為 b=0 s/mm2及b 取其他值（如 10、20s/mm2等）時的 DWI信號強度［7］。應用低b值時（通常指＜200 s/mm2），DWI測得的信號衰減主要反映灌注信息；高b值時（＞200 s/mm2），血流灌注對信號衰減的影響明顯減小，DWI測到的信號主要體現(xiàn)水分子擴散?？紤]到D*顯著＞D，當b＞200 s/mm2時，其對信號衰減的影響可忽略不計，公式 1 可簡化為：SI/SI0=e（-bD）（公式 2）。 SI0及 SI分別為b取0 s/mm2及其他值時的DWI信號強度。此時D值可通過公式2得到，使用多組b值行IVIM-DWI成像，配合基于公式1的非線性擬合算法就可得到f 值和 D* 值［2］。

2 IVIM-DWI在胰腺疾病診斷的應用

隨著MRI技術的發(fā)展，DWI在腹部臟器良惡性病變的鑒別中越來越受到重視。近年來，DWI已廣泛用于胰腺病變的檢出和鑒別［5，8-21］。 應用 IVIM-DWI模型對多b值DWI圖像進行分析，可得到3種參數(shù)（f、D*、D），可量化 DWI圖像中的灌注和擴散信息，較傳統(tǒng)MRI能更全面地反映胰腺組織的微觀結構變化，為胰腺疾病的診斷、鑒別診斷及療效評估提供重要信息。

2.1 IVIM-DWI在胰腺纖維化診斷中的應用 胰腺纖維化與胰腺癌及慢性胰腺炎緊密相關，通過穿刺活檢或術后病理檢查可明確診斷胰腺纖維化及判斷其嚴重程度，但兩者均為有創(chuàng)性檢查，不良反應發(fā)生率高，如胰腺炎、出血、穿孔等，嚴重者可危及生命，因而臨床應用受限制。IVIM-DWI是一種功能性成像新技術，可作為評價胰腺纖維化重要的輔助手段。Yoon等［22］研究發(fā)現(xiàn)，ADC 值、D 值、f值及 D* 值隨胰腺纖維化加劇呈下降趨勢，其中D*值和f值的下降趨勢更明顯，且差異有統(tǒng)計學意義，劉艷清等［23］認為 D值、D*值及f值與胰腺纖維化嚴重程度呈顯著負相關，以上研究與以往研究［24］顯示的胰腺纖維化患者微血管密度（microvessel density，MVD）降低等結果相符；表明D*值和f值可能是胰腺纖維化分級的敏感指標。而Hecht等［25］在胰腺癌纖維化的研究中發(fā)現(xiàn)，D值與胰腺癌纖維化呈負相關，ADC值在胰腺癌合并致密纖維化時明顯降低，有望作為評估胰腺癌纖維化的生物標志物；而f值與前期研究成果不符，他們認為f值與纖維化呈正相關趨勢，實驗結果出現(xiàn)差異的原因可能是Hecht等［25］將手術切緣非癌灶組織而非健康胰腺組織做對照，可能會包含部分炎性組織，繼而影響灌注參數(shù)測量。

目前多項實驗研究［5，22-27］表明，IVIM 參數(shù)能夠反映胰腺纖維化時的水分子擴散及灌注效應改變，但各學者意見尚不統(tǒng)一。多數(shù)學者［22-25］認為D*、f值有助于胰腺纖維化及正常胰腺組織的鑒別，且增加了胰腺纖維化診斷的敏感性及特異性?？傊?，IVIM-DWI對胰腺纖維化的檢出具有重要價值，但各參數(shù)診斷效能及其一致性有待進一步研究論證。

