IVIM-DWI 在胰腺疾病診斷中的應(yīng)用現(xiàn)狀

楊惠君，郝金鋼 審校

（昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院放射科，云南昆明 650101）

胰腺是第二大消化腺，它包括了內(nèi)、外分泌部，是十分重要的消化相關(guān)的臟器，屬于腹膜后的器官。近年來(lái)，胰腺的疾病在不斷增加，特別是胰腺癌的發(fā)病率也呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，胰腺癌是消化道惡性程度最高的腫瘤，且胰腺癌早期起病隱匿，通常有臨床表現(xiàn)或體檢發(fā)現(xiàn)時(shí)，已發(fā)展成為晚期[1]，有研究表明，至2030 年，預(yù)計(jì)在美國(guó)胰腺癌可能變?yōu)榈诙蟀┌Y致死病因[2]，中國(guó)國(guó)家癌癥中心發(fā)布的2018 年最新數(shù)據(jù)顯示，惡性腫瘤發(fā)病率的第十位是胰腺癌。因此，提高對(duì)胰腺疾病診斷和鑒別的正確率，也成為胰腺疾病后續(xù)治療及預(yù)后的關(guān)鍵。隨著近年來(lái)醫(yī)學(xué)影像學(xué)的發(fā)展，胰腺疾病的診斷的方法層出不窮，特別是CT 及MRI 等功能影像技術(shù)的發(fā)展，也為胰腺病變?cè)\斷正確率的提高做出了很大的貢獻(xiàn)，尤其是MRI 功能成像技術(shù)中，逐漸發(fā)展起來(lái)的體素內(nèi)非相干運(yùn)動(dòng)的彌散加權(quán)成像，IVIM-DWI 成為一種胰腺疾病診斷和鑒別的理想方法。

1 IVIM-DWI 的基本原理

1.1 彌散加權(quán)成像的原理及其衍生序列

MR 彌散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）是建立在水分子彌散運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，能對(duì)活體組織病理生理改變進(jìn)行定量參數(shù)分析的一種生物標(biāo)記物，反映了組織的功能代謝[3]，并能對(duì)體內(nèi)各個(gè)器官系統(tǒng)的病變進(jìn)行診斷以及鑒別診斷[1，4]。19 世紀(jì)80 年代中期，DWI 第一次應(yīng)用于人體，很快便開始應(yīng)用到全身各個(gè)系統(tǒng)的病變[5]。MR 彌散加權(quán)成像包括單指數(shù)模型、雙指數(shù)模型以及拉伸指數(shù)模型[2]等模型，其中單指數(shù)模型是其中應(yīng)用最早，同時(shí)也是應(yīng)用最多的。但是單指數(shù)模型獲得的表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）通常會(huì)偏高，這是因?yàn)槠渲谐怂肿舆\(yùn)動(dòng)的彌散效應(yīng)，還包括了微循環(huán)的血液流動(dòng)[6]，這樣得出的組織特征可能并不可靠。于是，1986 年Le Bihan 等[6-7]提出了體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)（intravoxel incoherent motion，IVIM）的概念。

1.2 IVIM-DWI 的優(yōu)勢(shì)及算法

IVIM-DWI 相較單指數(shù)模型DWI，不僅能較好地體現(xiàn)出水分子的彌散運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的效應(yīng)，同時(shí)也可以反映出微循環(huán)的灌注，是由單指數(shù)模型衍生而來(lái)的雙指數(shù)模型[6-7]。單指數(shù)模型DWI 常僅通過(guò)采集高低兩個(gè)b 值來(lái)進(jìn)行計(jì)算，而雙指數(shù)模型則通過(guò)采集多個(gè)b 值和模型的MR 信號(hào)，進(jìn)行雙指數(shù)曲線的擬合分析后，可以同時(shí)獲得量化了真實(shí)的組織擴(kuò)散及血流灌注的圖像[7]，從而為診斷提供更多的信息。雙指數(shù)模型的計(jì)算公式是：Sb/S0=（1－f）×Exp（－bD）+f×Exp［－b（D+D*）］，其中的f 值代表了灌注分?jǐn)?shù)，其是微循環(huán)的灌注效應(yīng)與總的擴(kuò)散效應(yīng)的容積百分比，值在0～1 之間；單純擴(kuò)散系數(shù)D 值的單位為mm2/s，反映了選中區(qū)域中的單純水分子擴(kuò)散所產(chǎn)生的效應(yīng)；D*值是指假擴(kuò)散系數(shù)，說(shuō)明了所選區(qū)域局部血流灌注所產(chǎn)生的擴(kuò)散效應(yīng)，單位用mm2/s 表示；S0指的是擴(kuò)散梯度為0 時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度；Sb則表示擴(kuò)散梯度為b 值時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度[6-10]。

