體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散加權(quán)成像在評(píng)價(jià)腹膜后腫瘤中的b值優(yōu)化方案研究

上海市（復(fù)旦大學(xué)附屬）公共衛(wèi)生臨床中心 放射科，上海 200083

引言

彌散加權(quán)成像（Diffusion Weighted Imaging，DWI）是一種基于組織內(nèi)水分子的隨機(jī)布朗運(yùn)動(dòng)的MR檢查技術(shù)，通過表觀彌散系數(shù)（Apparent Diffusion Coefficient，ADC）值可以鑒別腫瘤的良惡性及評(píng)估其預(yù)后[1]。由于血流灌注的影響，軟組織良性和惡性腫瘤的ADC值存在較大的重疊，導(dǎo)致對(duì)良性和惡性腫瘤的鑒別價(jià)值有限[2]。體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散加權(quán)成像（Intra-Voxel Incoherent Motion Diffusion-Weighted Imaging，IVIM-DWI）可以定量區(qū)分微循環(huán)或血液灌注引起的純擴(kuò)散系數(shù)（True Diffusion Coefficient，D）和偽擴(kuò)散系數(shù)（Pseudo-Diffusion Coefficient，D*），彌補(bǔ)了傳統(tǒng)DWI的不足。IVIM-DWI已廣泛應(yīng)用于全身多器官及相關(guān)疾病的診斷、鑒別診斷、療效監(jiān)測和預(yù)后評(píng)估[3-4]。其中擴(kuò)散敏感梯度因子（b）對(duì)彌散運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的敏感程度，反應(yīng)彌散加權(quán)的程度，對(duì)彌散參數(shù)有直接影響。IVIM-DWI通過采集多個(gè)b值的DWI圖像，包含足夠數(shù)目的低b值（＜200 s/mm2）和高b值（＞200 s/mm2），以雙指數(shù)模型擬合得出D、D*和灌注分?jǐn)?shù)（Perfusion Fraction，f），來分別反映組織微觀結(jié)構(gòu)特征和微循環(huán)灌注信息[5]。在IVIMDWI掃描中，b值的選擇對(duì)相關(guān)測量參數(shù)的穩(wěn)定性和可重復(fù)性及圖像質(zhì)量有直接影響[6]。但I(xiàn)VIM-DWI的b值組合尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)量4～15個(gè)不等，相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道不同的臟器、病種所使用b值組合方案也參差不齊。

腹膜后腫瘤（Retroperitoneal Tumor，RT）是一類發(fā)生于腹膜后間隙的腫瘤，臨床病理類型復(fù)雜，具有較高的腫瘤異質(zhì)性，發(fā)現(xiàn)時(shí)通常瘤體巨大，良性腫瘤以神經(jīng)源性腫瘤最常見，惡性腫瘤以脂肪肉瘤、平滑肌肉瘤好發(fā)，腫瘤內(nèi)常含有多種成分，如脂肪、黏液、出血、鈣化纖維等[7]。常規(guī)DWI序列不能準(zhǔn)確反應(yīng)腫瘤內(nèi)彌散、灌注情況，而以往研究表明雙指數(shù)IVIM-DWI模型選擇多個(gè)b值選擇可以提高病灶的檢出及性質(zhì)診斷，已經(jīng)用于肝臟、胰腺、乳腺及前列腺疾病的診斷和鑒別診斷，但在RT檢查中b值組合方案選擇常根據(jù)文獻(xiàn)或經(jīng)驗(yàn)，尚無進(jìn)一步論證b值組合對(duì)測量參數(shù)的穩(wěn)定性、可重復(fù)性影響，是否是最優(yōu)的b值組合[8]，針對(duì)上述問題本研究主要探討IVIMDWI技術(shù)在評(píng)估RT中應(yīng)用不同b值組合對(duì)相關(guān)定量參數(shù)準(zhǔn)確性、可重復(fù)性以及圖像質(zhì)量的影響，旨在探索出合適b值組合既能滿足臨床診斷需求，又能減少采集時(shí)間。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

