IVIM-DWI在肝臟局灶性病變中的應用進展

王倩倩，劉新疆

水分子擴散加權成像(diffusion-weighted imaging，DWI)能無創地檢測水分子擴散運動，通過測定表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)值可間接反映組織器官的微觀結構變化。傳統的單指數模型的ADC存在干擾，因血流灌注的影響測得ADC值大于真實擴散值，并不能真實地反映組織的水分子運動情況[1]。Le Bihan[2]1986年首次提出了基于體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion，IVIM)的DWI理論，IVIM是指磁共振DWI的發展和延伸，DWI信號的衰減受水分子自由擴散和微循環灌注的影響，IVIM的雙指數模型可精確地描述DWI信號衰減與b值的關系，不僅可提供水分子運動的定量參數，還可反映組織灌注情況，實際上是通過特殊的DWI序列在體素水平分離出“擴散”和“灌注”兩種因素，更全面地分析組織擴散成像參數，揭示疾病病理生理學變化。

1 IVIM基本原理

IVIM常用模型有雙指數模型、拉伸指數模型，而在IVIM的各種模型中，最為經典的模型為雙指數模型[3]。IVIM是用于描述體素微觀運動的成像方法，包含水分子的真性擴散和微循環灌注形成的假性擴散兩部分內容[4]，IVIM雙指數模型可分別量化分子運動和血流灌注。根據IVIM理論，其信號衰減與所用b值間的關系用雙指數函數模型：

其中，f值為灌注分數，代表體內微循環灌注占總體擴散效應的比例。D值為純擴散系數，又稱慢池擴散，代表真實水分子擴散系數，表示體素內單純的水分子擴散。D*值為假擴散系數或灌注相關擴散系數，又稱快池擴散，代表體素內微循環灌注相關的擴散運動。b為擴散敏感因子，S0和Sb分別為b=0及不施加擴散敏感梯度場時b為其他值[4]。

IVIM成像最早應用于中樞神經系統，隨著磁共振的發展，在肝臟良惡性病變中的應用也越來越多[4-5]。雖然IVIM在疾病的診斷與鑒別診斷及療效評估中體現重要價值，但仍需進行多中心、大樣本的臨床研究，優化掃描方式、參數設置，盡快形成共識[6]。

2 IVIM在肝臟局灶性占位性病變中的診斷價值

2.1 肝臟局灶性良性病變

Jerjir等[7]采用IVIM和肝臟動態增強掃描(dynamic contrast-enhanced，DCE)來鑒別肝細胞腺瘤和肝臟局灶性結節增生(focal nodular hyperplasia，FNH)，研究包括21例患者，其中8例肝細胞腺瘤和13例肝臟局灶性結節增生，分別進行上述兩種方式的掃描，其中IVIM采用4個b值(0、10、150、800 s/mm2)。結果顯示，Ktrans和D在肝細胞腺瘤中明顯低于肝臟局灶性結節增生。然而，Ve、ADC和時間-強度曲線(time-intensity curve，TICs)在肝細胞腺瘤和肝臟局灶性結節增生中沒有顯著的區別。

Luo等[8]對22例肝癌和5例FNH進行IVIM掃描，得出與FNH組相比肝癌組的ADC值、D值和D*值均顯著較低，f值在肝癌和FNH中比較差異無統計學意義。受試者工作特征曲線(receiver operating characteristic curve，ROC)的分析表明，ADC、D和D*可以用來區分肝癌和FNH，具有良好的診斷能力。最大的曲線下面積(area under curve，AUC)出現在ADC (AUC=0.915)，其次為D (AUC=0.897)和D*(AUC=0.805)。ADC、D、和D*的臨界值分別設置為1.535×10-3mm2/s、1.055×10-3mm2/s和90.55×10-3mm2/s，得到最高的靈敏度和特異性。然而，Klauss等[9]發現肝癌和FNH的D*值之間差異無統計學意義，并且HCC和FNH的D*值分別為45.7和39.9，f值分別為13.6和14.4，比Luo等[8]研究的值低。其原因可能為樣本量小及b值的影響。

