磁共振體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散峰度成像在肝纖維化診斷中的價(jià)值

苗瑩瑩 于紹楠 李學(xué)鋒 萬泰虎 劉桂鋒

(吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院放射線科，吉林 長(zhǎng)春 130000)

·其 他·

磁共振體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散峰度成像在肝纖維化診斷中的價(jià)值

苗瑩瑩 于紹楠 李學(xué)鋒 萬泰虎 劉桂鋒

(吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院放射線科，吉林 長(zhǎng)春 130000)

目的 初步評(píng)價(jià)體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)(IVIM)和擴(kuò)散峰度成像(DKI)的參數(shù)在肝纖維化病變分期中的臨床應(yīng)用價(jià)值。方法 收集經(jīng)病理證實(shí)為不同分期的肝纖維化患者35例，男22例，女13例，年齡42～73歲，中位年齡59歲；選取15例健康志愿者，男10例，女5例，年齡30～60歲，中位年齡45歲。應(yīng)用PHILIPS 3.0T掃描儀，采用頭先進(jìn)仰臥位呼吸門控觸發(fā)，IVIM模型b值設(shè)定為0、25、50、75、100、150、200、300、400、600和800 s/mm2，DKI模型b值設(shè)定為0、500、1 000、1 500及2 000 s/mm2。分別計(jì)算相關(guān)參數(shù)，通過方差分析及q檢驗(yàn)比較各參數(shù)在不同級(jí)別肝纖維化患者及正常志愿者間的差異，比較IVIM及DKI在肝纖維化診斷中的價(jià)值。結(jié)果 IVIM-D值在各級(jí)肝纖維化中存在顯著差異(P<0.05)，IVIM-f在各級(jí)肝纖維化中存在顯著差異(P<0.01)，IVIM-D*在各級(jí)肝纖維化中無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.128)。DKI-MD值在各級(jí)肝纖維化中無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.062)，但隨著肝硬化的進(jìn)展，MD有逐漸下降的趨勢(shì)，DKI-MK值在各級(jí)肝纖維化中存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。結(jié)論 IVIM及DKI可以作為無創(chuàng)性的磁共振新技術(shù)，較早且準(zhǔn)確地反映肝纖維化過程中病理生理改變及組織微觀結(jié)構(gòu)的變化。

體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)；擴(kuò)散峰度成像；肝纖維化

目前，評(píng)價(jià)肝纖維化程度的金標(biāo)準(zhǔn)是肝穿刺活檢，但該方法有創(chuàng)、存在取材的偏差，且不易反復(fù)進(jìn)行，患者多不易接受，所以發(fā)展無創(chuàng)性、操作簡(jiǎn)單、重復(fù)性好且準(zhǔn)確的方法顯得尤為重要。磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像(DWI)能無創(chuàng)性地反映病理生理改變引起的組織細(xì)胞水平的微觀變化，多應(yīng)用于腫瘤檢測(cè)、區(qū)分腫瘤及非腫瘤組織、鑒別病變良惡性、判斷病理分級(jí)、預(yù)測(cè)治療療效及評(píng)估患者預(yù)后等〔1～3〕，還能測(cè)量表觀彌散系數(shù)(ADC)，從而對(duì)組織內(nèi)水分子的彌散進(jìn)行客觀準(zhǔn)確的量化〔3〕。然而，事實(shí)上活體組織中既有水分子的擴(kuò)散，又有微循環(huán)毛細(xì)血管的灌注，傳統(tǒng)DWI未對(duì)此進(jìn)行區(qū)分。DWI和雙指數(shù)模型的體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)(IVIM)理論均假定水分子的擴(kuò)散呈高斯分布，隨著b值升高，信號(hào)強(qiáng)度呈指數(shù)形式衰減。然而，隨著技術(shù)進(jìn)展，在超高b(>1 000 s/mm2)時(shí)，擬合曲線發(fā)生偏移，提示真正的水分子彌散呈非高斯分布〔2〕，單指數(shù)模型此時(shí)并不適用，需要更復(fù)雜的模型分析，由此發(fā)展來的擴(kuò)散峰度成像(DKI)理論成為非常有前景的理論方法。目前應(yīng)用IVIM評(píng)價(jià)肝纖維化程度已有初步研究，但聯(lián)合DKI的研究很少。

1 材料與方法

1.1 對(duì)象 2014年7月至2015年11月共收集35例經(jīng)病理證實(shí)的肝纖維化患者，男22例，女13例，年齡42～73歲，中位年齡59歲；15例健康志愿者，男10例，女5例，年30～60歲，中位年齡45歲。35例患者均在行磁共振檢查(MRI)之后1 w內(nèi)行穿刺活檢，活檢部位位于肝右葉。

