多模態DWI在急性胰腺炎嚴重程度分級中的價值

石林， 鄭小華， 黃小華， 劉翠蘭， 劉夢苓， 徐紅霞

隨著高場MRI的普及和并行采集、快速梯度回波等新技術的進步，MRI在診斷急性胰腺炎(acute pancreatitis,AP)及其并發癥方面已得到廣泛應用[1-3]，單指數模型DWI在AP中的應用價值已得到認可[4]。近年來，基于體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion,IVIM)[5]理論的雙指數模型在AP中的應用取得了一定成果，而基于水通道蛋白(aquaporin，AQP)[6]的拉伸指數模型擴散加權成像(DWI)尚處于研究階段[4,7]，臨床應用較少，在AP方面的應用尚未見臨床報道。因此，本文采用14個b值(0～2000 s/mm2)的多指數模型DWI對AP進行深入研究，擬探討多b值DWI單指數、雙指數、拉伸指數模型定量參數在AP臨床嚴重程度分級中的價值。

材料與方法

1.臨床資料

隨機收集我院2016年8月-2017年3月經臨床確診的AP患者58例，根據納入標準、排除標準篩選出53例(AP組)，所有患者均行內科保守治療，其中42例經治療后痊愈。53例AP患者中，男28例，女25例，年齡18～78歲，平均年齡(48±17)歲。

納入標準：①住院48 h內行MRI檢查；②表現為與AP相符的腹痛；③血清淀粉酶和(或)脂肪酶活性高于正常值3倍以上；④腹部MRI表現符合AP的影像學改變；⑤無MRI檢查禁忌癥；⑥胰腺DWI圖像符合診斷標準。排除標準：①有金屬異物干擾上腹部MRI檢查；②臨床癥狀較重難以配合檢查或圖像質量較差難以進行測量者；③臨床資料不全；④合并失代償期肝硬化或低白蛋白血癥(<30 g/L)；⑤合并腹腔、腹膜后間隙其他感染性、腫瘤性或出血性疾病。

隨機選取我院同期正常志愿者20例作為對照組(normal patient，NP)，其中男12例，女8例，年齡25～69歲，平均年齡(53±13)歲。

所有受試者的臨床及相關實驗室檢查均在入院第1～3 d內采集。本研究經本院倫理委員會同意批準執行，MRI掃描前受試者均簽訂MRI檢查知情同意書。

2.檢查方法

采用GE Discovery MR 750 3.0T超導磁共振掃描儀，32通道相控陣列線圈。檢查前禁飲禁食6 h，并訓練受試者均勻呼吸。檢查時取仰臥位，雙臂上舉，足先進。經三平面定位后，行上腹部常規T1WI、T2WI、肝臟快速容積采集(liver acceleration volume acquisition，LAVA)多期動態增強掃描(對比劑為Gd-DTPA)，然后行橫軸面自由呼吸多b值DWI序列掃描。DWI采用平面回波成像(EPI)，呼吸門控觸發掃描后行校準掃描。相關參數：視野為34 cm×27 cm，頻率編碼方向為左右，層厚6.0 mm，回波時間取最小值，激勵次數為1～4次，矩陣為192×192；14個b值取0、25、50、75、100、150、200、400、600、800、1000、1200、1500、2000 s/mm2。

3.數據處理

測量DWI參數值:將原始圖像數據傳輸至MR工作站(GE Advantage Windows 4.4 Workstation)。選取Function Tool 2軟件包中的 MADC軟件進行后處理，用閾值法去除周圍脂肪、骨、氣體等組織的影像，獲得 DWI圖、標準ADC(standard ADC)圖、慢速擴散ADC(slow ADC mono)圖、快速擴散ADC(fast ADC mono)圖、快速擴散ADC值分數(Ff ADC mono)圖、慢速擴散ADC值(slow ADC Bi)圖、快速擴散ADC值(fast ADC Bi)圖、快速擴散ADC值分數(Ff ADC Bi)圖、水分子擴散異質性指數(α)圖及擴散分布系數(distributed diffusion coefficient，DDC)圖。由兩名經驗豐富的放射科醫師(具有五年以上工作經驗)分別對AP組和NP組單指數、雙指數、拉伸指數各參數圖進行參數值測量：分別在胰頭、體、尾三區最佳顯示層面的DWI參數圖上放置ROI，每一部位均測3次，并取平均值。在測量過程中，ROI盡量避開血管、胰管及囊變壞死區，ROI大小(39±1) mm2。

