體素內不相干運動擴散加權成像在腹部中的研究進展

劉翠蘭，黃小華，劉夢苓，徐紅霞，石林

(川北醫學院附屬醫院放射科，四川 南充 637000)

體素內不相干運動擴散加權成像在腹部中的研究進展

劉翠蘭，黃小華，劉夢苓，徐紅霞，石林

(川北醫學院附屬醫院放射科，四川 南充 637000)

磁共振擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)是一種無創性磁共振成像技術，原理是利用水分子隨機和微觀的運動即布朗運動，對活體組織進行功能代謝成像。DWI目前包括單指數模型、雙指數模型和拉伸指數模型，單指數模型不能區分活體組織內擴散和灌注的信息，受活體組織中血管內微循環的影響，因此其擴散準確性降低；雙指數模型DWI即體素內不相干運動(introvoxel incoherent motion，IVIM)擴散成像，采用雙指數擬合曲線分析，可以分別定量反應組織內水分子擴散和灌注情況,其擴散準確性得到提高。拉伸指數模型能反映體素內擴散速率的不均一性和擴散分布指數，從而提供更多的組織生物學特征方面的信息。體素內不相干運動是采用多個b值磁共振擴散加權成像，該技術已廣泛應用在中樞神經系統，目前逐漸應用于腹部，如肝臟、胰腺、腎臟等，本文綜述IVIM-DWI原理及其在腹部中的研究進展。

體素不相干運動；擴散加權成像；磁共振成像；腹部

磁共振擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)基于是無創檢測活體組織內水分子擴散運動狀態的優勢，在臨床上對疾病的診斷和鑒別診斷中有所幫助[1-4]，但是由單指數模型-DWI獲得的參數標準ADC值往往偏高，這是由源于ADC值綜合了水分子的運動和血流灌注信息。1986年，Le Bihan等[5-6]提出了體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion，IVIM)的概念理論，通過由基于單指數模型演化而來的雙指數模型，能夠將上述兩種成份分離，并分別量化擴散運動和血流灌注信息，對臨床疾病的精準診斷提供了重要的參考依據。

IVIM-DWI采用雙指數模型精確獲取反映組織擴散運動和血流灌注效應的參數。組織內DWI局部信號衰減程度與b間的關系：

Sb/S0=(1-f)×Exp(-bD)+f×Exp[-b(D+D*)],

其中f表示灌注分數，其意義是目標區域內局部微循環的灌注效應與總體的擴散效應的容積比率；D*為假性擴散系數，亦稱為灌注相關擴散，其意義在于目標區域內微循環的灌注所致擴散效應；D為真性擴散系數，其意義在于目標區域內純的水分子擴散效應；S為體素內信號強度。b值稱為擴散敏感梯度因子，其單位為s/mm2，通過b值的變化，水分子在擴散運動時的自由度會相應變化。在自旋平面回波彌散加權序列中，B=γ2·G2·δ2·(Δ-δ/3)。表達式中γ為磁旋比；G為梯度場強度；δ為梯度場持續時間；Δ為兩個梯度場間隔時間。B值代表擴散敏感系數，是一個磁共振施加梯度場強大小的量度值。B值與G值成正比，即B越大，G(施加的正反兩個梯度的強度)就越大，對彌散探測就越敏感，但圖像的信號越低，SNR(信噪比)越差。反之，B越小，G越小，對彌散探測就越不敏感，但圖像的信號越高，SNR越好。