1.2 MRI成像

1.2.1 儀器設(shè)備及掃描準(zhǔn)備 采用PHILIPS 3.0T核磁掃描，采用頭先進(jìn)、呼吸門控及16通道體部專用相控陣線圈。掃描時(shí)取仰臥位，囑受試者平靜均勻呼吸。采用橫軸位SS-EPI-DWI，IVIM模型采用11個(gè)b值，分別為0、25、50、75、100、150、200、300、400、600和800 s/mm2；DKI模型采用5個(gè)b值，分別為0、500、1 000、1 500、2 000 s/mm2。TR 3 333～5 000 ms；TE選擇Min TE(61.9～64.9 ms)；帶寬±250 kH；三個(gè)方向分別施加擴(kuò)散梯度；FOV 36×36～40×40 cm2，矩陣160×160；層厚5 mm；掃描20層；兩個(gè)序列掃描時(shí)間約為7、5 min。掃描范圍以肝臟為中心。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理及感興趣區(qū)(ROI)的選擇 應(yīng)用The IDL Virtual Machine軟件，處理IVIM及DKI的掃描數(shù)據(jù)，生成相應(yīng)的f圖、D*圖、D圖及MD圖、MK圖。參考患者的MRI T2圖像，在生成的偽彩圖上選取肝右葉同一層面同一位置，分別劃3個(gè)面積等大的ROI，畫取面積約為100 mm2，避開膽管及血管區(qū)，由兩名有3年以上工作經(jīng)驗(yàn)的放射線科醫(yī)生各測(cè)量1次，每人每例患者各放置3次ROI，分別記錄并取其均值。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS19.0軟件行方差分析及q檢驗(yàn)。

2 結(jié) 果

2.1 病理組織學(xué)結(jié)果 35例患者肝纖維化分期分別為S1期9例、S2期12例、S3期8例、S4期6例。在健康志愿者中選10例作為S0期正常對(duì)照。

2.2 MRI結(jié)果 IVIM-D值在各級(jí)肝纖維化中存在顯著差異(P<0.05)，IVIM-f在各級(jí)肝纖維化中也存在顯著差異(P<0.01)，IVIM-D*在各級(jí)肝纖維化中無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.128)；DKI-MD值在各級(jí)肝纖維化中無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.062)，但隨著肝硬化的進(jìn)展，MD有逐漸下降的趨勢(shì)，DKI-MK值在各級(jí)肝纖維化中存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05)。

表1 各級(jí)肝纖維化患者磁共振IVIM和DKI各參數(shù)值±s)

3 討 論

肝纖維化是各種慢性肝病在損傷、修復(fù)過程中肝組織降解和生成之間失衡，導(dǎo)致過多的以膠原為主的細(xì)胞外基質(zhì)在肝組織內(nèi)過度沉積，并逐漸向肝硬化甚至肝癌發(fā)展〔1，2〕。肝纖維化早期患者，通過抗纖維化治療可控制肝內(nèi)炎癥活動(dòng)，減緩、控制甚至逆轉(zhuǎn)肝硬化進(jìn)程。因此，對(duì)于肝纖維化的早期準(zhǔn)確診斷及治療具有重要意義。

磁共振信號(hào)隨著b值的不同而衰減，當(dāng)b值較低時(shí)信號(hào)衰減呈線性，當(dāng)b>1 000 s/mm2時(shí)，信號(hào)衰減呈非線性，通過選取不同的b值，建立IVIM及DKI模型。IVIM模型中，采用低b值(0～200 s/mm2)時(shí)，DWI的信號(hào)組成既有水分子的擴(kuò)散又有微循環(huán)毛細(xì)血管的灌注效應(yīng)，且大部分與灌注相關(guān)；當(dāng)采用較高b值(200～1 000 s/mm2)時(shí)，由于灌注效應(yīng)產(chǎn)生的信號(hào)絕大多數(shù)已經(jīng)衰減完畢，DWI的信號(hào)基本反映的是純水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)〔4〕。

當(dāng)選取更高b值(500～2 000 s/mm2)時(shí)，活體狀態(tài)下的ROI內(nèi)組織結(jié)構(gòu)及形態(tài)的復(fù)雜性，導(dǎo)致局部水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)實(shí)際上呈非高斯分布，分布峰值更高、范圍更大，即建立了DKI模型。其中，MK被稱為平均擴(kuò)散峰度，是一個(gè)現(xiàn)象學(xué)參數(shù)，包含非高斯擴(kuò)散特異性信息，有獲得組織學(xué)微觀特征信息的潛能，無單位，大小是0～1，MK值越大代表ROI內(nèi)組織結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，水分子擴(kuò)散受限越明顯，MK可被視為衡量組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的一種“度”，能夠量化這一偏離〔5〕。MD值是Si衰減曲線斜率決定的，指經(jīng)這種非高斯分布矯正過的ADC值。DKI要求高b值，所以本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)b值0、500、1 000、1 500和2 000 s/mm2進(jìn)行掃描。