AP的嚴重程度分級標準:本研究根據《急性胰腺炎診治指南(2014)》中的磁共振嚴重指數(magnetic resonance severity index,MRSI)評分標準(表1)對AP組進行嚴重程度分級：<3.0分為輕度，4.0～6.0分為中重度，≥7.0分為重度。

4.統計學分析

采用SPSS 19.0軟件進行統計學分析。計量資料采用均數±標準差表示。AP組與NP組間單指數、雙指數、拉伸指數模型各參數值的比較采用獨立樣本t檢驗；輕度、中重度、重度AP間各參數的比較采用方差分析，不同嚴重程度AP間進行LSD兩兩比較。P<0.05為差異有統計學意義。

圖1 男，23歲，AP患者。a) DWI示時胰腺彌漫性腫大，正常胰腺花邊樣切跡消失，信號呈不均勻增高，可見條片狀高信號； b) ADC standard偽彩圖； c) slow ADC mono偽彩圖； d) fast ADC mono偽彩圖； e) Ff ADC mono偽彩圖； f) slow ADC Bi偽彩圖； g) fast ADC Bi偽彩圖； h) Ff ADC Bi偽彩圖； i) DDC偽彩圖； j) α偽彩圖。

表2 AP組與NP組的DWI多指數模型參數值的比較

表3 部分參數在不同嚴重程度AP間的單因素方差分析

表1 AP的MRSI評分標準

結 果

根據MRSI的評分標準，本組53例AP中，輕度21例，中重度26例，重度6例。AP組和NP組單指數、雙指數、拉伸指數模型各參數偽彩圖見圖1、2。

單指數模型參數standard ADC，雙指數模型參數Ff ADC-mono，拉伸指數模型參數DDC、α值在AP組和NP組間具有統計學差異(P均<0.01)；其余參數在兩組間均無統計學差異(P均>0.05，表2)。

對輕度、中重度、重度AP間的standard ADC、Ff ADC mono、DDC和α值進行單因素方差分析，結果顯示不同嚴重程度AP之間的standard ADC、Ff ADC mono、DDC和α值均具有統計學意義(F=7.064，10.669，5.571，4.455，P均<0.05，表3)。LSD兩兩比較結果顯示：Ff ADC mono、α值對區分輕度與中重度AP具有統計學意義(P均<0.05)；standard ADC、Ff ADC mono、DDC值對區分輕度與重度AP具有顯著統計學意義(P均<0.01)，α值對區分輕度與重度AP有統計學意義(P<0.05)；standard ADC、Ff ADC mono、DDC值對區分中重度與重度AP具有統計學意義(P均<0.05，表4)。

圖2 男，30歲，正常志愿者。a) DWI示胰腺組織呈均勻稍低信號，與肝臟信號類似，低于脾臟及腎臟信號強度； b) ADC standard偽彩圖； c) slow ADC mono偽彩圖； d) fast ADC mono偽彩圖； e) Ff ADC mono偽彩圖； f) slow ADC Bi偽彩圖； g) fast ADC Bi偽彩圖； h) Ff ADC Bi偽彩圖； i) DDC偽彩圖； j) α偽彩圖。

表4 不同嚴重程度AP間的LSD兩兩比較(P值)

討 論

AP按嚴重程度可分為輕度、中重度和重度。輕度AP僅需對癥支持治療，而病情較重者可發生多種并發癥，并伴發嚴重的代謝紊亂，有潛在的致死性，早期治療將直接決定其預后，因此，準確評估AP的臨床嚴重程度尤為重要。

影像學評估AP嚴重程度的標準有Balthazar分級、CT嚴重指數(computed tomography severity index，CTSI,CTSI)和MRSI。目前CT仍為診斷AP的金標準，而MRI在AP診斷中的價值已得到廣泛認可。據文獻報道，DWI可描述體素水平組織內水分子擴散，不用對比劑即可顯示輕癥胰腺炎，較CT更敏感，且能更清楚的顯示其并發癥，有望逐漸取代CT作為首選確診檢查方法[1,2]。