1 IVIM-DWI在肝臟的研究現狀

1999年Yamada等[7]首次將將體素內不相干運動(IVIM-DWI)彌散加權成像應用于腹部臟器,對腹部器官肝臟病變的擴散系數進行研究，該研究發現正常肝臟的ADC值明顯高于相應的D值并且病變肝臟的ADC值也明顯高于相應的D值，得出腹部實質性器官的ADC值可能受灌注效應影響的結論。之后國內外眾多學者相繼對肝臟的病變進行了大量的研究。Joo等[8]用IVIM研究兔子的非酒精脂肪肝的成像參數特點時，發現f可能有助于早期脂肪肝的診斷。Franca等[9]采用IVIM研究肝彌漫性病變如肝纖維化和炎癥時，由于成像參數的特點、肝脂肪變和鐵沉積的影響，導致在肝纖維的分級不同時，ADC和F有變化，而在肝臟炎癥的不同分級時，這兩個值就沒有變化；D值在肝臟脂肪變性和鐵沉積時，有明顯的不同，而F值只在肝脂肪變性不同級別時受影響；D和D*在肝纖維化和炎癥時，卻沒有統計學意義，因此IVIM不能準確的鑒別肝纖維化和炎癥。Chung等[10]采用IVIM的相關參數對肝纖維化分級進行評估，參數中f*、D*與肝纖維化分級呈明顯的負相關性，f*與D*是評估肝纖維化程度的最佳參數。Chow等[11]采用C57BL/6N大鼠，飼以重復劑量的CCl4破壞肝組織致其肝纖維化，比較相關參數D、D*、f、磁共振擴散張量成像(DTI)、組織學本征值的差異。在CCl4損壞肝臟后的第2周及第4周，D顯著的下降，而D*卻顯著的增大，這與上述Chung等[10]研究的結果一致。Watanabe等[12]在肝局灶性良性和惡性病變的研究中，發現D、ADC值比D*、f在肝臟的良惡性診斷效能更高。Woo等[13]評估肝細胞癌的組織學分級、團注對比增強程度與IVIM參數的相關性，在鑒別高分化肝細胞癌和低分化肝細胞癌時，發現D值比ADC值更敏感。Kakite等[14]用IVIM擴散參數、增強比率預測腫瘤壞死的診斷效能，發現D值可以預測腫瘤壞死的程度，但診斷效能低于增強血管成像。Koh等[15]研究IVIM評價抗血管生成藥物對治療腫瘤的效果，在注入腫瘤抗血管生成藥物CKD-516后4 h，f值顯著降低，在治療后7 d，較小腫瘤的f值進一步降低。結論是IVIM-DWI有助于肝臟病變的檢出、肝臟良、惡性腫瘤的鑒別以及對腫瘤治療后的評估。

2 IVIM-DWI在膽囊的研究現狀

原發性膽囊癌發病率高，呈明顯上升的趨勢，早期臨床癥狀不明顯，不易被發現，診斷難度大。晚期膽囊癌，手術切除率和術后5年患者生存率都偏低。多數國內外學者分別采用單b值DWI對膽囊病變影像特點進行了研究，少有學者采用IVIM-DWI對其研究。Ogawa等[16]研究了DWI對膽囊良惡性腫瘤的鑒別，發現ADC值可以鑒別膽囊壁增厚或膽囊息肉樣變，ADC值在鑒別急性膽囊炎時可能出現假陽性。Lee等[17]對膽囊良惡性診斷，發現膽囊惡性病變的ADC值比良性病變的ADC值低。Kim等[18]采用DWI對膽囊癌和膽囊壁增厚結節研究發現，前者的ADC值比后者高。Kang等[19]研究黃色肉芽腫性膽囊炎和膽囊壁增厚型膽囊炎時，發現前者的ADC值比后者高。國內的一些學者也采用單b值DWI對膽囊病變進行了研究。王海屹等[20]在DWI鑒別原發性膽囊癌和肝細胞癌中發現，b值取800 s/mm2時，原性肝細胞癌ADC值高于原發性膽囊癌，ADC值對原發性肝細胞癌和膽囊癌的鑒別診斷有一定的幫助，但原發性膽囊癌的ADC值研究結果與Sugita等[21]的研究并不一致。IVIM是多b值、高信噪比的彌散加權成像，比單b值更有價值。隨著磁共振成像技術的發展，IVIM-DWI有望成為膽囊癌的鑒別診斷不可缺少的檢查手段。

