體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)技術(shù)在肝臟疾病中的應(yīng)用進(jìn)展

趙江濤綜述，孟令平審校(1.泰山醫(yī)學(xué)院研究生部，山東 泰安 271016；2.上海市第六人民醫(yī)院金山分院放射科，上海 201599)

體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)技術(shù)在肝臟疾病中的應(yīng)用進(jìn)展

趙江濤1,2綜述，孟令平2*審校
(1.泰山醫(yī)學(xué)院研究生部，山東 泰安 271016；2.上海市第六人民醫(yī)院金山分院放射科，上海 201599)

體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)(IVIM)擴(kuò)散加權(quán)成像(IVIM-DWI)是在傳統(tǒng)DWI基礎(chǔ)上，分離、提取水分子的真性擴(kuò)散和微循環(huán)灌注形成的假性擴(kuò)散，采用多b值、雙指數(shù)數(shù)學(xué)模型而獲取的DWI影像，其可反映體素內(nèi)信號(hào)衰減與b值的關(guān)系。IVIM-DWI目前已廣泛應(yīng)用于肝臟疾病的研究。本文就該技術(shù)在肝臟MR成像中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述。

體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)；磁共振成像；肝

體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散加權(quán)成像(intravoxel incoherent motion DWI， IVIM-DWI)與傳統(tǒng)的單指數(shù)模型DWI不同，應(yīng)用雙指數(shù)模型，通過(guò)選擇多個(gè)b值，分離、提取水分子的真性擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和微循環(huán)灌注形成的假性擴(kuò)散，進(jìn)行定量測(cè)定，同時(shí)獲得組織擴(kuò)散和灌注信息，可更全面地評(píng)估水分子的運(yùn)動(dòng)水平，彌補(bǔ)中微循環(huán)對(duì)單指數(shù)模型DWI ADC值產(chǎn)生影響的不足。Yamada等[1]于1999年首先將IVIM-DWI技術(shù)應(yīng)用于肝臟MRI研究。近年來(lái)相關(guān)研究逐漸增多。本文就目前IVIM在肝臟病變中的應(yīng)用進(jìn)展做一綜述。

1 IVIM技術(shù)

IVIM成像技術(shù)理論基于雙指數(shù)模型，假設(shè)組織信號(hào)強(qiáng)度的衰減和b值的關(guān)系可用以下公式描述：Sb/S0=fexp(-bD*)+(1-f)exp(-bD)，其中D值(mm2/s)為擴(kuò)散系數(shù)，描述體素內(nèi)純水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，D*值(mm2/s)為假擴(kuò)散系數(shù)，描述血流灌注相關(guān)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，f值為灌注分?jǐn)?shù)，反映單位體素內(nèi)血流成分所占體積的比例，用于組織內(nèi)血容量的測(cè)定，S0及Sb分別為b=0及b取其他值(如10、20、30 s/mm2等)時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度。目前，IVIM成像選取b值的數(shù)目及大小尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。理論上，b值的數(shù)目越多，數(shù)據(jù)擬合結(jié)果越準(zhǔn)確，得到的參數(shù)圖像質(zhì)量也越好；但同時(shí)也延長(zhǎng)了數(shù)據(jù)采集時(shí)間，因此選擇過(guò)多b值并不適于臨床應(yīng)用。

2 IVIM-DWI在肝臟彌漫性病變中的應(yīng)用

肝穿刺活檢病理檢查是肝纖維化診斷及分級(jí)的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但其為有創(chuàng)檢查，難以被患者接受，不適用于重復(fù)檢查及隨訪。隨著IVIM技術(shù)的興起，其是否對(duì)肝纖維化具有診斷價(jià)值成為研究熱點(diǎn)。Lu等[2]對(duì)51例患者進(jìn)行肝臟IVIM-DWI檢查發(fā)現(xiàn)，與正常對(duì)照組相比，肝纖維化組ADC、D*、D、f值均明顯減低，且均隨纖維化程度的加重而降低；與Hayashi等[3]及Chow等[4]的研究結(jié)果一致。但Lu等[2]認(rèn)為只有f、D*值與肝纖維化程度之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Chung等[5]認(rèn)為ADC、f、D*值與肝纖維化分級(jí)之間的負(fù)相關(guān)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，與Hu等[6]的小鼠肝纖維化模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。Wu等[7]認(rèn)為只有F4級(jí)的D*值明顯減低并有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Yoon等[8]研究報(bào)道，D*值在不同程度肝纖維化(F0～F4級(jí))間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；D值只在 F0～F1與F4級(jí)間、 F2～F3與F4級(jí)間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)；中晚期肝纖維化(F2～F4級(jí))患者的f、ADC值較正常對(duì)照或早期肝纖維化(F0～1級(jí))患者的f和ADC值明顯減低。不同研究IVIM指標(biāo)及其對(duì)肝纖維化、肝硬化的診斷效能見(jiàn)表1。

