前列腺IVIM-DWI參數(shù)的一致性分析

曹夢姣

（無錫市人民醫(yī)院影像科 江蘇 無錫 214000）

磁共振成像是前列腺疾病的臨床影像診斷方法之一，由于常規(guī)前列腺MRI僅依據(jù)形態(tài)和信號改變進行診斷，其對前列腺疾病的診斷敏感性和特異性受到了影響，存在諸多局限。目前多參數(shù)MRI（multi-parametric MRI, Mp-MRI）已成為臨床最佳的前列腺疾病影像檢查技術(shù)。在用于前列腺疾病診斷的功能磁共振成像技術(shù)中擴散加權(quán)成像（diffusion-weighted imaging，DWI）因其具有無創(chuàng)性檢查的特點而越來越受到重視。

DWI原理是基于組織內(nèi)水分子的運動規(guī)律符合高斯分布，但在既往的研究中發(fā)現(xiàn)，由于組織內(nèi)水分子運動受到組織和細胞內(nèi)各種間隔（如細胞膜）及灌注等因素的影響，水分子的熱運動不再遵從高斯分布，因此，基于水分子運動符合高斯分布的常規(guī)DWI并不能真實反映組織內(nèi)水分子的擴散狀態(tài)[2]。

體素內(nèi)不相干運動（intravoxel incoherent motion，IVIM）成像是一種采用多個b值的DWI序列，由Le Bihan D等[3]于20世紀80年代首次提出，其采用雙指數(shù)模型計算相關(guān)參數(shù)，能夠?qū)铙w組織內(nèi)水分子擴散和微血管灌注同時進行定量分析，主要參數(shù)包括擴散系數(shù)D值、灌注分數(shù)f值和偽擴散系數(shù)D*值。近年來IVIMDWI技術(shù)逐漸應用于體部MRI研究，其定量參數(shù)的準確性和可重復性成為是臨床關(guān)注的重點，文獻研究結(jié)果顯示掃描序列、b值、ROI選擇、呼吸動度、參數(shù)分析模型等因素均可對IVIM各參數(shù)測值的可重復性產(chǎn)生一定影響[4-8]。

本部分研究由同一研究者分別采用3.0T（Ingenia，Philips）和3.0T（TX，Philips）MR成像系統(tǒng)在不同時間對同一批健康男性志愿者行前列腺IVIM-DWI序列掃描，旨在檢驗不同時間、不同設(shè)備和、重復測量對IVIM定量參數(shù)值一致性的影響。

1 資料與方法

1.1 研究對象

2015年12月在我院招募健康成年男性志愿者15例，進行前列腺IVIM-DWI定量參數(shù)測值的一致性研究，年齡23～30歲，平均年齡（24.93±2.22）歲。本研究獲得本院倫理委員會批準并在其監(jiān)督下進行，所有研究對象均已簽署知情同意書。

1.2 檢查方案

所有志愿者于2015年12月22日采用3.0T（Ingenia，Philips）MR行前列腺IVIM檢查并測量其參數(shù)（命名為方案1），在間隔16天后由同一操作者分別采用3.0T（Ingenia，Philips）（與前次檢查為同一設(shè)備）和3.0T（TX，Philips）MR重復上述IVIM檢查并測量參數(shù)（分別命名為方案2和方案3），掃描參數(shù)相同。在3.0T（Ingenia，Philips）MR第一次IVIM掃描所獲前列腺圖像上重復測量參數(shù)（命名為方案4）。上述IVIM檢查及IVIM參數(shù)測量均由同一研究者完成。

1.3 掃描方法

研究設(shè)備：3.0T（Ingenia，Philips）MR成像系統(tǒng)；3.0T（TX，Philips）MR成像系統(tǒng)。射頻發(fā)射線圈：體線圈；接收線圈：32通道腹部相控陣線圈IVIM-DWI掃描參數(shù)：TR=6000ms，TE=77ms，F(xiàn)OV=260×260mm。b值組合：0,10,100,200,1000。