既往有關胰腺DWI的研究多采用單指數模型。隨著研究的不斷深入，部分多b值DWI研究發現，DWI信號隨b值增大并不遵循單指數遞減規律[4]。單指數模型受質子密度、T2效應和水分子擴散等混合因素的影響，不能完全真實的反映組織的擴散狀態，不能很好的描述AP的生物學行為，為此，學者們提出了新的多b值擬合方式。

與單指數模型DWI相比，基于IVIM理論的雙指數模型[5]可分別定量組織的微循環灌注與水分子的自由擴散，能更真實的描述水分子的擴散信息。而AQP的發現，將研究引入了代謝領域。研究表明，病理狀態下水分子的主動轉運可發揮更大的作用。在Agre等[7]的研究基礎上，Bennett等[6]提出了反映組織結構和功能代謝復雜程度的拉伸指數模型DWI，并獲得水分子擴散異質性指數(α)和擴散分布系數(DDC)；α的變化范圍為0～1，代表體素內水分子擴散的不均質性，DDC代表體素內平均擴散速率。

已有許多學者采用傳統單指數模型DWI對AP進行研究。Thomas等[4]對27例AP和38例正常胰腺的對比研究(b=0、800 s/mm2)發現，AP的ADC值明顯低于正常胰腺。本研究中，AP組的standard ADC值明顯低于NP組(t=3.095,P=0.003)，與既往文獻相符。Yencilek等[8]對50例AP進行單指數DWI研究發現，AP組的ADC值較正常組明顯降低，且越嚴重AP的ADC值越低。本研究結果顯示，單指數模型參數standard ADC對區分輕度與中重度AP無統計學意義(P=0.074)，對區分中重度與重度AP有統計意義(P<0.05)，對區分輕度與重度AP有顯著統計學意義(P<0.01)，與既往研究基本相符。

Kim等[9]用10個b值進行1.5T的基于IVIM的雙指數DWI研究表明，AP的D*值明顯低于正常胰腺。本研究中，AP組的fast ADC Bi為(0.018±0.014)×10-3mm2/s，NP組的fast ADC Bi為(0.021±0.019)×10-3mm2/s，AP組的fast ADC Bi低于NP組，這可能是由于AP狀態下胰腺間質炎性水腫，胰腺細胞增大、細胞間隙縮小導致擴散受限；同時，AP病變組織也可能侵犯周圍血管，并發假性動脈瘤，其滲出胰液可侵蝕周圍微血管，導致灌注減低。此外，本研究還發現，Ff ADC mono對區分輕度與中重度AP有統計學意義(P<0.05)，對區分中重度與重度AP、輕度與重度AP均有顯著統計學意義(P均<0.01)。本研究中，AP組的雙指數模型參數slow ADC mono、fast ADC mono、Ff ADC mono、slow ADC Bi、fast ADC Bi值均小于NP組，而Ff ADC Bi值稍大于NP組(該參數值的離散度最大，AP組、NP組中的標準差分別為0.113和0.15)，可能是因為本研究收集的AP病例較少，樣本的局限性導致Ff ADC Bi數值的偏差。

拉伸指數模型可通過AQP的轉運狀態反映組織的功能代謝信息，有利于組織良惡性的判斷[10]。目前，拉伸指數DWI在AP方面的研究尚未見報道。本研究發現DDC和α值具有良好的可重復性，AP組和NP組間的DDC值和α值均具有統計學差異，AP組的α值明顯大于NP組(P<0.01)，而DDC值明顯小于NP組(P<0.01)。α和DDC分別反映組織的復雜程度和體素內平均擴散速率，表明AP組織成分較正常胰腺復雜得多，體素內水分子擴散呈高度不均質性，且體素內平均擴散速率較正常胰腺明顯降低。本研究結果顯示，DDC無法區分輕度與中重度AP(P=0.059)，但能區分中重度與重度AP(P=0.046)，以及輕度與重度AP(P=0.002)；α值無法區分中重度與重度AP(P=0.253)，但可區分輕度與中重度AP(P=0.026)、以及輕度與重度AP(P=0.013)。

多指數模態DWI可在細胞和分子水平探索組織的生理學特點?；贗VIM理論的雙指數模型能更準確地量化水分子的擴散運動，揭示組織的異質性；拉伸指數模型可描述體素水平的病理生理學變化?？傊?，多指數模態DWI的綜合應用有利于AP的診斷及嚴重程度分級。