多項(xiàng)研究[2，5-6,9-10]報(bào)道，D*、f值更適合作為診斷肝纖維化的監(jiān)測(cè)參數(shù)，且D*值更加敏感，有利于發(fā)現(xiàn)早期肝纖維化。ADC值對(duì)肝纖維化早期的診斷能力有限，進(jìn)展期(F3～F4)肝纖維化ADC值則明顯減低，主要原因?yàn)樵缙诟卫w維化的血流灌注減少而非血管外的彌散減低。但這一觀點(diǎn)尚存在爭(zhēng)議，有學(xué)者[11-13]認(rèn)為肝纖維化細(xì)胞外大量纖維組織導(dǎo)致水分子彌散受限，合并肝細(xì)胞腫脹、炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)等也會(huì)導(dǎo)致ADC值下降。也有學(xué)者[10,14-15]認(rèn)為ADC值的下降是纖維組織增生引起微循環(huán)改變所致。此外，肝臟中脂肪變和鐵含量的改變也可影響ADC值。ADC值是否可作為肝纖維化的監(jiān)測(cè)參數(shù)還有待今后進(jìn)一步研究。

表1 不同研究IVIM指標(biāo)及診斷肝纖維化、肝硬化的效能

表2 不同研究IVIM指標(biāo)及其診斷肝局灶性病變的效能

注：FNH：肝臟局灶性結(jié)節(jié)樣增生；HCC：肝細(xì)胞癌

3 IVIM在肝臟局灶性病變中的應(yīng)用

傳統(tǒng)DWI對(duì)ADC值的測(cè)量過(guò)度依賴于b值的選擇，病灶檢出率較低，難以檢出直徑<1 cm的腫瘤[16]。隨著IVIM技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，學(xué)者們開(kāi)始嘗試將基于雙指數(shù)模型、多個(gè)b值的IVIM-DWI應(yīng)用于肝臟局灶性病變的檢查。Klauss等[17]對(duì)72例患者應(yīng)用1.5T MRI掃描儀進(jìn)行IVIM成像，結(jié)果顯示肝臟局灶性結(jié)節(jié)樣增生(focal nodular hyperplasia， FNH)的ADC、D值明顯高于肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma， HCC),且D值對(duì)于HCC與FNH的微結(jié)構(gòu)改變更為敏感，而兩者間f、D*值差異則無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。分析主要原因?yàn)镠CC在發(fā)生肝細(xì)胞癌變時(shí)顯微結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致細(xì)胞外空間縮小，細(xì)胞增多、細(xì)胞核增大并深染、大分子蛋白蓄積、微結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，導(dǎo)致ADC、D值減少；而FNH組織雖然也富含血供，但只是細(xì)胞數(shù)目增多和纖維成分的改變，無(wú)核質(zhì)比的改變，因此其ADC、D值較周圍正常肝實(shí)質(zhì)低、較HCC高。這與Watanabe等[18]及Yoon等[19]的研究結(jié)果一致。Ichikawa等[20]對(duì)肝臟局灶性病變進(jìn)行了相關(guān)研究，包括45例HCC，3例肝轉(zhuǎn)移瘤、5例肝血管瘤、6例肝膽管肝癌、20例肝囊腫、2例炎性假瘤、2例肝膿腫、1例肝臟FNH，結(jié)果發(fā)現(xiàn)惡性病變的D、D*值明顯低于良性病變，且D值鑒別良惡性病變的效能高于D*值，f值在良惡性病變間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。造成這種差異的主要原因可能與病種、樣本量不同、掃描所取b值的數(shù)目和大小不同及同類型肝臟腫瘤個(gè)體間血供狀況不同有關(guān)。Sungmin Woo等[21]對(duì)42例HCC患者進(jìn)行IVIM成像，發(fā)現(xiàn)D、ADC值均與HCC組織病理學(xué)分級(jí)呈明顯負(fù)相關(guān)，即分級(jí)越高，D、ADC值越低，且D值對(duì)高級(jí)別與低級(jí)別HCC的鑒別診斷效能優(yōu)于ADC值 (P=0.026)。分析原因主要為組織學(xué)分級(jí)越高，肝癌分化越差，隨著細(xì)胞密度、核質(zhì)比增加，組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)也變得復(fù)雜，同時(shí)細(xì)胞密度增加，導(dǎo)致彌散受限和微循環(huán)灌注增加，使得ADC值增高，而D值卻不受影響。李玉博等[22]研究也表明D值的診斷效能更高。此外，李玉博等[22]還發(fā)現(xiàn)D*值與組織病理學(xué)分級(jí)呈正相關(guān)。雖然D、ADC值均可用于肝局灶性良惡性病變的診斷及鑒別診斷，且有助于判斷HCC的組織病理學(xué)分級(jí)，但二者的診斷效能目前仍存在爭(zhēng)議。不同研究IVIM指標(biāo)及其在肝局灶性病變中的診斷效能見(jiàn)表2。

