磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像在胰腺癌診斷中的應(yīng)用

馬 超，陸建平

上海長(zhǎng)海醫(yī)院影像醫(yī)學(xué)科，上海 200433

胰腺癌是一種惡性程度高，診斷和治療均困難的消化道腫瘤，約90%為起源于腺管上皮的胰腺導(dǎo)管腺癌，其早期隱匿，多數(shù)患者就診時(shí)病變已處于進(jìn)展期，僅15%左右適合手術(shù)，約80%患者確診后1年內(nèi)死亡，5年生存率不足5%[1]。我國(guó)胰腺癌發(fā)病率仍呈逐年上升趨勢(shì)[2]，早期發(fā)現(xiàn)、準(zhǔn)確評(píng)估及恰當(dāng)治療十分關(guān)鍵。磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging, DWI)可無(wú)創(chuàng)測(cè)量活體組織內(nèi)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，提供了異于常規(guī)磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)(如T1和T2加權(quán)成像)的組織對(duì)比，更重要的是其還可獲得定量參數(shù)以間接評(píng)估器官或組織的病理改變，目前已廣泛應(yīng)用于胰腺疾病的診斷、鑒別診斷及治療效果評(píng)價(jià)中[1,3]。本文對(duì)DWI技術(shù)及其在胰腺癌中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 擴(kuò)散加權(quán)成像原理

Stejskal-Tanner序列是DWI最基本的脈沖序列[4]，利用兩個(gè)對(duì)稱的擴(kuò)散敏感梯度脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)水分子擴(kuò)散的測(cè)量，擴(kuò)散程度用擴(kuò)散敏感因子b值表征。液體分子擴(kuò)散的快慢常用擴(kuò)散系數(shù)(diffusion，D)表示；因生理運(yùn)動(dòng)與血液流動(dòng)等因素均會(huì)影響DWI信號(hào)強(qiáng)度，活體組織DWI信號(hào)的變化并非由單純的水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)引起，因此臨床上常用一個(gè)較低b值(<100 s/mm2)和一個(gè)較高b值(>500 s/mm2)DWI，基于單指數(shù)模型計(jì)算表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)代替D表征組織中水分子擴(kuò)散的快慢。

DWI單指數(shù)模型假設(shè)每個(gè)體素內(nèi)的擴(kuò)散成分單一、水分子自由運(yùn)動(dòng)，ADC近似為體素內(nèi)各種成分的平均值，其優(yōu)點(diǎn)是模型簡(jiǎn)單、計(jì)算快速；缺點(diǎn)是假設(shè)過(guò)于理想，不能反映組織內(nèi)多種成分。隨著DWI研究的深入，研究者們相繼提出了多個(gè)b值DWI方法，試圖將組織內(nèi)不同成分分離出來(lái)或提出新參數(shù)反映組織內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)信息。這些模型包括體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)模型(intravoxel incoherent motion, IVIM)[5]、拉伸指數(shù)模型[6]和擴(kuò)散峰度模型[7]等。因腹部DWI受運(yùn)動(dòng)和磁敏感效應(yīng)影響顯著，限制了高b值DWI成像，胰腺多b值DWI應(yīng)用最為成熟的模型是基于雙指數(shù)分析的IVIM，可獲得組織內(nèi)水分子擴(kuò)散及微循環(huán)灌注雙重信息。

2 胰腺擴(kuò)散加權(quán)成像技術(shù)及定量分析

2.1 胰腺擴(kuò)散加權(quán)成像技術(shù)