Patel等〔6〕報(bào)道了f、D、D*及ADC值在纖維化肝臟中顯著低于健康肝臟。而Luciani等〔7〕對(duì)肝纖維化患者所做的研究結(jié)果卻與之不同，提示纖維化肝臟灌注減低，但是在正常肝臟與纖維化肝臟間，D值與f值沒有顯著差別，說明肝纖維化患者主要是以微循環(huán)的灌注減低為主。本研究的IVIM模型中，假設(shè)肝組織中每一個(gè)成像體素都是由相互不溝通的血管內(nèi)和血管外成分構(gòu)成，血管內(nèi)成分可由灌注分?jǐn)?shù)D*描述，血管外純水分子運(yùn)動(dòng)由D描述，當(dāng)b值較低時(shí)，血流灌注引起的自旋回波對(duì)于信號(hào)衰減影響較大，由于血流信號(hào)更多的被擴(kuò)散梯度限制，所以信號(hào)衰減往往是純水?dāng)U散的結(jié)果。肝纖維化隨著結(jié)締組織的增加，其內(nèi)膠原纖維成分影響了水分子的布朗運(yùn)動(dòng)，這就導(dǎo)致了ADC值降低，本實(shí)驗(yàn)中D值及D*均呈降低趨勢(shì)。在肝硬化組織內(nèi)，主要以膠原為主沉積在肝竇內(nèi)的毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞使肝竇基底部增厚，肝內(nèi)血流阻力增加，此時(shí)門脈血流減少，肝動(dòng)脈代償性血流增加，但總的血流量還是減少的，隨著肝硬化程度的增加，肝內(nèi)灌注逐步減低。

IVIM模型實(shí)際上是特殊的擴(kuò)散加權(quán)成像，它是在假設(shè)分子進(jìn)行高斯分布的情況下分離出擴(kuò)散及灌注兩種因素〔8〕。然而，認(rèn)識(shí)到水分子的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上受細(xì)胞膜、細(xì)胞器、細(xì)胞內(nèi)外間隔等擴(kuò)散障礙物的影響，表現(xiàn)為復(fù)雜的非高斯擴(kuò)散，于是發(fā)現(xiàn)了更為真實(shí)的DKI模型。Rosenkrantz等〔3〕應(yīng)用DKI技術(shù)對(duì)前列腺癌進(jìn)行研究，結(jié)果表明周圍帶癌灶與正常組織相比、惡性程度高與惡性程度低的癌灶相比，癌灶及惡性程度高的組織MK值均明顯高于對(duì)照組；在鑒別外周帶良惡性病變以及評(píng)價(jià)腫瘤分化程度方面，MK 顯示了很高的敏感性。MK值能夠衡量組織結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，并且能夠量化這一偏離。肝纖維化的進(jìn)程中，膠原及纖維的沉積、細(xì)胞外環(huán)境的改變，使細(xì)胞的微環(huán)境變得復(fù)雜，水分子在這個(gè)復(fù)雜環(huán)境中的擴(kuò)散與理想的擴(kuò)散存在偏離，且其偏離程度隨著肝硬化程度的增加而增加，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果也與這一病理學(xué)情況相符。

IVIM模型的參數(shù)f值及DKI的參數(shù)MK值對(duì)于肝纖維化的分期具有一定的診斷價(jià)值。兩者相比于單指數(shù)模型DWI，是更精確的數(shù)學(xué)模型。IVIM雙指數(shù)模型既考慮到了水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，又考慮到了微循環(huán)毛細(xì)血管內(nèi)的灌注作用。DKI模型能探討生物組織環(huán)境內(nèi)水分子非高斯擴(kuò)散，提供的額外參數(shù)MK不僅能反映組織細(xì)胞界面，所以IVIM及DKI在肝纖維化的分期診斷中均有一定作用，還能反映細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性和不規(guī)則性。所以IVIM及DKI在肝纖維化的分期診斷中均有一定作用。

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7 Luciani A，Vignaud A，Cavet M，etal.Liver cirrhosis：intravoxel incoherent motion MR imaging-pilot study〔J〕.Radiology，2008；249(3)：891-9.

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〔2016-02-09修回〕

(編輯 李相軍)

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(81501459)；吉林省科技廳科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(140520020JH)；吉林省教育廳十三五科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目〔吉教科合字(2016)第467號(hào)〕

劉桂鋒(1980-)，男，醫(yī)學(xué)博士，副主任醫(yī)師，主要從事影像診斷研究。

苗瑩瑩(1988-)，女，醫(yī)學(xué)碩士，主治醫(yī)師，主要從事影像診斷研究。

R445.2

A

1005-9202(2017)03-0681-03；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.03.070