3 IVIM-DWI在胰腺的研究現狀

近年來多數學者應用 IVIM-DWI 對胰腺病變進行了研究。Klauss等[22]用IVIM成像研究慢性腫塊型胰腺炎與胰腺癌，慢性腫塊型胰腺炎的ADC值比胰腺癌的ADC值高(b=0、50、75、100、150、200、300 s/mm2)；而b值(0、25 s/mm2)、(0、400 s/mm2)、(0、600 s/mm2)和(0、800 s/mm2)時，兩者ADC值間無統計學意義，ADC50-300在慢性腫塊型胰腺炎和胰腺癌中具有鑒別作用，其中血流灌注分數f在鑒別慢性腫塊型胰腺炎和胰腺癌為有效的參數。Klau β等[23]比較胰腺癌(pancreatic carcinoma,PC)和自身免疫性胰腺炎(autoinmune pancreatitis,AIP)治療的效果，AIP患者治療期間的灌注分數f值比未治療的低。在AIP隨訪期間，第一次隨訪時，f值增至(17.1±7.0)%；第二次隨訪時，f值增至(21.0±4.1)%。對于PC患者，f值比初始患AIP、第一次和第二次隨訪期間均低。在受試者工作特征曲線(receiver operating characteristic curves,ROC)分析時，初始AIP患者，第一次和第二次隨訪期間，曲線下面積(area under curve,AUC)值分別是0.63、0.88和0.98，與PC患者均不相同。研究表明：AIP治療期間，IVIM-DWI的相關參數可以作為影像標記物評價治療的效果，是鑒別PC和AIP的有效方法，該方法很好地為臨床的治療和診斷提供有價值的信息。Klau等[24]采用IVIM的相關參數和組織學腫瘤特征參數比較胰腺導管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma,PDAC)和胰腺內分泌腫瘤(pancreatic neuroendocrine tumor,PNET)，發現PDAC的灌注參數f值比PNET低；而D值則高；D*值在PDAC和PNET間具有統計學意義。在微血管密度(microvessel density,MVD)上PDAC值比PNET低。而從腫瘤局部組織容積(histological regional tumor volume,RTV)得到的參數值，灌注分數f、MVD與PDAC、PNET有明顯的相關性(r=0.85)。從整體腫瘤(total tumor volume,TTV)得到的參數值，灌注分數f、MVD與PDAC、PNET有中度的相關性(r=0.64)，RTV和TTV得到的灌注分數f與微血管區均呈中度相關(r=0.54/0.47)。研究表明IVIM的灌注分數與組織學腫瘤特征參數MVD有明顯的相關性，IVIM-DWI參數有助于鑒別胰腺腫瘤，作為一種非侵入性的腫瘤鑒別標記物。總之，IVIM-DWI有助于鑒別胰腺病變的類型，如慢性腫塊型胰腺炎與胰腺癌、胰腺導管腺癌和胰腺內分泌腫瘤等，評價PC和AIP及其治療效果。

4 IVIM-DWI在脾臟的研究現狀

國內外學者對脾臟病變的IVIM-DWI研究相對較少，大多采用單b值DWI研究。國外學者Jang等[25]采用DWI研究脾臟良惡性腫瘤發現，惡性腫瘤的ADC比良性腫瘤的ADC值低。Klasen等[26]研究肝硬化和門脈高壓時對脾臟的影響，發現脾臟的ADC值明顯高于對照組，差異具有統計學意義。在行肝內門體靜脈分流術后，ADC值明顯降低。劉廣輝等[27]研究門脈高壓癥狀態下脾臟IVIM-DWI 成像的相關參數特點發現：觀察組脾臟D*值低于正常對照組，兩組間脾臟D*值具有統計學意義，兩組其余相關參數值間均無統計學意義。研究表明肝硬化門脈高壓癥狀態，脾臟IVIM-DWI灌注參數D*值能夠評價脾臟內微循環的灌注信息，并可作為門脈高壓診斷的參考依據。同時Kim等[28]報道脾臟ADC值在慢性肝病患者和正常志愿者間沒有差異，與Jang等[25]研究的結果基本一致的。