回顧性分析本院2018年7月至2019年5月收治的術(shù)前行常規(guī)MR和IVIM-DWI掃描并經(jīng)術(shù)后病理證實(shí)的53例RT的影像病理資料，男29例，女24例，年齡28～76歲，平均（50.8±6.9）歲，高分化脂肪肉瘤10例，去分化脂肪肉瘤15例，黏液型脂肪肉瘤5例，平滑肌肉瘤6例，纖維肉瘤5例，淋巴瘤3例，轉(zhuǎn)移瘤5例，血管平滑肌脂肪瘤2例，神經(jīng)節(jié)細(xì)胞瘤1例，滑膜肉瘤1例，見表1。

1.2 儀器與參數(shù)

53例 RT患 者 均 在 3.0T MR（Ingenia，Philips） 掃描儀完成檢查，使用64通道腹部相控陣線圈，行常規(guī)MR和IVIM-DWI序 列 掃 描。IVIM-DWI模 型 參數(shù) ：TR 4043 ms，TE 75 ms， 視 野 400mm×300mm，層厚/層間距5/1 mm，層數(shù)24，矩陣132×96，體素3 mm×3 mm×5 mm，激勵(lì)次數(shù)2次。IVIM-DWI的包含b值數(shù)量17個(gè)，b值組合數(shù)量5～10個(gè)，根據(jù)每一個(gè)亞組定量參數(shù)值計(jì)算整體參數(shù)評(píng)估誤差（Global Parameter Evaluation Error，GPER），評(píng)估同一患者不同b值組合的掃描誤差，篩選GPER低于重復(fù)掃描誤差，且b值數(shù)量最少的b值組合，確定最佳組合亞組，然后與不同患者b值組合掃描方案比較，以評(píng)估IVIM-DWI相關(guān)參數(shù)穩(wěn)定性和可重復(fù)性，篩選后選擇5組不同的b值組合：Ⅰ組（0、10、20、50、100、150、200、500、800、1000 s/mm2），掃描時(shí)間4 min 42 s；Ⅱ組（0、100、200、300、400、500、600、700、800、900 s/mm2），掃描時(shí)間4 min 39 s；Ⅲ組（0、50、100、200、400、600、800、1000、1200、1400 s/mm2），掃描時(shí)間4 min 53 s；Ⅳ組（0、50、150、500、1000 s/mm2），掃描時(shí)間2 min 14 s；Ⅴ組（0、20、100、200、800 s/mm2），掃描時(shí)間2 min 11 s。

表1 53例RT的IVIM-DWI模型掃描方案和腫瘤病理類型

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

將獲得的IVIM-DWI模型原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入第三方后處理軟件（IMAge/enGINE）生成相關(guān)的量化參數(shù)圖像[9]。IVIM-DWI模型參數(shù)包括 ：f，D*（mm2/s×10-3），D（mm2/s×10-3），ADC（mm2/s×10-3）。在上面的參數(shù)圖中，所有感興趣的區(qū)域被手動(dòng)放置在腫瘤部位，同一患者不同組的ROI的大小、層面盡量保持一致，避開明顯囊變、壞死、出血區(qū)。邀請(qǐng)兩名經(jīng)驗(yàn)豐富的放射科醫(yī)師采用隨機(jī)雙盲法進(jìn)行測量參數(shù)，每組選取3個(gè)ROI計(jì)算平均值。另外邀請(qǐng)2位高年資放射診斷醫(yī)師對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行盲態(tài)評(píng)價(jià)，采用李克特（Likert）5分量表法，具體評(píng)分細(xì)節(jié)如表2所示。

表2 李克特（Likert）5分量表法

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 24.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。IVIM-DWI定量參數(shù)的描述性統(tǒng)計(jì)均以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x-±s）表示。采用Shapiro-Wilk檢驗(yàn)來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)分布的正態(tài)性。IVIM-DWI不同b值組合的相關(guān)參數(shù)比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，組間兩兩比較應(yīng)用LSD-t檢驗(yàn)。不同組間的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)采用Fisher確切概率法。以P＞0.05表示差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 各組間IVIM-DWI相關(guān)參數(shù)比較

