杜思瑤，孫洪贊

(中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽 110004)

體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像在腫瘤診斷中的應(yīng)用

杜思瑤，孫洪贊*

(中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽 110004)

體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)(IVIM)成像技術(shù)是在DWI基礎(chǔ)上的擴(kuò)展，其可同時(shí)獲得組織擴(kuò)散和灌注信息以評(píng)估良惡性病灶、不同組織學(xué)類型和不同病理級(jí)別病灶的擴(kuò)散灌注情況，從而有助于惡性腫瘤的定性診斷和鑒別診斷。本文將對(duì)IVIM的原理及其在腫瘤診斷中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述。

腫瘤；診斷顯像；體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像；擴(kuò)散磁共振成像；單雙指數(shù)模型

傳統(tǒng)的DWI技術(shù)通過單指數(shù)模型擬合獲得ADC值來描述組織擴(kuò)散的特點(diǎn)，但很大程度上受所選擇的擴(kuò)散敏感系數(shù)(b值)的影響，往往高估腫瘤組織的擴(kuò)散成分。而體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)(intravoxel incoherent motion, IVIM)技術(shù)的特點(diǎn)在于采用多個(gè)高b值和低b值獲取系列DWI影像，利用雙指數(shù)模型擬合獲得組織的純擴(kuò)散系數(shù)(D)、偽擴(kuò)散系數(shù)(D*)和灌注分?jǐn)?shù)(f)，可為臨床提供更精細(xì)的腫瘤相關(guān)信息，有助于病灶的定性診斷和鑒別診斷，提高對(duì)惡性腫瘤的診斷準(zhǔn)確率。目前，在臨床上IVIM已經(jīng)廣泛用于對(duì)多個(gè)臟器病變的診斷。本文對(duì)IVIM的原理及其在腫瘤診斷中的應(yīng)用進(jìn)展做一綜述。

1 IVIM的基本原理

IVIM理論假設(shè)生物體的微觀運(yùn)動(dòng)分為兩種，一種為緩慢運(yùn)動(dòng)，采用D描述，代表血管外(非血液)產(chǎn)生的自旋及細(xì)胞間液的運(yùn)動(dòng)，即擴(kuò)散；另一種是快速運(yùn)動(dòng)，采用D*描述，從宏觀角度描述血液在血液循環(huán)網(wǎng)絡(luò)中的隨機(jī)分布[1]。相比于DWI，IVIM的優(yōu)勢在于可定量評(píng)估兩種微觀運(yùn)動(dòng)形式的成分比率，不受b值選取的影響，從而可更準(zhǔn)確、真實(shí)地反應(yīng)腫瘤組織的擴(kuò)散灌注情況。

除D值和D*值，其原理中還涉及f值和b值，f值和D*均屬于灌注參數(shù)，均可反映腫瘤血管的豐富程度。b值作為擴(kuò)散敏感梯度因子，對(duì)其選取適當(dāng)與否可直接對(duì)IVIM圖像產(chǎn)生重大影響，Grant等[2]的研究發(fā)現(xiàn)b=2 000 s/mm2相比于b=1 000 s/mm2，可更敏感地顯示更多病灶，但b=1 000 s/mm2時(shí)的圖像質(zhì)量最佳，且圖像質(zhì)量隨著b值的增加而下降。Guiu等[3]認(rèn)為采用低b值(<20 s/mm2)可使擬合曲線的初始部分更準(zhǔn)確，以保證可靠的D*值；采用高b值(b>1 000 s/mm2)DWI既可使水分子擴(kuò)散相對(duì)自由的正常組織的DWI信號(hào)顯著降低，又可使水分子擴(kuò)散受限組織呈較高信號(hào)，進(jìn)而提高DWI診斷高級(jí)別腫瘤的特異度，但高b值可使DWI圖像的信噪比降低、圖像質(zhì)量下降?？傊琁VIM技術(shù)可通過綜合分析高、低b值圖像獲取更多病灶的信息。

2 單雙指數(shù)模型的比較

對(duì)單雙指數(shù)模型參數(shù)的比較，不但可為病灶良惡性的區(qū)分和治療反應(yīng)預(yù)測尋找一種量化標(biāo)記物，也可避免在惡性腫瘤的診斷中使用對(duì)比劑。有學(xué)者[4]認(rèn)為在腎臟病變的診斷中，IVIM雙指數(shù)模型參數(shù)比傳統(tǒng)ADC值的準(zhǔn)確率更高，是因?yàn)殡p指數(shù)模型可更精確地描述組織信號(hào)衰減與b值間的關(guān)系，分別獲取反映組織擴(kuò)散和微循環(huán)毛細(xì)血管灌注效應(yīng)的參數(shù)；但也有研究[5]發(fā)現(xiàn)在區(qū)分肝臟惡性病灶和血管瘤方面，ADC值比IVIM參數(shù)更具優(yōu)勢，主要是由于肝臟腫瘤血供類型的多樣化，使灌注參數(shù)D*和f值的標(biāo)準(zhǔn)差過大，肝癌動(dòng)脈的血供增加也使D值的準(zhǔn)確性降低。因此，單雙指數(shù)模型的選擇需要綜合考慮多種因素，如腫瘤血供類型等，不能認(rèn)為雙指數(shù)模型在所有病變組織的應(yīng)用均優(yōu)于單指數(shù)模型。