4 IVIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與不足

IVIM-DWI與傳統(tǒng)單指數(shù)模型DWI及對(duì)比增強(qiáng)技術(shù)相比有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：①IVIM基于雙指數(shù)模型,能夠更加準(zhǔn)確、真實(shí)地顯示水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；②選擇多個(gè)b值所獲得的ADC值更為精確,可重復(fù)性更高；③可通過(guò)不同信號(hào)強(qiáng)度反映組織的病理學(xué)特征，從而評(píng)估組織功能，有利于疾病的診斷；④IVIM指標(biāo)本身即為定量指標(biāo),可直接對(duì)其進(jìn)行對(duì)比分析。但對(duì)b值數(shù)目和大小的最佳選擇、數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性及掃描方式、模型擬合數(shù)學(xué)方法等方面仍需進(jìn)一步深入研究。

[1] Yamada I, Aung W, Himeno Y, et al. Diffusion coefficients in abdominal organs and hepatic lesions: Evaluation with intravoxel incoherent motion echo-planar MR imaging. Radiology, 1999,210(3):617-623.

[2] Lu P, Huang H, Yuan J, et al. Decreases in molecular diffusion, perfusion fraction and perfusion-related diffusion in fibrotic livers: A prospective clinical intravoxel incoherent motion MR imaging study. PLoS ONE, 2014,9(12):e113846.

[3] Hayashi T, Miyati T, Takahashi J, et al. Diffusion analysis with triexponential function in liver cirrhosis.J Magn Reson Imaging, 2013,38(1):148-153.

[4] Chow AM, Gao DS, Fan SJ, et al. Liver fibrosis: An intravoxel incoherent motion (IVIM) study. J Magn Reson Imaging, 2012,36(1):159-167.

[5] Chung SR, Lee SS, Kim N, et al. Intravoxel incoherent motion MRI for liver fibrosis assessment： A pilot study. Acta Radiologica, 2015,56(12):1428-1436.

[6] Hu G, Chan Q, Quan X, et al. Intravoxel incoherent motion MRI evaluation for the staging of liver fibrosis in a rat model. J Magn Reson Imaging, 2014,42(2):331-339.

[7] Wu C, Ho M, Jeng Y, et al. Assessing hepatic fibrosis: Comparing the intravoxel incoherent motion in MRI with acoustic radiation force impulse imaging in US. European Radiology, 2015,25(12):3552-3559.

[8] Yoon J H, Lee J M, Baek J H, et al. Evaluation of hepatic fibrosis using intravoxel incoherent motion in diffusion-weighted liver MRI. J Magn Reson Imaging, 2014,39(2):276-285.

[9] 曾政,陸普選,黃華.磁共振體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像診斷肝纖維化的初步研究. 放射學(xué)實(shí)踐, 2015,30(7):775-778.

[10] Luciani A, Vignaud A, Cavet M, et al. Liver cirrhosis: Intravoxel incoherent motion MR imaging—Pilot study. Radiology, 2008,249(3):891-899.