2 IVIM-DWI 對(duì)胰腺疾病的診斷

IVIM-DWI 最早應(yīng)用于腦部等呼吸運(yùn)動(dòng)相對(duì)較少的檢查部位，后逐漸應(yīng)用到其他部位的檢查。1999 年，Yamada[9]等首次將IVIM-DWI 應(yīng)用于腹部，但是由于當(dāng)時(shí)技術(shù)發(fā)展還跟不上，掃描的圖像質(zhì)量較差。隨著磁共振的更新?lián)Q代，IVIM-DWI開始被廣泛應(yīng)用于腹部。下面就來(lái)對(duì)目前IVIM-DWI 在胰腺疾病應(yīng)用得較多的研究中的診斷現(xiàn)狀進(jìn)行闡述。

2.1 IVIM-DWI 對(duì)胰腺癌的診斷

2009 年，Lemke 等[11]進(jìn)行了對(duì)ADC 值和IVIM-DWI 對(duì)胰腺導(dǎo)管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinomas，PDAC），與正常胰腺組織鑒別的效果的評(píng)估，結(jié)果顯示擴(kuò)散系數(shù)D 值不能對(duì)二者進(jìn)行鑒別，而灌注分?jǐn)?shù)f 值則是鑒別二者最好的參數(shù)值，正常胰腺組織的灌注分?jǐn)?shù)f 值高于PDAC，并且多b 值的采集能很好的提高f 值的穩(wěn)定性，提高診斷的靈敏度和特異度。除此之外，采用多b值有助于區(qū)分腫瘤、胰腺的血管和主胰管[12]。馬婉玲等[1]研究表明，IVIM-DWI 測(cè)得的正常胰腺組織的ADC 值及f 值高于PDAC，而D 值低于PDAC，并且D 值在其中的診斷效能是最高的。De Robertis等[13]計(jì)算了表觀擴(kuò)散系數(shù)ADC 值，擴(kuò)散慢成分D值、不相干微循環(huán)Dp 值和灌注分?jǐn)?shù)f 值，結(jié)果顯示ADC 值不能較好的區(qū)分正常胰腺組織與胰腺的病變（P=0.109），而D 值，Dp 值，和f 值可以區(qū)分（P<0.001），存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，尤其是，與正常胰腺相比，PDAC 的D 值較高，而Dp 值和f 值較低。