5 IVIM-DWI在腎臟的研究現狀

Gaing等[29]采用IVIM參數的直方圖分布研究腎腫瘤及其腫瘤亞型，15個腎臟腫瘤中，IVIM參數的平均值能鑒別出8個亞型，而其直方圖分布能鑒別出9個亞型。透明細胞癌和乳頭狀細胞癌可通過參數平均值鑒別。血管平滑肌脂肪瘤和嗜酸性粒細胞癌、透明細胞癌和嗜酸性粒細胞癌均可通過直方圖鑒別。因此，IVIM參數的直方圖分布可以幫助區分惡性和良性病變以及各種亞型腎腫瘤。Ichikawa等[30]分析腎功能不全患者腎臟的IVIM參數的擴散和灌注改變，按照腎小球濾過率(eGFR)分為4組，eGFR≥80為1組，eGFR在60～80為2組，eGFR在30～60為3組，eGFR<30為4組，第1組為對照組，結果在腎皮質中，D*在第2、3、4組中均比第1組低；D值僅在第3組顯著降低。在腎髓質中，D*和D分別在第2、3組中顯著降低。其結論為，隨著腎功能不全的進展，腎灌注明顯減少，從而影響腎皮質水分子的擴散，擴散的變化易被IVIM參數值更有效的檢測。Ebrahimi等[31]用IVIM研究豬腎動脈的狹窄情況，豬分為3組，第1組用高膽固醇食物喂養誘導早期的動脈粥樣硬化(atherosclerosis，ARAS)、第2組用正常的飲食規律喂養致使腎動脈狹窄(renal artery stenosis，RAS)，第3組為正常對照組，結果發現ADC、D值均與腎皮質和髓質的纖維化有相關性，IVIM參數可以探測到腎動脈狹窄后腎臟的結構和功能的微弱變化，并能作為評價腎小管損傷的標記物。Rheinheimer等[32]用IVIM參數評價冷缺血時間(cold ischemia time,CIT)對同種異質的移植腎擴散和灌注的影響，發現ADC、D和f值在移植腎中顯著低于正常腎，在長CIT移植腎中擴散參數比在短CIT移植腎中低。結論是ADC值取決于移植腎的CIT，它代表移植腎功能的變化。DWI可用于移植腎的隨訪。因此，IVIM擴散參數有助于指導移植腎患者腎功能恢復期的治療檢測。Schneider等[33]研究IVIM的相關參數評估部分腎切除術的功能，研究表明DWI的量化參數對腎功能的評價有很好的指導作用，腎皮質ADC值在腎部分切除術前后有明顯差異。IVIM對腎生理狀況能提供更明確的信息，其量化參數可作為一個有用的和非侵入性的生物標志物。因此，IVIM-DWI可以評價腎功能不全程度、鑒別腎臟良、惡性腫瘤分型、腎移植或腎部分切除后腎功能的評價等具有重要價值。

6 IVIM-DWI在胃腸道的研究現狀

消化系統腫瘤占惡性腫瘤60%以上，其中較為常見的是胃癌、大腸癌，大腸癌中直腸癌占多數，所以對胃癌及直腸癌的診斷分期尤為重要。DWI對胃腸道腫瘤的分期能夠指導其手術方式的選擇，多數學者對此進行了研究。Caivano等[34]研究DWI對胃癌的術前分期，得到DWI相對于傳統的MRI圖像診斷的敏感性和特異性有所提高。Joo等[35]比較研究DWI和MDCT對胃癌的術前分期以及淋巴結的轉移，其結論與Caivano等[34]研究基本一致，DWI比MDCT的診斷效能好。國內學者李婷等[36]研究不同程度的胃癌在DWI上的特征，發現胃癌在DWI圖像上均呈高信號；ADC值在胃癌與正常胃壁間具有統計學意義。正常胃壁ADC值高于胃癌，不同分化程度的胃腺癌，其ADC的差異具有統計學意義。該研究結論是ADC值可區分正常胃壁及不同分化程度的胃癌、評價胃癌的生物學行為，特別是在胃癌惡性程度的判定中具有重要意義。Song等[37]研究IVIM對胃癌治療效果的監測，發現在胃癌治療后的第5、7天，腫瘤的相對體積有所減小，治療后的第1、3天，腫瘤的體積并沒有明顯的變化。但在病變治療后的第3、5、7天，ADC值增大，治療后的第1、3、5天，D值增大，治療后的第1、3、5、7天，而f、D*則明顯的降低。此外ADC、D與腫瘤壞死、腫瘤細胞的凋亡呈正相關性；f、D*與MVD呈正相關性，與腫瘤細胞凋亡呈負相關性。