2.2 原發性肝癌

Woo等[10]對42例病理確診的原發性肝癌(hepatocelluar carcinoma，HCC)患者行磁共振IVIM-DWI，選用8個b值(0、25、50、75、100、200、500、800 s/mm2)，其中有4個值小于100，研究結果表明，ADC值和D值與肝癌組織學病理分級呈明顯的負相關(r=-0.604)，高級別原發性肝癌的D值和ADC值明顯低于低級別的原發性肝癌，并且結果顯示組織病理學分級越高，D值及ADC值越低，原因可能為原發性肝癌組織分級越高，細胞分化越差，細胞增多密度增加，細胞核增大進而核質比增加，細胞結構復雜等導致細胞擴散功能降低，進而導致D值ADC值降低[4]。ROC曲線表明，D值在高低級別原發性肝癌的鑒別診斷中比ADC值更敏感。

Granata等[11]回顧性分析了34例患者中的62個肝細胞癌，根據Edmondson Steiner分級，1級14例、2級30例、3級18例、4級0例。探究DWI的IVIM擴散參數與肝細胞肝癌之間的相關性，對IVIM的參數ADC、f、D*、D系數進行計算。采用Kruskal Wallis、Spearman相關系數即ROC曲線進行分析。統計分析表明，ADC值、f值和D值是準確的截止水平(以Youden指數計算)來區分高級別(3)與低級別(1和2)，其中ADC的敏感性和特異性分別為100%和100%、f的敏感性和特異性分別為100%和89%、D 的敏感性和特異性分別為100%和74%。此外，與f和D比較，ADC在低級別(2級)與高級別(3級)的鑒別診斷中具有較好的診斷性能，ROC曲線下對應的面積ADC為1.0(P＜0.001)，f為0.90(P=0.05)，D為0.95(P=0.036)。這與Woo等[10]研究認為D值比ADC值在肝癌的高低級別的鑒別中具有更高的診斷效能相反。Chen等[12]發現，在分化良好的HCC之間區別出高級別的肝癌，DWI的敏感性為54%，特異性達90%， ROC曲線下面積為0.931。而鑒別低分化肝癌與低級別肝癌的敏感性為84%，特異性為48%，診斷性能良好。Nasu等[13]在一系列的125例HCCs中發現組織學分級和ADC之間沒有相關性。Nishie等[14]研究發現相關性肝癌組織學分級的ADC值差異有統計學意義，但只在極端的HCC中即高分化和低分化肝癌之間。

2.3 轉移性肝癌

結直腸癌肝轉移擴散和灌注變化是評價治療反應的重要生物學參數，利用DWI及肝臟動態增強掃描是無創性和功能成像技術[15]。目前，確定腫瘤反應需要長時間的化療來確定病變大小的變化。然而，如果評估腫瘤擴散的變化，可以在第一個化療周期后早期發現治療反應。Kim等[16]用IVIM及DCE-MRI評估直腸癌肝轉移化療后的療效，選取19例患者分別進行IVIM-DWI和DCE-MRI掃描，根據第一次化療后病灶體積的變化標準，分為反應組(8例)和無反應組(11例)。分析得出，反應組的ADC、D明顯升高，而無反應組變化不顯著，而MRI灌注參數，包括Ktrans、Ve和iAUC在第一次化療后無顯著變化。研究得出，IVIM-DWI對直腸癌肝轉移患者化療后療效評價的早期預測比MRI動態增強的灌注參數更有價值。Chiaradia等[17]對35例肝轉移瘤患者的研究中得出，化療后肝轉移灶中ADC和D增加，認為是腫瘤對治療的反應，與Kim等[16]的結果吻合。

2.4 討論

在肝腺瘤、FNH及HCC的研究中，不同學者所采用的參數不同，研究結果有較大的差異。對于選用Ktrans、D、D*、f、ADC值目前沒有統一的認識，臨界值參考也有較大的差別。Jerjir等[7]用Ktrans、D來鑒別肝腺瘤和FNH，得出ADC在兩者中沒有顯著差別的結論。Luo等[8]用D、D*、f、ADC來鑒別FNH與原發性肝癌，認為ADC、D和D*在兩者的鑒別中具有較高的靈敏度和特異度，而f在兩者鑒別中無顯著差異，這與Klauss等[9]認為D*在兩者鑒別中無顯著差別的結論不同。Woo等[10]在原發性肝癌的研究中得出D值在高低級別的原發性肝癌的鑒別診斷中比ADC值更敏感，而Granata等[11]認為ADC在低級別與高級別的鑒別診斷中具有較好的診斷性能的結論相反。目前，IVIM用于肝轉移瘤療效評價中的價值，結果較為一致。

