磁共振擴散加權成像在腫瘤診斷中的應用進展

晏美瑩綜述 劉 嵐 徐仁根審校

人體富含水，發(fā)生病變時，水分子運動必然發(fā)生改變。磁共振擴散加權成像(diffusion weighted imaging,DWI)是目前監(jiān)測水分子運動的唯一無創(chuàng)檢查技術，應用該技術可觀察腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中內部微觀結構的變化。本文對磁共振DWI技術在腫瘤診斷與療效評估方面的應用進行綜述，旨在推進這一技術的臨床應用。

1 DWI成像及后處理機理

傳統(tǒng)擴散加權成像基于細胞間隙水分子布朗運動，通過SE-EPI序列及單指數模型，得到DWI圖像及表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient,ADC)。然而，由于微循環(huán)灌注及細胞膜等影響，組織內水分子運動并非呈正態(tài)分布，于是，有學者對傳統(tǒng)DWI進行了改良，提出了基于體素內不相干運動的擴散加權成像[1](intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIM-DWI)及擴散峰度成像[2](diffusion kurtosis imaging，DKI)模型，試圖通過多參數(D、D*、f、MK、MD)檢測，更加真實反映組織細胞內水分子運動狀態(tài)，從而更好用于腫瘤鑒別診斷與療效評估。

擴散敏感系數(b值)是DWI檢查的重要參數之一，其大小由擴散梯度強度、持續(xù)時間及間隔時間決定，主要與擴散梯度強度相關。李秋菊等[3]把b值分為低(0～200 s/mm2)、中(300～1500 s/mm2)、高(1700～4500 s/mm2)3段，分別反映血流灌注、水分子在細胞間隙的擴散運動及跨膜運動3個方面的信息，而200～300 s/mm2及1500～1700 s/mm22段b值究竟如何歸屬，作者沒有說明。通過設定SE-EPI序列不同b值組，我們就可以研究人體不同狀態(tài)下的水分子擴散表現。

傳統(tǒng)擴散加權成像一般采用2個b值，如0和800 s/mm2，IVIM-DWI及DKI掃描則要設定更多b值。IVIM-DWI主要研究微循環(huán)灌注信息，低b值組使用較多。DKI主要研究細胞膜等結構對水分子擴散影響，一般選用高b值組。Grant等[4]在前列腺癌的研究中，IVIM-DWI選用了5個b值，分別為0、188、375、563、750 s/mm2，DKI選用了3個b值，分別為 0、1 000、2 000 s/mm2。

高b值雖然降低信噪比，但可增加圖像對比度，提高小病灶檢出率，還能降低T2穿透效應，提高DWI圖像真實度，因此越來越受到重視。

DWI不僅僅是定性檢查，還可通過不同b值組設定及算法擬合后處理進行定量分析。

傳統(tǒng)擴散加權成像利用單指數模型得到的ADC值反映水分子運動的綜合表現，包含微循環(huán)灌注效應與真實的水分子轉運。Le-Bihan[1]提出的雙指數模型對微循環(huán)灌注效應進行了獨立分析，水分子(主要是細胞間隙的)熱運動(布朗運動)用真實擴散系數(D)描述，D值表示真實的水分子擴散受限程度；血液中的水分子(隨血流運動，即灌注)用偽擴散系數(D*)及灌注分數(f)描述，灌注分數f值主要反映體素內血管床占比，而D*值多與血流運動速率有關[5-6]。Joo等[7]在用血管破壞劑CKD-516治療兔子肝腫瘤的研究中發(fā)現，CKD-516注入肝腫瘤4 h后，f值與D*值迅速降低。

事實上，由于細胞膜及其它組織細胞結構的影響，水分子運動并非高斯分布，為此Jenson教授等[2]提出了擴散峰度成像理論，得出校正擴散系數MD及擴散峰值(MK)。MD指校正后水分子擴散系數。MK值指體素內水分子擴散運動偏離高斯分布程度，反映組織結構復雜程度，MK越大，與高斯分布偏離越大，組織結構越復雜[8]。

2 DWI在腫瘤診斷及療效評估中的應用研究

2.1 IVIM-DWI及DKI在腫瘤診斷中的應用研究

腫瘤惡性程度或組織學級別不同，腫瘤細胞占比及排列緊密程度不同，腫瘤血供豐富程度不同，腫瘤組織結構復雜程度不同，都會使水分子擴散運動產生差異，這種差異可被IVIM-DWI及DKI等檢測出來，用于腫瘤診斷及鑒別診斷。