Rong D 等[14]研究了IVIM-DWI 鑒別PDAC 中的轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)站和非轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)站，結(jié)果是非轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)站的平均D 值、D*值、f 值和ADC值這4 個(gè)值均比轉(zhuǎn)移性淋巴結(jié)站高，并且其中診斷效能最好的是D 值，測(cè)得的區(qū)分轉(zhuǎn)移和非轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的最佳值是：D=1.180×103mm2/s，D*=14.750 ×103mm2/s，f=20.65%，ADC=1.390 ×103mm2/s。馬婉玲等[15]還進(jìn)行了IVIM-DWI 定量參數(shù)對(duì)PDAC 的分化程度評(píng)估的研究，研究顯示低分化PDAC 的慢表觀擴(kuò)散系數(shù)ADCslow值較高-中分化PDAC 明顯增高，而f 值較高-中分化PDAC低，因此IVIM-DWI 的ADCslow 值和f 值對(duì)低度分化PDAC 與高-中分化PDAC 進(jìn)行鑒別，并能夠?qū)ζ溥M(jìn)行術(shù)前的病理分級(jí)。Ma Chao 等[16]的研究結(jié)果是多b 值DWI 衍生的單指數(shù)與雙指數(shù)模型擴(kuò)散參數(shù)與PDAC 及腫瘤分期或腫瘤特征無(wú)相關(guān)性，當(dāng)ADC 值=20 mm2/s 時(shí)，鑒別PDAC 與正常胰腺組織的準(zhǔn)確率是最高的。Elizabeth M 等[17]證明在PDAC 中，纖維化與D 值呈負(fù)相關(guān)，與f 值呈正相關(guān)，提示基質(zhì)增生會(huì)影響灌注和擴(kuò)散效應(yīng)；ADC2b在致密纖維化的腫瘤中是低值，也許可以作為纖維化結(jié)構(gòu)的生物標(biāo)志物。

2.2 IVIM-DWI 對(duì)神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤的診斷

胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤 （pancreatic neuroendocrine tumors，PNETs）占胃腸道胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤的7%～9%，它在基因組、表型和生物學(xué)三個(gè)不同的水平上高度異質(zhì)。在IVIM=DWI 上，Klau 等[18]發(fā)現(xiàn)PNETs 的灌注分?jǐn)?shù)f 值較PDAC 的f值高；而D 值則較低；D*值則不能鑒別PDAC 和PNETs；組織學(xué)腫瘤特征參數(shù)微血管密度MVD 值在PNETs 較PDAC 的值高；IVIM-DWI 的f 值與MVD 值有明顯的關(guān)聯(lián)。Kang 等[19]研究顯示IVIM-DWI 在PNETs 的Dfast 和f 值均高于PDAC，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.0001），且在ROC 曲線分析中，Dfast 和f 值與ADC 值和Dslow 值相比，在鑒別中更具有意義。馬婉玲等[1]研究結(jié)果表明PNETs 的ADC 值、D* 值和f 值的三個(gè)值均高于PDAC 的值，而其中鑒別二者是D*值診斷效能最高。而馬露等[20]發(fā)現(xiàn)乏血供的PNETs f 值高于胰腺癌，D 值低于胰腺癌，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），D*值及ADC 值的P>0.05，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。De Robertis 等[13]發(fā)現(xiàn)PNETs 與PDAC 相比，具有較高的Dp 值和f 值以及較低的D 值。綜上，f 值可以有效地將PDAC 和PNETs 區(qū)分開來(lái)，其他值的結(jié)果仍尚無(wú)統(tǒng)一定論。

Lotfalizadeh 等[21]進(jìn)行了DWI 預(yù)測(cè)PNETs 級(jí)別高低的研究，腫瘤的級(jí)別越高，平均ADC 值和D值就會(huì)明顯減低；并且腫塊的體積也越大。Guo C等[22]研究表明ADC 值與PNETs 的分級(jí)、有絲分裂計(jì)數(shù)和Ki-67 增殖指數(shù)均表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)。二者研究結(jié)果基本一致。De Robertis 等[23]的結(jié)果顯示全腫瘤的ADC 值柱狀圖分析，可能是一個(gè)有價(jià)值的可以進(jìn)行預(yù)測(cè)PNETs 的侵襲性的非侵入性工具，ADCentropy 和ADCkurtosis 值是識(shí)別具有更高生物侵襲性的PNETs 的最準(zhǔn)確的柱狀圖衍生參數(shù)，在更高級(jí)別的腫瘤和血管侵犯、淋巴結(jié)和肝轉(zhuǎn)移中顯著較高。