綜上所述，研究結果不同的原因是多樣的：(1)樣本量的大小及樣本中不同病灶的分化情況不同；(2)試驗者采用的掃描方式、參數設置不同。IVIM在肝臟局灶性病變的診斷與鑒別診斷的價值仍需多中心大樣本的探究、優化掃描及參數選擇。基于單層動態勻場技術(integrated speci fi c slice dynamic shim，iShim)的IVIM也在越來越多的研究中應用。

3 肝臟IVIM技術的新進展——iShim技術

3.1 iShim技術的原理

iShim序列是傳統平面回波成像(echo planar imaging，EPI)序列的改進，是IVIM-DWI序列的延伸[18]。在傳統EPI序列的基礎上進一步提高主磁場b0的均勻性，減少主磁場不均勻導致的失相位，減少局部的磁敏感偽影[19]，比磁共振并行采集技術相位編碼視野和分段擴散成像技術降低回波間隔等更能從根本上解決了圖像的畸變[19]。iShim采用膈肌導航技術，保證不同b值間圖像位置的一致性，有效提高參數擬合的準確性。iShim采用連續脂肪抑制技術并對脂肪脈沖進行了改進，可以在整個呼吸周期內均施加脂肪抑制脈沖，同時還采用梯度選擇反轉脂肪抑制技術，使脂肪抑制的更加干凈徹底。iShim設定了iShim窗口技術，可以在圖像采集區的特定靶向區進行勻場，可以對窗口內的部分進行中心頻率和參數值計算，在頸部較小的區域有較大的應用價值。iShim技術選用了呼吸觸發的方式進行掃描，這種方式盡可能地減少了呼吸運動偽影對于圖像質量的影響。

3.2 iShim技術的優勢

與傳統EPI序列相比其優勢在于：(1)可以按照實驗的要求選取合理的b值，尤其是小b值的選取，對于灌注效應有著重要作用，進而提高D*值擬合的準確度[20]；(2)減少圖像的畸變；(3)更好的壓脂效果；(4)優化了圖像采集方式，允許更高的激勵次數，提高了信噪比，進一步提高了參數擬合的準確性；(5)該序列采用了膈肌導航技術，可以最大程度地保證不同b值間圖像層面位置的一致性，從而可以有效提高參數擬合的準確性[21]。

3.3 iShim技術的應用

Zhang等[18]研究對于同一患者同時使用iShim全身擴散加權平面回波成像(whole-body diffusion-weighted imaging，WBDWI)及3D Shim兩種技術方式，由相同的掃描參數相繼進行掃描，對兩種技術圖像質量及病變檢出進行數據分析和評估。實驗研究得出iShim WBDWI技術優于3D Shim，具有較好的信噪比和較高的圖像質量及較高的病灶檢出率。在整個身體的信號完整性的評估中iShim技術比3D Shim要好，尤其是在兩個相連接的部位之間的信號轉變區。研究表明iShim技術在全身擴散加權成像中，對于減少磁敏感偽影是一種有效的方式，并且在信號完整性和空間校準上有一定的好轉，可以提高特殊部位的信噪比。

張潔等[21]基于iShim的IVIM-DWI用于星形細胞瘤分級的研究中，得出腫瘤實質區高級別組D值明顯低于低級別組，D*值、f值均明顯高于低級別組，且差異均具有統計學意義。基于iShim的IVIM-DWI成像在顱腦星形細胞腫瘤的分級診斷中提供的信息更加準確，對于臨床治療具有重要的指導意義。

iShim成像是一項新興序列，其臨床試驗相對較少，此序列可應用于甲狀腺、乳腺、肝臟等。iShim與IVIM-DWI的聯合可以提高病灶檢測的準確性，其準確的實驗數據對于臨床試驗具有明顯的優勢。iShim技術目前在肝臟局灶性病變中沒有文獻報道。在IVIM的基礎上通過iShim勻場技術，減少圖像的畸變，優化采集方式，更好地壓脂，提高信噪比進一步提高參數的準確性，在肝臟局灶性病變中有廣泛的應用前景。但仍需大量的臨床數據來論證，其缺點是受呼吸頻率的影響，采集時間較長。

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