2.2 IVIM-DWI在自身免疫性胰腺炎（autoimmune pancreatitis，AIP）診斷中的應用 AIP以淋巴細胞浸潤及胰腺纖維化為特點，類固醇激素為其特效藥。Kim等［26］研究表明，f值有助于鑒別AIP與急性胰腺炎，自身免疫性胰腺炎的f值顯著高于急性胰腺炎。Klauss 等［27］對胰腺導管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma，PDAC）、AIP 及健康志愿者行 IVIM-DWI檢查發(fā)現(xiàn)，AIP組的f值明顯低于正常對照組，PDAC組的f值又低于AIP組，這與Klauss等［5］前期研究成果相吻合，其原因可能是自身免疫性疾病導致胰腺閉塞性血管炎，從而引起胰腺血供減少，而PDAC與前者相比富含纖維間質，且乏血供，因此反映微循環(huán)灌注的f值更低，故f值可一定程度地將三者區(qū)分開來；另外Klauss等［5］對治療后的AIP患者隨訪發(fā)現(xiàn)，激素治療后的f值明顯升高，且AIP初診及隨訪的f值之間差異有統(tǒng)計學意義，提示f值可作為療效評估的觀察指標。

綜上所述，研究表明，IVIM-DWI技術中的參數(shù)f值有望成為區(qū)分PDAC和AIP，以及判斷AIP預后的一項無創(chuàng)性影像學指標。

2.3 IVIM-DWI與在胰腺癌診斷中的應用 多數(shù)學者認為ADC值有助于診斷PDAC，但報道尚不統(tǒng)一。Yoshikawa 等［28］報道，PDAC 具有比正常胰腺更高的ADC 值，一些研究［9，17-18］則顯示 PDAC 和正常 胰 腺實質之間的ADC值無顯著差異；更多的研究［13-16］表明，PDAC的ADC值遠低于正常胰腺，因此僅依賴傳統(tǒng)DWI的ADC值診斷PDAC準確性較低。

Kang等［18］利用 IVIM-DWI進行定量分析顯示，PDAC的f值明顯低于正常對照組，Lee等［19］發(fā)現(xiàn)，PDAC的f和ADC值均較正常對照組明顯降低；Kim等［26］研究表明，PDAC的f和D*值明顯低于正常胰腺，ROC曲線分析顯示f值診斷效能最佳。以上研究結果均顯示，反映PDAC微循環(huán)灌注的f值顯著低于正常胰腺組織，可能是胰腺癌細胞富含纖維間質，屬于乏血供腫瘤，彌散更加受限。

Ma等［29］應用IVIM技術對38例經手術證實的PDAC患者進行研究，將所得的ADC值、f值、D值及D*值等相關參數(shù)與PDAC病理分化程度做相關性對比分析，發(fā)現(xiàn)D值與PDAC分化程度呈負相關，即中、高分化PDAC的平均D值顯著低于低分化PDAC。腺體結構是PDAC病理學上劃分分化程度的主要形態(tài)學特征，中高分化的PDAC具有豐富的成纖維細胞和腺體形成，其表現(xiàn)為瘤管狀和腺管狀結構［30-32］，這些管狀結構富含大分子蛋白質黏液，這可能是中、高分化PDAC中水分子擴散受限的原因。相反，低分化PDAC則無腺體形成和黏液潴留［30］。因此，中、高分化PDAC中的豐富纖維化可解釋體內水分子擴散受限更加明顯［9］。此外，該研究還得出f值與腫瘤分化程度、MVD呈正相關，中、高分化PDAC的f值、MVD明顯高于低分化PDAC。因此，IVIM-DWI可在一定程度上實現(xiàn)術前評估PDAC病理分級及腫瘤血管密度。

在判斷PDAC淋巴結轉移的研究中，Rong等［33］對15例胰腺癌患者的59個淋巴結（其中轉移性淋巴結14個，非轉移性淋巴結45個）進行了IVIM分析，發(fā)現(xiàn)ADC值、D值、D*值及f值與淋巴結轉移相關，轉移組各參數(shù)較非轉移組明顯減低，其中D值較其他參數(shù)對于鑒別淋巴結轉移與否的效能更佳；參數(shù)D反映了與組織微結構相關的擴散，當淋巴結被腫瘤浸潤時，細胞密度和核質比增加，細胞間隙縮小，水分子擴散運動受限，故轉移組淋巴結的D值較非轉移組減低。而Lemke等［34］認為，D值在健康組織和PDAC組織之間無顯著差異，究其原因可能是非轉移性淋巴結多呈反應性增生與炎癥浸潤，而不是健康組織。另外，IVIM參數(shù)可能在不同的器官或組織中亦有差異，如淋巴結和胰腺組織可能不同。此外，b值的數(shù)量和分布可能會對IVIM參數(shù)的測量產生影響。