平面回波成像技術(shù)(single-shot echo plane imaging, SS-EPI)成功將DWI推向臨床，該技術(shù)顯著縮短成像時(shí)間和降低圖像的運(yùn)動(dòng)偽影。采集胰腺DWI數(shù)據(jù)時(shí)，通常通過(guò)屏氣、呼吸門(mén)控或自由呼吸方式進(jìn)行掃描[8]。(1)屏氣DWI：優(yōu)點(diǎn)是成像時(shí)間短，可有效減少呼吸運(yùn)動(dòng)偽影，但獲得圖像信噪比(signal to noise，SNR)較低，同時(shí)對(duì)患者的屏氣能力也有較高要求。(2)呼吸門(mén)控DWI：常用的方式有基于腹帶的呼吸監(jiān)控、膈肌導(dǎo)航技術(shù)和肝內(nèi)相位導(dǎo)航3種，均需監(jiān)控被試者呼吸并在適當(dāng)位置激發(fā)和接收信號(hào)?；诤粑T(mén)控的DWI可通過(guò)增加累加次數(shù)提高圖像SNR，往往需要較長(zhǎng)的掃描時(shí)間。(3)自由呼吸DWI：可權(quán)衡掃描時(shí)間和圖像SNR，但受運(yùn)動(dòng)偽影影響顯著。就DWI圖像質(zhì)量及定量參數(shù)的可重復(fù)性而言，行胰腺DWI時(shí)推薦選擇哪種成像方法尚無(wú)定論[9]。

基于SS-EPI的胰腺DWI臨床上最為常用，但人體內(nèi)偏共振效應(yīng)和磁敏感偽影增加了SS-EPI讀出時(shí)間(填充K空間的時(shí)間)，相位誤差積累隨之增大，胰腺DWI圖像分辨率有限，有研究報(bào)道小視野技術(shù)可用于提高胰腺DWI分辨率(平面分辨率約1.25 mm×1.25 mm)及減小圖像變形以更好顯示組織和病變細(xì)節(jié)[10- 12]。與SS-EPI相比，小視野DWI方法通常需要較長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到符合臨床診斷的圖像質(zhì)量，其臨床應(yīng)用價(jià)值需進(jìn)一步探討。

病變組織內(nèi)復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)影響水分子擴(kuò)散，在DWI圖像上通常表現(xiàn)出異常的信號(hào)特征。除組織本身特性外，DWI信號(hào)受b值影響較大，當(dāng)b值較低時(shí)(<200 s/mm2)，DWI圖像具有明顯的T2效應(yīng)，即對(duì)于弛豫時(shí)間T2較長(zhǎng)的組織在DWI圖像上表現(xiàn)出與病變組織類似的信號(hào)特征；當(dāng)b值較高時(shí)，雖然T2效應(yīng)及血流灌注的影響明顯降低，圖像可更加敏感和準(zhǔn)確反映組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散，但同時(shí)圖像的SNR降低、變形且偽影增大，故臨床DWI掃描常選用的高b值范圍為500～1500 s/mm2[13]。胰腺DWI臨床檢查中，優(yōu)化DWI的b值具有重要意義。Fukukura 等[14]推薦b值為1500 s/mm2。Taouli等[9]最新發(fā)布的體部DWI指南中推薦，用非0低b值(<100 s/mm2)的DWI圖像代替脂肪抑制的T2用于局灶性胰腺結(jié)節(jié)的診斷，用3個(gè)b值(0，150，1000 s/mm2)計(jì)算ADC用于胰腺結(jié)節(jié)的診斷，用 9～11個(gè)b值(0～1000 s/mm2)的IVIM參數(shù)用于胰腺癌與局灶性胰腺炎的鑒別診斷。

擴(kuò)散梯度場(chǎng)強(qiáng)的大小決定水分子擴(kuò)散引起的DWI信號(hào)的相位離散程度，其施加的方向亦影響DWI圖像及定量參數(shù)[15]。由于人體組織內(nèi)水分子擴(kuò)散并非各向同性，建議采用3個(gè)垂直方向施加擴(kuò)散梯度場(chǎng)采集DWI數(shù)據(jù)[9]，從而獲得平均的DWI圖像及參數(shù)圖。