[11] Lewin M, Poujol-Robert A, Bo?lle P, et al. Diffusion-weighted magnetic resonance imaging for the assessment of fibrosis in chronic hepatitis C. Hepatology, 2007,46(3):658-665.

[12] Koinuma M, Ohashi I, Hanafusa K, et al. Apparent diffusion coefficient measurements with diffusion-weighted magnetic resonance imaging for evaluation of hepatic fibrosis. J Magn Reson Imaging, 2005,22(1):80-85.

[13] Sandrasegaran K, Akisik F M, Lin C, et al. Value of diffusion-weighted MRI for assessing liver fibrosis and cirrhosis. AJR Am J Roentgenol, 2009,193(6):1556-1560.

[14] Annet L, Peeters F, Abarca-Quinones J, et al. Assessment of diffusion-weighted MR imaging in liver fibrosis. J Magn Reson Imaging, 2007,25(1):122-128.

[15] Girometti R, Furlan A, Esposito G, et al. Relevance of b-values in evaluating liver fibrosis: A study in healthy and cirrhotic subjects using two single-shot spin-echo echo-planar diffusion-weighted sequences. J Magn Reson Imaging, 2008,28(2):411-419.

[16] 史卓,趙心明,楊成歡.肝臟磁共振彌散加權(quán)成像技術(shù)的進(jìn)展. 中國(guó)腫瘤臨床與康復(fù),2015,22(7):889-891.

[17] Klauss M, Mayer P, Maier-Hein K, et al. IVIM-diffusion-MRI for the differentiation of solid benign and malign hypervascular liver lesions—Evaluation with two different MR scanners. European Journal of Radiology, 2016,85(7):1289-1294.

[18] Watanabe H, Kanematsu M, Goshima S, et al. Characterizing focal hepatic lesions by free-breathing intravoxel incoherent motion MRI at 3.0 T. Acta Radiologica, 2014,55(10):1166-1173.

[19] Yoon JH, Lee JM, Yu MH, et al. Evaluation of hepatic focal lesions using diffusion-weighted MR imaging: Comparison of apparent diffusion coefficient and intravoxel incoherent motion-derived parameters. J Magn Reson Imaging, 2014,39(2):276-285.

[20] Ichikawa S, Motosugi U, Ichikawa T, et al. Intravoxel incoherent motion imaging of focal hepatic lesions. J Magn Reson Imaging, 2012,37(6):1371-1376.

[21] Sungmin Woo M, Jeong Min Lee M, Jeong Hee Yoon M, et al. Intravoxel incoherent motion diffusion-weighted MR imaging of hepatocellular carcinoma: Correlation with enhancement degree and histologic grade. Radiology, 2014,270(3):758-767.

[22] 李玉博,高雪梅,程敬亮,等.基于體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散加權(quán)成像在肝細(xì)胞癌術(shù)前分級(jí)中的應(yīng)用分析.臨床放射學(xué)雜志,2015(3):389-393.

Application progresses of intravoxel incoherent motion technique in liver diseases

ZHAOJiangtao1,2,MENGLingping2*
(1.DepartmentofPostgraduate,TaishanMedicalUniversity,Tai'an271016,China; 2.DepartmentofRadiology,JinshanBranchofShanghaiSixthPeople'sHospital,Shanghai201599,China)

Intravoxel incoherent motion (IVIM) is an new technique based on traditional DWI, which can truly separate and extract water molecules diffusion and microcirculation perfusion pseudo-diffusion, and choose multi-b-value and bi-exponential model to obtain DWI. It can reflect the relationship between signal attenuation within the voxel and b values. Nowadays, IVIM-DWI has been widely used in the studies of liver diseases. In this article, the recent progresses of MR-IVIM in liver imaging were reviewed.

Intravoxel incoherent motion； Magnetic resonance imaging； Liver

上海市衛(wèi)生計(jì)生委面上項(xiàng)目(201540242)。

趙江濤(1991—)，女，山西柳林人，在讀碩士。研究方向：腹部放射學(xué)。E-mail: zhaojiangtao0626@163.com

孟令平，上海市第六人民醫(yī)院金山分院放射科，201599。

E-mail: menglingping2004@163.com

2017-01-10

2017-02-24

10.13929/j.1003-3289.201701056

R575; R445.2

A

1003-3289(2017)07-1100-04