2.1.1 IVIM-DWI在腫瘤診斷中的應用研究 胰腺癌血供較差，正常胰腺組織及胰腺神經內分泌腫瘤血供很豐富。多位學者[9-10]認為，IVIM參數D*、f有助于鑒別胰腺癌與胰腺正常組織或胰腺癌與胰腺神經內分泌腫瘤。Granata等[11]在IVIM參數與肝細胞癌組織學分級相關性研究中發(fā)現，ADC、D、f值在不同組織學級別間的差異有統(tǒng)計學意義，肝細胞癌高級別(3，4級)和低級別(1，2級)ADC、D、f截斷值分別為2.11×10-3mm2/s、 0.94×10-3mm2/s、47.33%。Lu等[12]研究發(fā)現，分化差的直腸癌f值顯著低于分化良好/中度分化者，黏液性直腸癌與非黏液性直腸癌比較，D值更高，D *值更低。

2.1.2 DKI在腫瘤診斷中的應用研究 多位學者[13-14]研究發(fā)現，乳腺惡性腫瘤ADC、MD值低于乳腺良性腫瘤，而MK值高于乳腺良性腫瘤，且在乳腺良惡性病變鑒別方面，DKI特異性比DWI高。

Sun等[13]發(fā)現MK值與乳腺浸潤性導管癌組織學分級及ki-67表達呈正相關，而MD值與之呈負相關。Jiang等[15]在膠質瘤分級及細胞增殖研究中發(fā)現，DKI參數有助于區(qū)分高級別與低級別膠質瘤，MK值與ki-67呈正相關，MD值與ki-67呈負相關。Ki-67反映腫瘤細胞增殖程度，腫瘤惡性程度越高，腫瘤細胞數量越多，排列越緊密雜亂，不成熟腫瘤血管越豐富，水分子擴散受限就越顯著。因此DKI有助于非侵入性評估腫瘤的惡性程度及腫瘤細胞增殖水平。

2.2 IVIM-DWI及DKI在腫瘤療效評估中的應用研究

抗腫瘤治療有效時，腫瘤組織發(fā)生壞死，細胞數量減少，水分子擴散受限程度減輕，腫瘤微循環(huán)灌注也減少，這一變化可在腫瘤形態(tài)發(fā)生變化前檢測出來。

2.2.1 IVIM-DWI在腫瘤療效評估中的應用研究 一些學者認為D*或f值對療效評估有意義。Chen等[16]在應用IVIM評估鼻咽癌放療效果研究中發(fā)現，放療前D和D *值高提示放療敏感性好。Guo等[17]發(fā)現，鼻咽癌放化療后D值增高，D*值減低。Ding等[18]對口咽鱗癌的研究發(fā)現，ADC、D及f值在放化療后2～3周均明顯升高，提示治療后腫瘤細胞壞死，局部血流灌注上升。Park等[19]研究發(fā)現，肝癌TACE后碘油沉積良好組治療前D*值明顯高于碘油沉積不良組，提示D*值能前瞻性預測TACE療效。

也有學者認為D*及f值對腫瘤療效評估無意義，但D值有價值。Hou等[20]發(fā)現D*值及f值在鼻咽癌有效組及無效組之間的差異無統(tǒng)計學意義，有效組放療前ADC、D值低于無效組，D值變化率比無效組高并有統(tǒng)計學意義。Nougaret等[21]研究發(fā)現，直腸癌放化療后D值增高，D*及f值無明顯變化。劉小華等[22]發(fā)現淋巴瘤化療后D值升高，但治療前D 值≤0.48×10-3mm2/s時，化療效果差，表明D值可以預測淋巴瘤化療效果。

2.2.2 DKI在腫瘤療效評估中的應用研究 多位學者[23-25]研究發(fā)現，在腫瘤療效評估方面，DKI比傳統(tǒng)DWI更敏感。Wu等[23]研究發(fā)現，非霍奇金淋巴瘤化療有效組MD值升高、MK值降低。Yu等[24]在直腸癌新輔助放化療研究中發(fā)現，療效良好組Pre-MD值低于療效不良組，且MD變化率診斷效能高(AUC 0.859)。Hu等[25]在DKI及傳統(tǒng)DWI用于直腸癌新輔助化療研究中則發(fā)現MK-post值診斷效能最高(AUC 0.908，截斷值0.6196)。Wu等[26]研究發(fā)現，鼻咽癌放療后早期有效組pre-MD值顯著高于無效組，而pre-MK值明顯低于無效組，MK值預測放療反應的價值比MD值高。

綜上所述，近年來應用IVIM-DWI及DKI進行腫瘤診斷及療效評估的研究逐漸增多，但觀點尚不一致，可能與病例選擇和檢查方案不同及腫瘤異質性有關。盡管IVIM-DWI、DKI在腫瘤診斷及療效評估方面的研究已經顯示出較高價值和良好的臨床應用前景，但仍有不足之處，其部分參數(如D*、f值)重復性及穩(wěn)定性還有待提高，標準統(tǒng)一的掃描規(guī)范尚未形成，因b值組及IVIM后處理的擬合算法不同造成的結果參數差異[27-28]仍無法消除，且有關胸部及骨肌系統(tǒng)腫瘤的研究還較少，這些都有待今后更加深入的研究。