2.2 胰腺擴(kuò)散加權(quán)成像定量分析

DWI定量分析中，在ADC圖上畫(huà)感興趣區(qū)(region of interest，ROI)可測(cè)量組織的ADC均值，用于疾病診斷、鑒別診斷和療效評(píng)價(jià)[5,9]。常用的ROI方法有3種：整體容積法、單一層面法和小樣本法[16]。(1)整體容積法：指在腫瘤的每個(gè)連續(xù)層面沿病灶的邊緣畫(huà)ROI，并將多層測(cè)量值的均值作為最終結(jié)果；(2)單一層面法：指在腫瘤顯示的最大層面上沿著腫瘤邊緣勾畫(huà)ROI測(cè)量ADC均值；(3)小樣本法：指在腫瘤實(shí)性部分選擇一個(gè)或多個(gè)ROI進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果的均值作為測(cè)量值，其簡(jiǎn)單易行，是目前ADC測(cè)量中最常用的方法，但數(shù)據(jù)測(cè)量的重復(fù)性不高，如腹部臟器ADC均值變化率近30%[17]。盡管尚無(wú)規(guī)范的ROI方法推薦，但多項(xiàng)DWI研究建議在腫瘤組織上盡量勾畫(huà)較大ROI用于測(cè)量ADC均值[1]。Ma等[16]探究了3種ROI方法在胰腺癌與正常胰腺鑒別診斷中的價(jià)值，結(jié)果小樣本法測(cè)量的胰腺癌ADC一致性最低，但診斷效能最高[18]；該小組在另外兩項(xiàng)研究中報(bào)道，推薦的胰腺癌ADC測(cè)量的ROI尺寸為214 mm2[19- 20]。關(guān)于胰腺癌IVIM定量參數(shù)ROI分析方法的研究尚未見(jiàn)報(bào)道，其將成為未來(lái)研究的重要內(nèi)容之一。

基于ROI測(cè)量參數(shù)平均值是常用的數(shù)據(jù)分析方法，但該方法丟棄了組織異質(zhì)性信息，而腫瘤的異質(zhì)性通常與放化療抵抗相關(guān)?；赗OI直方圖分析方法可用于腫瘤異質(zhì)性評(píng)價(jià)，該方法對(duì)評(píng)估腫瘤進(jìn)展、有效干預(yù)治療和判斷患者預(yù)后等具有重要意義[21]，Ma等[22]發(fā)現(xiàn)ADC直方圖百分?jǐn)?shù)(b值為0和800 s/mm2)有助于鑒別胰腺癌和腫塊型慢性胰腺炎；Pereira等[23]發(fā)現(xiàn)ADC直方圖可對(duì)胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤進(jìn)行分級(jí)。隨著圖像后處理技術(shù)的發(fā)展，基于ADC直方圖的分析將在DWI研究中發(fā)揮重要的作用。

3 擴(kuò)散加權(quán)成像在胰腺癌診斷中的應(yīng)用價(jià)值

DWI作為常規(guī)胰腺M(fèi)RI檢查序列的補(bǔ)充，在胰腺癌診斷中具有重要意義，如多項(xiàng)研究表明胰腺癌ADC顯著小于正常胰腺組織[24- 31]；DWI聯(lián)合常規(guī)增強(qiáng)MRI(敏感性97%，特異性92%)對(duì)小尺寸胰腺癌(<3 cm)的診斷效能顯著高于常規(guī)增強(qiáng)MRI(敏感性75.5%，特異性87.5%)[32]；DWI有利于胰腺癌分期，特別是診斷<10 mm肝轉(zhuǎn)移病灶的敏感性和特異性皆顯著高于CT[33]。

