直腸癌體素內(nèi)不相干運動MRI參數(shù)的一致性和可重復性

盧寶蘭，肖曉娟，楊心悅，陳 琰，文自強，余深平*

(1.中山大學附屬第一醫(yī)院放射科，廣東 廣州 510080；2.北京大學深圳醫(yī)院醫(yī)學影像科，廣東 深圳 518036)

DOI：10.13929/j.1003-3289.201710075

直腸位于盆腔后部，位置相對固定，受腸蠕動偽影影響較小，使MRI診斷直腸病變更具優(yōu)勢。MRI檢查直腸癌已從常規(guī)高分辨率成像逐漸發(fā)展到多模態(tài)功能成像[1]。作為一種無創(chuàng)功能成像方法，體素內(nèi)不相干運動(intravoxel incoherent motion, IVIM)成像無需使用對比劑即可區(qū)分組織內(nèi)水分子單純擴散與微循環(huán)灌注引起的相關(guān)擴散效應(yīng)[2]。b值、擬合算法、ROI的選擇、TE值、SNR、受試者呼吸和心臟搏動等多種因素均可影響IVIM參數(shù)的測量結(jié)果，IVIM參數(shù)測量的準確性、一致性及可重復性仍存在爭議，是臨床應(yīng)用和研究關(guān)注的重點[3-5]。本研究探討不同b值組合擬合圖像中測量直腸癌IVIM參數(shù)的一致性和可重復性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2015年1月—2016年12月我院經(jīng)病理證實的128例直腸腺癌患者，術(shù)前均接受直腸高分辨MR和IVIM序列掃描；其中男77例，女51例，年齡32～83歲，中位年齡60歲；術(shù)前均未接受放、化療等任何輔助治療。所有患者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Magnetom Verio 3.0T超導型MR成像儀，8通道體部相控陣線圈。檢查前根據(jù)病變位置經(jīng)肛門灌入適量(30～120 ml)超聲耦合劑以充盈腸腔，并于開始檢查前5～10 min肌內(nèi)注射20 mg鹽酸山莨菪堿以減少胃腸蠕動。MR掃描方案：①常規(guī)軸位T2W，TR 3 000 ms，TE 87 ms，F(xiàn)OV 260 mm×260 mm，層厚5 mm，體素大小0.8 mm×0.7 mm×5.0 mm，采集次數(shù)2，掃描時間2 min 56 s；②軸位、矢狀位、冠狀位高分辨T2WI，TR 3 000～4 000 ms，TE 77～87 ms，F(xiàn)OV 180 mm×180 mm，層厚3 mm，體素大小0.7 mm×0.6 mm×3.0 mm，采集次數(shù)2；③軸位T1W，TR 644 ms，TE 12 ms，F(xiàn)OV 180 mm×180 mm，層厚3 mm，體素大小0.6 mm×0.6 mm×3.0 mm，采集次數(shù)2，掃描時間3 min 17 s；④單次激發(fā)自旋回波平面序列IVIM，擴散敏感梯度因子b值共設(shè)定16個(0、5、10、20、30、40、60、80、100、150、200、400、600、1 000、1 500和2 000 s/mm2)，TR 3 800 ms，TE 74.4 ms，F(xiàn)OV 300 mm×245 mm，層厚6 mm，體素大小2.7 mm×2.7 mm×6.0 mm，采集次數(shù)2，掃描時間6 min 1 s。

1.3 圖像分析 采用Diffusion Toolbox軟件(Siemens公司)自動生成IVIM參數(shù)圖，并擬合計算IVIM參數(shù)。選擇兩種b值組合(A組：0、5、10、20、30、40、60、80、100、150、200、400、600和1 000 s/mm2；B組：0、5、10、20、30、40、60、80、100、150、200、400、600、1 000、1 500和2 000 s/mm2)，擬合計算出兩組IVIM參數(shù)，包括單純擴散系數(shù)(true diffusion coefficient, D)、假性擴散系數(shù)(pseudo-diffusion coefficient, D*)和灌注分數(shù)(perfusion fraction, f)。由1名具有3年工作經(jīng)驗的放射科醫(yī)師，于兩組擬合圖像中，結(jié)合常規(guī)軸位T2WI，選擇腫瘤實質(zhì)區(qū)最大層面及上下相鄰層面，沿腫瘤輪廓手動勾畫ROI，盡量避開壞死、囊變及腸腔內(nèi)容物(圖1)，取3個ROI的平均值作為腫瘤的各參數(shù)值。之后隨機抽取40例，選擇A組擬合圖像，由同一觀察者以上述方法重復測量腫瘤區(qū)域的D、D*和f值，2次測量時間間隔3個月。