53例RT各組的IVIM-DWI參數(shù)（D值，D*值，f值，ADC值）的均值±標(biāo)準(zhǔn)差顯示在表3及圖1所示。各組間LSD-t檢驗(yàn)結(jié)果顯示：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四組間的平均f值（0.23±0.11，0.21±0.12，0.23±0.11，0.26±0.11）均無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）,且均顯著的低于第Ⅴ組的平均f值（0.38±0.15，P＜0.05）；Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ和Ⅴ組的平均D值（1.49±0.47、1.41±0.49、1.57±0.43、1.71±0.46 mm2/s×10-3）與ADC值（1.45±0.44、1.36±0.49、1.52±0.44、1.61±0.44 mm2/s×10-3）均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05），且均高于第Ⅲ組的平均D值（1.15±0.46，P＜0.05）和ADC值（1.61±0.44，P＜0.05）；而Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ三組的平均D*值（39.29±23.86、38.51±24.6、39.01±23.3 mm2/s×10-3）均無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05），且均顯著地高于第Ⅲ組和Ⅴ組的D*值（22.51±15.7、29.0±22.23，P＜0.05）。綜上所述，Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ三組間各參數(shù)均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，具有良好的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。

表3 53例 RT各組的 IVIM-DWI參數(shù)（±s）

表3 53例 RT各組的 IVIM-DWI參數(shù)（±s）

IVIM-DWI定量參數(shù) Ⅰ組 Ⅱ組 Ⅲ組 Ⅳ組 Ⅴ組f 0.23±0.11 D*/(mm2/s×10-3)0.21±0.12 0.23±0.11 0.26±0.11 0.38±0.15 29.0±22.23 D/(mm2/s×10-3)39.29±23.86 38.51±24.6 22.51±15.7 39.0 1±23.3 1.71±0.46 ADC/(mm2/s×10-3)1.49±0.47 1.41±0.49 1.15±0.46 1.57±0.43 1.45±0.44 1.36±0.49 1.14±0.47 1.52±0.44 1.61±0.44

圖1 IVIM-DWI各參數(shù)值柱狀圖

2.2 各組間IVIM-DWI圖像質(zhì)量比較

根據(jù)Likert 5分量表法評(píng)估IVIM-DWI相關(guān)參數(shù)圖像質(zhì)量結(jié)果顯示：Ⅰ～Ⅴ組平均得分分別為：4.53、4.39、3.06、4.32和3.92分；其中Ⅰ組的4～5分占85.1%，Ⅱ組的4～5分占80.5%，Ⅲ組的4～5分占43.4%，Ⅳ組的4～5分占79.3%，Ⅴ組的4～5分占74.7%，結(jié)果表明第Ⅰ組與Ⅱ組圖像整體及病灶部位信噪比和分辨率明顯優(yōu)于第Ⅲ組（圖2）；第Ⅰ組與Ⅳ組圖像整體及病灶部位信噪比和分辨率優(yōu)于第Ⅴ組（圖3）；Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ三組的圖像質(zhì)量無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（圖4），均可用于臨床診斷。

圖2 IVIM-DWI相關(guān)參數(shù)偽彩圖

圖3 IVIM-DWI相關(guān)參數(shù)偽彩圖

圖4 Likert 5分量表法評(píng)估5組IVIM-DWI模型圖像質(zhì)量條形散點(diǎn)圖

3 討論

MRI對(duì)軟組織所特有的高對(duì)比分辨率，奠定了其在RT影像檢查中不可替代的地位。通過病灶的T1、T2加權(quán)成像及脂肪抑制、組織灌注成像、水分子擴(kuò)散加權(quán)成像等各類成像技術(shù)相結(jié)合，可提供RT的解剖結(jié)構(gòu)、毗鄰關(guān)系、浸潤范圍、血管及神經(jīng)受累情況，以及腫瘤的病理生理特征等多種信息，為腫瘤的定位及定性診斷、個(gè)體化治療方案的制定、療效評(píng)估、方案調(diào)整以及隨訪提供了較為全面可靠的信息。

常規(guī)DWI-MRI掃描一般采用兩個(gè)b值進(jìn)行成像，得到的是水分子擴(kuò)散和微血管灌注的綜合信息，測量所得的ADC值是水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和微循環(huán)灌注共同作用的結(jié)果。而IVIM-DWI測得的是體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)，包含了水分子的真性擴(kuò)散及微循環(huán)灌注形成的假性擴(kuò)散兩部分內(nèi)容，彌補(bǔ)了DWI的不足。但I(xiàn)VIM-DWI成像技術(shù)需要采用多b值。Le等[10]提出的IVIM模型，通常采用高（>200 s/mm2）、低（≤200 s/mm2）2組b值，使用最小二乘法求得組織灌注信息和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)信息。理論上至少應(yīng)用4個(gè)不同加權(quán)的b值（包括b=0），才可獲得D、D*和f參數(shù)值，且b值需在0～200 s/mm2之間時(shí)，才可通過算法擬合出灌注相關(guān)信息。但是隨著b值數(shù)目的增加，相應(yīng)IVIM-DWI掃描時(shí)間延長。IVIM計(jì)算為公式(1)：