胰腺癌內(nèi)部不均勻性明顯，DWI顯示胰腺癌的能力低于T1增強(qiáng)圖像[25]，F(xiàn)ukukura 等[24]和Legrand等[25]發(fā)現(xiàn)約47%和25%的胰腺癌在DWI上不表現(xiàn)高信號(hào)特征。既往報(bào)道的胰腺癌ADC變化較大[(0.78～2.32)×103mm2/s ][34]，ADC用于胰腺實(shí)性腫瘤(如胰腺癌、實(shí)性假乳頭狀瘤、神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤等)的鑒別診斷價(jià)值有限[27,35]，且ADC鑒別診斷胰腺癌和慢性腫塊性胰腺炎的報(bào)道并不一致[3]。關(guān)于胰腺癌ADC均值和病理相關(guān)性研究的結(jié)果亦相互矛盾：Wang 等[26]發(fā)現(xiàn)胰腺癌ADC和腫瘤分化程度呈正相關(guān)，而Rosenkrantz等[28]和Hayano 等[36]未發(fā)現(xiàn)二者相關(guān)性，本研究組前期研究發(fā)現(xiàn)胰腺癌分化程度越低或分期越高，D值越小，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[37]。從DWI圖像特征來(lái)看，本研究組基于305例胰腺癌DWI數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，僅約37%的胰腺癌在DWI上表現(xiàn)高信號(hào)特征。盡管胰腺癌明顯異質(zhì)性是造成DWI信號(hào)不均及ADC值變化較大的主要原因，但通過(guò)規(guī)范的掃描參數(shù)、數(shù)據(jù)處理與測(cè)量方法及標(biāo)準(zhǔn)水模的校準(zhǔn)等可進(jìn)一步提高DWI在胰腺癌診斷的精確性，該項(xiàng)工作需通過(guò)多中心研究來(lái)實(shí)現(xiàn)。

IVIM-DWI在鑒別正常胰腺組織、胰腺癌及其他胰腺腫塊的準(zhǔn)確性高于常規(guī)DWI和ADC[38]。Concia等[39]和Kang等[40]發(fā)現(xiàn)胰腺癌f值顯著低于慢性胰腺炎和胰腺內(nèi)分泌腫瘤，Lee等[27]發(fā)現(xiàn)胰腺癌的D值顯著高于腫塊型慢性胰腺炎，Klauss等[38]發(fā)現(xiàn)胰腺癌的f值顯著低于腫塊型慢性胰腺炎、D值與胰腺癌纖維化程度相關(guān)[41]，本研究組亦發(fā)現(xiàn)胰腺癌分化程度越低或分期越高，D值越小[37]。關(guān)于IVIM在胰腺癌中的應(yīng)用需進(jìn)一步評(píng)價(jià)定量參數(shù)的一致性及可重復(fù)性。

在胰腺疾病直方圖分析研究中，Ma等[22]發(fā)現(xiàn)ADC直方圖百分?jǐn)?shù)(b值為0和800 s/mm2)有助于鑒別胰腺癌和腫塊型慢性胰腺炎，但未探究峰度、偏度、熵和均一性等指標(biāo)對(duì)二者的鑒別價(jià)值。盡管IVIM-DWI診斷胰腺癌準(zhǔn)確性較常規(guī)DWI和ADC更高[27,38]，但胰腺癌IVIM-DWI直方圖研究迄今未見(jiàn)報(bào)道，需進(jìn)一步探究該方法在評(píng)價(jià)胰腺癌異質(zhì)性中的作用。DWI還可用于評(píng)估胰腺癌化療效果[42]和可切除性胰腺癌輔助放化療反應(yīng)的評(píng)價(jià)[43]。但該方面研究較少，需進(jìn)一步探究。

4 小結(jié)

DWI作為臨床MRI檢查方法的重要補(bǔ)充，其在胰腺癌診斷、鑒別診斷應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。但規(guī)范的掃描方法及定量參數(shù)分析方法可進(jìn)一步提高DWI在胰腺癌診斷及治療評(píng)價(jià)中的精度，該方面工作尚需進(jìn)一步探究；另外，DWI直方圖分析可用于腫瘤異質(zhì)性評(píng)價(jià)，對(duì)個(gè)性化診療方案的制定具有重要意義，也將成為胰腺癌DWI研究的熱點(diǎn)。