1.4 圖像處理和數(shù)據(jù)采集

將按照上述檢查方案進行的前列腺IVIM掃描原始圖像傳至工作站，由1名研究者獨立導入后處理軟件Firevoxel。ROI設(shè)置方法：選擇前列腺最大面積層面，分別在前列腺中央腺體和外周帶區(qū)域設(shè)置ROI，每例所設(shè)ROI在中央腺體和外周帶的位置及其大小盡量保持一致，ROI大小為50～60mm2。應用雙指數(shù)模型，分別測量IVIM參數(shù)，包括：擴散系數(shù)D、灌注分數(shù)f和偽擴散系數(shù)D*。

1.5 統(tǒng)計學方法

采用Medcalc V16.2.1軟件和SPSS22.0軟件進行統(tǒng)計處理。同一研究者按照上述檢查方案和ROI設(shè)置方法對所獲前列腺IVIM-DWI掃描圖像進行IVIM參數(shù)（D值、f值和D*值）測量，所獲測值如均符合正態(tài)性分布，則以±s形式表示。對同一研究者采用同一設(shè)備在不同時間，同一研究者在同一天采用不同設(shè)備進行的IVIM圖像上測量，以及同一研究者采用同一設(shè)備在同一次IVIM圖像上重復測量，對上述測量所測得的IVIM參數(shù)采用配對樣本t檢驗進行分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。計算組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC），其值介于0～1之間，0表示不可信，1表示完全可信，一般認為＜0.4表示相關(guān)性低，＞0.75表示信度好，相關(guān)性高。采用Bland-Altman法對同一研究者采用同一設(shè)備在不同時間、同一研究者在同一天采用不同設(shè)備，以及同一研究者采用同一設(shè)備在同一次IVIM圖像上重復測量所得IVIM參數(shù)進行一致性分析。

2 結(jié)果

2.1 IVIM參數(shù)測量結(jié)果

在15位成年男性健康志愿者前列腺IVIM圖像上進行IVIM參數(shù)測量，測得的結(jié)果詳見表1。結(jié)果顯示同一研究者在不同時間、不同設(shè)備所作前列腺IVIM圖像上測得的和重復測量測得的D值、f值及D*值間的差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。

2.2 IVIM參數(shù)測值的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC）

同一研究者在不同時間、不同設(shè)備所作前列腺IVIM圖像上測量及重復測量所測得的D值、f值及D*值的ICC值詳見表2。結(jié)果顯示，D值的ICC值較D*值和f值高，表明采用上述4個方案進行前列腺IVIM掃描，在各圖像上測量的D值間的相關(guān)性較好。

表1 15名志愿者不同方案測得的IVIM-DWI參數(shù)結(jié)果（±s）

表1 15名志愿者不同方案測得的IVIM-DWI參數(shù)結(jié)果（±s）

注：D值：擴散系數(shù)；f值：灌注分數(shù)；D*值：偽擴散系數(shù)。同一研究者采用不同方案測得的f值、D*值和D值間的差異均無統(tǒng)計學意義（t=-1.262～2.058，P＞0.05）。

中央腺體 1.35 ±0.22 33.33±7.28 14.28±4.05 1.34±0.16 31.67±5.3414.21±3.53 1.42±0.19 33.81±5.77 33.81±5.77 1.31±0.11 34.64±7.70 13.98±4.01外周帶 1.32±0.14 34.15±7.34 13.09±3.20 1.35±0.09 34.05±8.3612.94±4.41 1.31±0.28 32.83±10.34 12.43±3.80 1.32±0.16 33.20±5.41 13.46±2.67