1.4 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 20.0和MedCalc Statistical Software 15.8統(tǒng)計分析軟件。計量資料以±s表示。以配對t檢驗或Wilcoxon檢驗比較2組及同一觀察者2次測量IVIM參數(shù)的差異，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intra-class correlation coefficient, ICC)評價3名觀察者測量參數(shù)的一致性或可重復性，ICC>0.75為一致性或可重復性良好，0.50～0.75為一致性或可重復性一般，<0.50為一致性或可重復性差。繪制Bland-Altman圖分析測量參數(shù)的差異水平。

2 結(jié)果

2.1 一致性結(jié)果 2組D、D*、f值的差異均有統(tǒng)計學意義(P均<0.001，表1)。兩組圖像所測量D、D*、f值的ICC及95%置信區(qū)間分別為0.968(0.955，0.977)、0.780(0.688，0.845)和0.957(0.934，0.970)；Bland-Altman圖顯示差異百分比的±1.96標準差分別為(10.8%，22.4%)、(14.8%，61.9%)、(-45.3%，-10.2%)，見圖2。

表1 兩種b值組合圖像間直腸癌各IVIM參數(shù)的比較(±s，n=128)

組別D(×10-3mm2/s)D*(×10-3mm2/s)f值A(chǔ)組0.89±0.0914.77±3.670.13±0.03B組0.76±0.079.87±1.700.18±0.03t/Z值9.8159.815-9.605P值<0.001<0.001<0.001

表2 同一觀察者重復測量直腸癌各IVIM參數(shù)的比較(±s，n=40)

表2 同一觀察者重復測量直腸癌各IVIM參數(shù)的比較(±s，n=40)

測量時間D(×10-3mm2/s)D*(×10-3mm2/s)f值第1次0.89±0.1017.38±6.200.13±0.02第2次0.90±0.0715.28±4.150.13±0.02t/Z值-1.0003.2530.780P值0.3240.0010.436

圖1 IVIM參數(shù)圖及ROI選擇示意圖 A.軸位T2WI顯示腫瘤實質(zhì)區(qū)最大層面； B～D.分別為同層面D、D*和f參數(shù)圖

2.2 可重復性結(jié)果 同一觀察者2次測量D*值差異有統(tǒng)計學意義(P=0.001)，D和f值差異均無統(tǒng)計學意義(P=0.324、0.436)，見表2。重復測量所得D、D*、f值的ICC及95%置信區(qū)間分別為0.826(0.670，0.908)、0.678(0.392，0.830)和0.910(0.830，0.952)；Bland-Altman圖顯示差異百分比的±1.96標準差分別為(-15.3%，12.4%)、(-39.6%，61.2%)、(-22.6%，22.9%)，見圖3。

3 討論

DWI是臨床常用的檢測并定量評估活體組織內(nèi)水分子擴散運動的無創(chuàng)性方法，測得的組織信號隨b值呈線性(即單指數(shù)函數(shù))衰減。但在活體組織內(nèi)，MRI測得的體素內(nèi)微觀平移運動包括細胞內(nèi)、外水分子擴散運動及血液在毛細血管網(wǎng)中的灌注運動[6]，即DWI信號衰減亦受微循環(huán)血流的影響，ADC值實際反映的是擴散和灌注兩個方面的共同作用。基于此，Le Bihan等[7]提出了IVIM理論，應(yīng)用雙指數(shù)模型和多個b值，在DWI基礎(chǔ)上擬合計算，獲得水分子D和灌注相關(guān)系數(shù)(D*、f)，從而將體素內(nèi)水分子的擴散運動與微循環(huán)灌注區(qū)分開。