2.3 IVIM-DWI 對(duì)慢性胰腺炎的診斷

慢性腫塊型胰腺炎與PDAC 這兩者由于影像表現(xiàn)上會(huì)存在交叉重疊，因而區(qū)分兩者常會(huì)存在困難，IVIM-DWI 的出現(xiàn)能夠?yàn)槎叩蔫b別診斷提供更多的信息。Klauss 等[24]研究顯示，ADC 值在50～300 mm2/s 時(shí)，可以對(duì)慢性腫塊型胰腺炎和PDAC 進(jìn)行鑒別，且灌注分?jǐn)?shù)f 值對(duì)于鑒別慢性腫塊型胰腺炎和PDAC 的效能比ADC 值高，是較為有效的參數(shù)值。Kang 等[19]研究表明了IVIM-DWI的Dfast 值和f 值在慢性胰腺炎中均較PDAC 高。在前期研究中發(fā)現(xiàn)f 值對(duì)慢性腫塊型胰腺炎與胰腺癌的鑒別差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P< 0.001），而D、ADC、D 值的鑒別能力較差，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.326）；PDAC 的f 值與慢性胰腺炎相比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.001），但D*值（P=0.327）、D 值（P=0.128），差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），且f 值的診斷效能是最好的[25-26]。

2.4 IVIM-DWI 對(duì)自身免疫性胰腺炎的診斷

Klau 等[27]的研究顯示自身免疫性胰腺炎（autoimmune pancreatitis，AIP）和PDAC 之間的f值存在差異，且AIP 的f 值較PDAC 的更高。Song等[28]研究結(jié)果為與PDAC 相比，腫塊型AIP 的ADC值顯著降低，且在多變量分析中，均勻強(qiáng)化、穿管征、ADC 值小于0.9407×103mm2/s 對(duì)區(qū)分腫塊型AIP 與PDAC 有顯著意義。De Robertis 等[13]的結(jié)果也表明AIP 的f 值與PDAC 相比較高，二者f 值存在差異（P=0.024），并且，Dp 值和f 值在AIP均較正常的胰腺組織及PNETs 值要低。

3 小結(jié)

IVIM-DWI 診斷胰腺疾病存在的不足，現(xiàn)有研究大多數(shù)樣本量都較少，未來(lái)需要更多的樣本來(lái)支持進(jìn)一步的研究。磁共振檢查應(yīng)該要盡量減少圖像的偽影及提高信噪比，但是這些還需要更多的去研究，才能保證圖像的質(zhì)量和配準(zhǔn)。胰腺的血供是復(fù)雜的，已有研究表明雙指數(shù)模型也存在一定的局限性，因而，新發(fā)展的拉伸擴(kuò)散和貝葉斯IVIM 擬合等替代模型和擬合算法可以提高IVIM參數(shù)估計(jì)的一致性和準(zhǔn)確性。IVIM—DWI 的參數(shù)容易受到b 值的影響，低b 值可以顯示出組織的灌注，但是對(duì)于低b 值的選取還有待于更多的研究，目前尚無(wú)統(tǒng)一的定論。

總之，IVIM-DWI 較傳統(tǒng)的單指數(shù)模型的DWI對(duì)于胰腺病變的診斷更具用優(yōu)勢(shì)，其多參數(shù)定量分析可以將真正的彌散效應(yīng)與灌注效應(yīng)進(jìn)行區(qū)分。而單指數(shù)模型常同時(shí)包含二者的效應(yīng)，對(duì)病變的診斷易存在重疊。IVIM-DWI 可作為一種影像學(xué)上的生物標(biāo)志物，無(wú)需采用侵入性的手段，僅通過(guò)獲得多個(gè)參數(shù)，就能對(duì)病變進(jìn)行分析，增加對(duì)病變的識(shí)別能力，從而有助于診斷及鑒別診斷，選擇正確的治療方式，提高患者預(yù)后及生存質(zhì)量。隨著研究的不斷深入及計(jì)算機(jī)軟件的升級(jí)換代，相信會(huì)被越來(lái)越多的應(yīng)用到臨床實(shí)踐中來(lái)，為臨床的診斷、治療和預(yù)后提供幫助。