表2 同一研究者在不同時間、不同設(shè)備、和重復測量所測得IVIM各參數(shù)的ICC值

2.3 同一研究者用同一設(shè)備在不同時間測量IVIM參數(shù)值間的一致性

同一研究者采用同一3.0T（Ingenia，Philips）MR成像設(shè)備，在不同時間進行前列腺IVIM-DWI掃描，兩次測得的IVIM參數(shù)差值見表3。用兩次測得的IVIM參數(shù)差值繪制Bland-Altman散點圖。

表3 同一研究者采用同一設(shè)備在不同時間測得的IVIM參數(shù)差值

Bland-Altman散點圖顯示中央腺體和外周帶的D值分布相對更集中，且沒有差值超出95%一致性界限的范圍，提示同一研究者采用同一設(shè)備在不同時間測出的D值間的一致性較好。

Bland-Altman散點圖顯示外周帶D*值和中央腺體f值分布集中，沒有差值超出95%一致性界限的范圍，分布較集中，提示同一研究者采用同一設(shè)備在不同時間測出的外周帶D*值和中央腺體f值間的一致性較好。中央腺體D*值和外周帶f值均有6.67%（1/15）的點在95%一致性界限以外，提示可能受到某次測量數(shù)據(jù)的干擾，影響了總體測量一致性的評價效果。

2.4 同一研究者在同一天采用不同MRI設(shè)備測得IVIM參數(shù)值間一致性

同一研究者在同一天分別于3.0T（Ingenia，Philips）和3.0T（TX，Philips）兩臺MRI設(shè)備分別測得的IVIM參數(shù)值見表4（方案2和方案3）。

表4 同一研究者同一天采用不同設(shè)備測得的IVIM參數(shù)值間的差值

Bland-Altman散點圖顯示中央腺體和外周帶的D值分布相對更集中，且沒有差值超出95%一致性界限的范圍，提示在不同設(shè)備測得的D值間的一致性較好。

Bland-Altman散點圖顯示中央腺體和外周帶的D*值以及外周帶f值，沒有差值超出95%一致性界限的范圍，分布較集中，提示同一研究者采用不同MRI設(shè)備測出的中央腺體和外周帶的D*值以及外周帶f值間的一致性較好。中央腺體f值有6.67%（1/15）的點在95%一致性界限以外，提示可能受到某次測量數(shù)據(jù)的干擾。

2.5 同一研究者采用同一設(shè)備在同一次IVIM掃描圖像上重復測量所得IVIM參數(shù)值間的一致性

同一研究者采用同一設(shè)備在同一次IVIM-DWI掃描圖像上重復測量獲得的IVIM參數(shù)差值見表5（方案1和方案4）。

表5 同一研究者采用同一設(shè)備在同一次IVIM圖像上重復測量所得的IVIM參數(shù)差值

Bland-Altman散點圖顯示中央腺體和外周帶的D值分布相對更集中，且沒有差值超出95%一致性界限的范圍，提示在D值測量一致性較好。中央腺體和外周帶的D*值和f值均有6.67%（1/15）的點在95%一致性界限以外，提示D*值及f值的測量一致性值得商榷。

3 討論

3.1 IVIM多b值構(gòu)成的基本原理

常規(guī)DWI是反應活體組織細胞內(nèi)外水分子擴散能力（即布朗運動）的檢查方法，其理論前提是生物體內(nèi)水分子擴散呈正態(tài)分布，通過采用梯度磁場自旋回波技術(shù)成像，間接反映活體組織內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)的變化及特點。但在研究中發(fā)現(xiàn)，由于組織內(nèi)水分子運動受到組織和細胞內(nèi)各種間隔（如細胞膜）及灌注等因素的影響，水分子的熱運動不再遵從高斯分布。為了準確描述水分子在組織內(nèi)的擴散運動，需要采用基于非高斯分布的數(shù)學模型擬合DWI的信號數(shù)據(jù)。