以上研究表明，IVIM相關參數(shù)f值有助于PDAC的診斷及預測PDAC的病理學分化程度，D值對判斷PDAC有無淋巴結轉移有重要指導價值。但IVIM-DWI目前在PDAC的病理分級及淋巴結轉移中的研究相對較少，還有待進一步擴大樣本量、進行多中心更深層次的研究。

2.4 IVIM-DWI在胰腺腫瘤性病變診斷中的應用

Kang 等［18］用 IVIM-DWI模型研究了 PDAC、胰腺神經內分泌腫瘤和胰腺導管內乳頭狀黏液瘤（intraductal papillary mucinous neoplasms，IPMNs），結果表明，PDAC的D*值及f值顯著低于神經內分泌腫瘤，且在兩者鑒別診斷中效能高于ADC及D值，原因可能是，PDAC是乏血供腫瘤，且富含纖維間質，而胰腺神經內分泌腫瘤富血供，導致反映兩者灌注信息的參數(shù)（D*值及f值）有顯著差異，De Robertis等［35-36］研究結果與之相符合。 Hwang 等［37］研究認為，高級別胰腺神經內分泌腫瘤的D值低于低級別者，差異有統(tǒng)計學意義。除此以外，還發(fā)現(xiàn)D值聯(lián)合腫瘤直徑大小可增加低級別胰腺神經內分泌腫瘤診斷的特異性及準確性。另外，Kang等［18］還發(fā)現(xiàn)惡性組IPMNs的D*值及f值較良性組明顯升高，而ADC值及D值明顯減低，ROC曲線顯示f值對判斷IPMNs有無惡變效果最優(yōu)。Kim等［26］發(fā)現(xiàn)神經內分泌瘤的 f值明顯高于 PDAC，Klau 等［38］認為 f值與 Kim等的研究發(fā)現(xiàn)一致，且灌注相關參數(shù)f值與MVD之間有良好的相關性，即PDAC組的f值、MVD明顯低于胰腺神經內分泌腫瘤組，這一研究結果與PDAC病理學上乏血供特征高度相符。

以上研究結果表明，IVIM-DWI灌注相關參數(shù)（D*、f值）有助于判斷腫瘤內部血供程度，有助于胰腺腫瘤性病變（PDAC、神經內分泌腫瘤、IPMNs）的診斷、鑒別診斷及指導治療方案的選擇。

3 IVIM-DWI的優(yōu)勢與不足

IVIM-DWI可在分子水平反映組織微觀結構的病理生理特點，較傳統(tǒng)單指數(shù)模型DWI更好地擬合圖像信號衰減，更準確地量化并分離出擴散與灌注參數(shù)，為疾病的診斷提供更全面、更準確的信息。且IVIM-DWI成像無需使用對比劑，對腎功能不全、過敏體質患者有絕對優(yōu)勢。本研究僅回顧了IVIM-DWI模型的普通擬合算法，因胰腺血液供應的復雜性，其他擬合算法，如貝葉斯IVIM擬合算法可能有助于提高觀察者間的一致性及IVIM參數(shù)評估的準確性。隨著臨床對影像學診斷依賴性的提高，MRI新序列如小視野DWI對胰腺的研究是有益的，相信隨著MRI技術（RESOLVE技術）的不斷更新、IVIM-DWI掃描參數(shù)及圖像后處理技術的不斷優(yōu)化，IVIM-DWI必將具有廣闊的臨床應用前景。

綜上所述，IVIM-DWI在胰腺疾病的診斷和鑒別診斷及病理分級和療效評估等方面體現(xiàn)了重要價值，但目前仍存在許多不足：①胰腺易受呼吸運動、胃腸蠕動等影響，圖像質量波動較大；②此序列為多b值成像，掃描時間長，臟器難免會有輕微移位導致運動偽影，影響后處理軟件勾勒ROI；③b值的具體數(shù)值及分布范圍的選擇仍無國際統(tǒng)一的標準，不同b值所測得的參數(shù)間是否具有可比性及其一致性等問題，仍需進一步探索及完善。