另外也有學者對直腸癌的DWI成像進行了研究。B?uerle等[38]應用擴散加權成像參數與組織學特征參數評估直腸癌，發現術前沒有進行新輔助療法(chemoradio therapy,CRT)的直腸癌患者，其擴散系數D、灌注分數f與血管面積分數具有相關性。對于接受CRT的直腸癌患者，并不具備相關性。其組織學評估顯示，組織之間的顯著差異表現在微觀層面，細胞和血管的環境狀態影響灌注和擴散。隨著治療的進行，直腸癌和鄰近組織的結構和功能的變化，高度依賴于周圍細胞和血管的微環境，而DWI可以監測這種微環境的變化，即灌注和擴散。Ganten等[39]研究IVIM-DWI的灌注相關參數評價直腸癌放化療的作用時發現，在放化療后，D、ADC值可以得到顯著的增加，以此確定放化療的有效性，從而表明 IVIM-DWI的參數D值可作為放化療術對直腸癌治療效果程度的評估。隨后的學者Moon等[40]研究直腸癌ADC值預測腫瘤的復發，發現腫瘤的ADC值和傳統的影像特征結合有助于對腫瘤3年局部復發的診斷。目前IVIM在直腸癌的研究相對較少，但部分研究表明IVIM對于直腸癌的診斷和治療、預測腫瘤復發有重要的價值。

綜上所述，IVIM可分別反映單純水分子擴散和微循環灌注信息，對炎癥、腫瘤的精準診斷具有重要的臨床意義。腫瘤內水分子擴散受限的表達，須剔除血管內血液微循環灌注的影響后才能較準確地評估其良惡性。IVIM目前已經廣泛應用于腦缺血、乳腺腫瘤及腹部臟器病變的診斷，原則上b值取的越多，所獲得的信息越豐富，得出的數據越準確，但b值增加，延長了掃描時間，因此對于b值所取數值并沒有定數，一般取8～10個。IVIM成像技術作為一種無創的功能成像，通過高場磁共振多b值和高信噪比成像，能夠分別量化擴散運動和血流灌注信息，可提高對疾病定性診斷的準確性，相信該技術在未來的臨床工作中會得到廣泛應用。

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(學術編輯：董國禮)

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Research progress of IVIM-DWI in abdomen

LIU Cui-lan,HUANG Xiao-hua,LIU Meng-ling,XU Hong-xia，SHI Lin

(DepartmentofRadiology,AffiliatedHospitalofNorthSichuanMedicialCollege,Nanchong637000,Sichuan,China)

Diffusion weighted imaging (DWI) is a noninvasive imaging of Brownian motion which make use of randomly and micro movement of the water molecules reflecting the function and metabolism on living tissue.DWI includes mono-xponential model,bi-xponential model of DWI and stretched-xponential model.Mono-xponential model does not integrate the diffusion and perfusion information in living tissue,so the quantitative accuracy is affected by intravascular microcirculation in living tissue，and bi-xponential model of DWI is irrelevant movement within the voxel imaging,adopting bi-xponential fitting analysis,which can be relatively true reflection of waters molecular diffusion and perfusion in the tissue,so the quantitative accuracy is better.Stretched-xponential model can describe the heterogeneity of intravoxel diffusion and distributed diffusion coefficient(DDC),providing more information about biological characteristics of tissue.Introvoxel incoherent motion (IVIM) is based on multiple b values of DWI.Currently,the technology has been widely applied in the central nervous system,which has been applied gradually to the abdomen such as liver,pancreas, kidney and so on.This paper reviews IVIM-DWI principle and its application progress in the abdomen.

Introvoxel incoherent motion (IVIM)；Diffusion weighted imaging (DWI)；Magnetic resonance imaging；Abdomen

10.3969/j.issn.1005-3697.2017.03.042

四川省教育廳基金項目(16ZA0228)

2016-11-18

劉翠蘭(1984-)，女，碩士研究生。E-mail：543798805@qq.com

黃小華，E-mail：15082797553@163.com

時間：2017-6-21 18∶11 網絡出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/51.1254.R.20170621.1811.084.html

1005-3697(2017)03-0466-05

R445.2

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