由此，Le Bihan[3]等提出了雙指數(shù)模型來描述組織內(nèi)的真實水分子擴散運動，研究結(jié)果認為水分子擴散信號的衰減呈雙指數(shù)衰減，因此運用雙指數(shù)模型可以反映兩種不同的水分子擴散現(xiàn)象，即單純的水分子擴散和灌注相關(guān)的擴散。單純的水分子擴散需要較高b值，因為高b值時信號衰減主要與擴散有關(guān)；而灌注相關(guān)的擴散則需要較低b值，因為低b值時信號衰減主要與灌注因素相關(guān)。因此IVIM成像需要同時包含高低兩部分的多個b值，在多b值成像后，進行數(shù)據(jù)擬合再得到IVIM各參數(shù)值。

3.2 前列腺IVIM成像中不同時間、不同設(shè)備和重復測量對所測量參數(shù)值的一致性影響

由于IVIM-DWI成像需要采用多個b值。Koh等[9]在研究中發(fā)現(xiàn)低b值時容易出現(xiàn)測量誤差，而且低b值時測得的參數(shù)值對信噪比的變化較為敏感，導致ADC值測量的可重復性較差。另外，Koh等[10]在IVIM-DWI研究中發(fā)現(xiàn)腹部IVIM的灌注相關(guān)參數(shù)值間有很大的標準差。

本部分研究結(jié)果顯示同一研究者在不同時間，采用不同設(shè)備所作前列腺IVIM圖像上測得的，和重復測量測得的D值和f值，以及D*值間的差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），其中，D值間（ICC＞0.75）的相關(guān)性最好。提示各參數(shù)值間的一致性均較好，其中D值較D*值和f值的一致性好，這與以往的研究結(jié)果是一致的[11，12]，Hadrien Dyvorne等[13]在肝臟IVIM-DWI研究中發(fā)現(xiàn)D值的可重復性最好（重復誤差率＜15%），f值的可重復性一般（重復誤差率＜35%），D*值的可重復性最差（重復誤差率＞40%）。Patel等[14]也同樣認為D值的可重復性最好。Andreou等[15]的研究結(jié)果顯示D值的可信區(qū)間為-5.12%～8.09%，f值的可信區(qū)間為-24.3%～25.1%，D*值的可信區(qū)間為-31.2%～9.1%。由此可見，D值的相關(guān)性好，提示在不同時間，采用不同設(shè)備所作前列腺IVIM掃描測得D值的一致性好，D值可作為前列腺疾病的評價指標。

Lemke等[16]的研究發(fā)現(xiàn)f值對TE的依賴性強，而IVIM理論忽略了TE對f值的影響，因此f值通常被高估，一致性不佳。與本部分研究結(jié)果不符。

文獻報告D*值的可重復性差，究其原因，可能是由于擬合誤差所致，在IVIM-DWI相關(guān)研究報告中，通常D*值在各參數(shù)間的不確定性最大[17，18]。

由此表明，在3.0T MR設(shè)備前列腺IVIM檢查時不同時間、不同設(shè)備及重復測量所測得的前列腺IVIM定量參數(shù)值間的一致性均較好，IVIM定量參數(shù)，特別是代表單純水分子擴散的D值的一致性最好，可作為前列腺多中心研究的評價指標。

3.3 本研究的不足和展望

本研究的不足之處：（1）樣本量較小，可能會產(chǎn)生偏倚；（2）所有樣本均來自年輕志愿者，可能存在抽樣誤差；（3）所有志愿者均為正常人，在前列腺疾病狀態(tài)下，結(jié)果可能不完全一致，還需要進一步研究；（4）所有數(shù)據(jù)均用同一后處理軟件進行分析，并未進行不同后處理分析軟件之間的對比研究。

綜上所述，IVIM-DWI作為常規(guī)DWI成像的補充，具有臨床應用前景。IVIM各參數(shù)的測量值間較好的一致性使雙指數(shù)模型用于前列腺疾病診斷及研究具有一定的可行性，與其他非高斯擴散模型相比，其優(yōu)勢仍有待于進一步研究與探討。