Sb為b值函數(shù)。S0為b=0時(shí)的值。f為灌注分?jǐn)?shù)，代表感興趣區(qū)內(nèi)局部微循環(huán)的所致灌注效應(yīng)占總體的擴(kuò)散效應(yīng)的容積比率。D為真性擴(kuò)散系數(shù)，代表純的水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)（緩慢的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)成分）。D*為快速擴(kuò)散系數(shù)，代表體素內(nèi)微循環(huán)的不相干運(yùn)動(dòng)（灌注相關(guān)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)或快速的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)成分）。

選用低b值（0～200）時(shí)，采集的信號(hào)包含了水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)以及局部微循環(huán)毛細(xì)血管內(nèi)水分子的灌注效應(yīng)，且對(duì)灌注效應(yīng)更敏感。而使用高b值（200～1000）時(shí)，代表慢速擴(kuò)散成分起著主要作用，更接近水分子的擴(kuò)散情況，但高b值存在圖像高噪聲、病灶顯示能力差的缺點(diǎn)。在第Ⅲ組的b值設(shè)定中，高b值較多，因此圖像質(zhì)量評(píng)分最差，符合此觀點(diǎn)。

既往研究表明，腹部器官相較于其他器官，如大腦等，具有較高的分流灌注和假性擴(kuò)散值，而高灌注會(huì)使信號(hào)急劇下降[8-9]，因此隨著假性擴(kuò)散的增加，低b值的影響也愈發(fā)重要，Cohen等[11]建議在腹部IVIM-DWI掃描時(shí)至少包括兩個(gè)非常低的b值，本研究Ⅰ組的b值分布符合該建議，因此圖像評(píng)分最佳。而Ⅳ組選用的b值數(shù)量為5個(gè)，可達(dá)到鑒別診斷的要求，且掃描時(shí)間最短（2 min 14 s），較Ⅰ組的圖像采集時(shí)間（4 min 42 s）減少了51%，可大幅提高工作效率，提升患者的檢查舒適度，降低儀器的工作損耗。另外，有學(xué)者認(rèn)為IVIM中的灌注參數(shù)可用于替代動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)MRI（DCE-MRI）成像的灌注參數(shù)，并且能反映其動(dòng)態(tài)變化，這對(duì)于一些由于血管條件不佳或者腎功能不全而無法進(jìn)行造影劑注射的患者來說，可以有效地提高檢出率[12]，建議可作為RT的常規(guī)掃描序列在日常工作中開展。

4 不足與展望

本研究存在一定的局限性，首先，樣本量不大，有待提高樣本量做進(jìn)一步研究。其次，關(guān)于D、D*、f值的穩(wěn)定性，多位學(xué)者的觀點(diǎn)也不盡相同[13-15]，郝鳳等[16]認(rèn)為，這可能是和b值及ROI的選取有關(guān)。我們?cè)跍y量各參數(shù)值時(shí)，雖盡量選取結(jié)節(jié)的實(shí)性部分，但仍會(huì)有一些未能避開囊性、出血等成分的干擾，給測量結(jié)果帶來了一定的誤差。另外，理論上盡管3.0T的核磁共振設(shè)備相較于1.5 T具有更高的信噪比，但同時(shí)3.0T也具有磁化偽影較大及渦流畸變等缺點(diǎn)[17]，有研究表明在1.5T設(shè)備上可獲得更好的DWI圖像[18]。Cui等[19]研究表明肝臟DWI在1.5 T～3.0 T平臺(tái)間之間D、ADC值具有良好的重復(fù)性，而f、D*值具有變異性，在未來的研究中我們可以繼續(xù)探索基于上述b值組合的IVM-DWI在評(píng)價(jià)RT中是否具有以上特點(diǎn)。