微循環(huán)灌注對DWI信號衰減的影響與b值大小有關(guān)。低b值(b≤200 s/mm2)時，微循環(huán)灌注對信號衰減的影響較大；而b>200 s/mm2時，微循環(huán)灌注對信號衰減的影響可忽略，主要反映細胞內(nèi)、外的水分子擴散。因此，IVIM需要進行包含高b值和低b值的多個b值掃描，以分別計算相關(guān)系數(shù)[3,8]。目前對于體部IVIM的b值設(shè)定范圍尚無統(tǒng)一標準，有研究[3]認為至少需要10個b值，為達到診斷目的和節(jié)省掃描時間的最優(yōu)平衡點；低b值設(shè)定為<100～200 s/mm2為最佳[9]。在國內(nèi)直腸癌相關(guān)IVIM研究[10-13]中，b值數(shù)目為8～16個；低b值均<200 s/mm2，但數(shù)目不一；最高b值范圍則為1 200～3 000 s/mm2。本研究共設(shè)定11個≤200 s/mm2的低b值，并采用兩種不同的b值組合(最高b值不同)計算IVIM參數(shù)，結(jié)果顯示各IVIM參數(shù)差異均有統(tǒng)計學意義，A組(最高b值為1 000 s/mm2)圖像所測量的D值大于B組(最高b值為2 000 s/mm2)。分析原因，主要在于組織水分子擴散包括細胞內(nèi)和細胞外擴散，且細胞外擴散系數(shù)大于細胞內(nèi)，高b值圖像主要反映細胞內(nèi)擴散，所以對應(yīng)的平均擴散系數(shù)較低。IVIM模型計算的是灌注和擴散的比例，因此不同b值范圍計算獲得的f值及D*值也有所差異。本研究中，兩組b值組合圖像測量的D值一致性良好(ICC=0.968)，提示D值是一個相對穩(wěn)定的參數(shù)[14]。本組D*和f值的一致性結(jié)果(ICC=0.780、0.957)與Zhu等[15]的研究結(jié)果相似，原因可能為本研究中低b值分布相同，僅高b值設(shè)定有差異，而灌注相關(guān)系數(shù)主要受低b值分布和數(shù)量的影響。本研究結(jié)果提示，隨著b值升高，微循環(huán)灌注對DWI信號衰減的影響已基本消失。

圖2 A組與B組測量各IVIM參數(shù)的Bland-Altman圖 A.D值； B.D*值； C.f值 圖3 同一觀察者重復測量各IVIM參數(shù)的Bland-Altman圖 A.D值； B.D*值； C.f值

本研究中，同一觀察者重復測量所得D*值差異有統(tǒng)計學意義，可重復性(ICC=0.678)一般，而D值和f值差異無統(tǒng)計學意義，且可重復性良好(ICC=0.826、0.910)，與既往研究[16]相似，提示基于D值獲得的趨勢性結(jié)論具有較高參考價值，可作為疾病研究的可靠評估指標。關(guān)于f值的可重復性研究[15-16]報道不一，可能與不同研究中研究對象和設(shè)定的b值不同有關(guān)。D*值測量可重復性一般，有研究[17]認為這將導致其不能準確反映組織的灌注特性，在臨床診斷及研究中的價值有限。本研究中選擇腫瘤最大層面勾畫ROI，相對于僅選取腫瘤中心部分區(qū)域而言，可全面反映病灶的整體情況，但同時更易受周圍組織所產(chǎn)生的容積效應(yīng)的影響，而D*值對可能導致不穩(wěn)定性的因素更敏感，可能是導致D*值測量可重復性較差的原因之一。此外，本研究采用3.0T高場強MR成像儀，圖像SNR較高，且在檢查前肌內(nèi)注射鹽酸山莨菪堿以減少運動偽影的影響，有助于提高測量參數(shù)的可重復性。

綜上所述，本研究兩組b值組合圖像間直腸癌IVIM參數(shù)的一致性良好，D值和f值可重復性良好，提示其具有較高的診斷價值，可為診斷直腸癌提供更多輔助信息；D*值可重復性一般，其在臨床的應(yīng)用價值有待進一步探討。

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