3 IVIM在腫瘤中的應(yīng)用

3.1中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤 目前，IVIM在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的研究較多，尤其在對(duì)膠質(zhì)瘤的診斷方面的優(yōu)勢較為突出。Bisdas等[6]對(duì)膠質(zhì)瘤的研究中指出高級(jí)別腫瘤的D、D*和f值與正常腦白質(zhì)顯著不同，且在不同級(jí)別的腫瘤間，3個(gè)參數(shù)也有一定的差異，表明IVIM技術(shù)可為膠質(zhì)瘤的良惡性評(píng)價(jià)提供相關(guān)依據(jù)。其次，IVIM可提供腦組織的灌注信息，利用這一特征可區(qū)分膠質(zhì)瘤和中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴瘤[7]，而在常規(guī)MR掃描中則難以鑒別兩者。盡管IVIM技術(shù)在膠質(zhì)瘤的診斷和鑒別診斷方面有很大潛力，但由于腦脊液的存在，ROI的選取至關(guān)重要，因?yàn)槟X脊液的流動(dòng)會(huì)對(duì)IVIM參數(shù)的測量產(chǎn)生污染，減低其可重復(fù)性。還可通過變換掃描序列減少腦脊液流動(dòng)對(duì)測量值的影響，以提高IVIM技術(shù)對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤診斷的準(zhǔn)確性。

3.2頭頸部腫瘤 目前，IVIM參數(shù)在頭頸部腫瘤中的研究已取得了一些進(jìn)展。首先，IVIM參數(shù)可作為一種無創(chuàng)的診斷頭頸部腫瘤的方法，Sumi等[8]研究發(fā)現(xiàn)IVIM參數(shù)(主要是D和f值)聯(lián)合時(shí)間-信號(hào)強(qiáng)度曲線可鑒別頭頸部鱗狀細(xì)胞癌、淋巴瘤、惡性唾液腺瘤、沃辛瘤、多形性腺瘤以及雪旺細(xì)胞瘤，其聯(lián)合診斷良惡性病灶的準(zhǔn)確率高達(dá)96.74%，聯(lián)合鑒別腫瘤組織類型的準(zhǔn)確率達(dá)89.13%；其次，IVIM參數(shù)還可用于頭頸部原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的鑒別診斷[9]，有助于優(yōu)化治療方案和改善患者預(yù)后。

鼻咽部腫瘤在頭頸部腫瘤中較為常見，IVIM對(duì)鼻咽腫瘤具有較高的鑒別診斷價(jià)值，且具有良好的可重復(fù)性[10]。在鑒別頭頸部腫瘤的組織學(xué)類型方面，IVIM彌補(bǔ)了動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI(dynamic contrast-enhanced MRI, DCE-MRI)僅能提供灌注信息的不足，提高了頭頸部腫瘤的診斷準(zhǔn)確率。

3.3胸部腫瘤 目前，IVIM技術(shù)在胸部腫瘤方面主要應(yīng)用于乳腺和肺。傳統(tǒng)乳腺癌的診斷主要依靠鉬靶和超聲檢查，隨著IVIM技術(shù)在影像診斷中的逐步發(fā)展，聯(lián)合使用IVIM技術(shù)可以在一定程度上提高對(duì)良惡性病灶的診斷準(zhǔn)確率。郭吉敏等[11]采用IVIM技術(shù)對(duì)乳腺良惡性病變和正常乳腺腺體的對(duì)照研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)照組、良性組和惡性組間D、f、D*及ADC值的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明IVIM技術(shù)可真實(shí)反映乳腺腫塊水分子的擴(kuò)散情況。

肺部IVIM參數(shù)主要用于肺癌與其他炎性病灶的鑒別，Wang等[12]發(fā)現(xiàn)ADC、D和f值(無D*)可作為鑒別肺癌和阻塞性肺實(shí)變的獨(dú)立指標(biāo)；而Deng等[13]研究認(rèn)為f值與ADC值在鑒別肺癌和炎癥方面有一定的診斷價(jià)值；以上兩個(gè)研究中肺癌的f值相近，但由于炎癥病灶常伴血管舒張、血管滲透性增加及血流量增多等，其f值常增大，有時(shí)甚至大于腫瘤組織的f值。因此，在鑒別腫瘤和炎癥時(shí)，不能僅根據(jù)f值，還需考慮到其他影響f值的多種因素，同時(shí)密切結(jié)合臨床及其他相關(guān)影像學(xué)檢查。

3.4腹部腫瘤 隨著MR技術(shù)的發(fā)展，IVIM技術(shù)更多地被應(yīng)用于腹部各臟器腫瘤的鑒別與評(píng)估，常見臟器主要包括肝臟、胰腺和腎臟等。肝癌作為腹部最常見的惡性腫瘤之一，近些年其發(fā)病率呈逐漸上升趨勢。IVIM參數(shù)在一定程度上可替代組織學(xué)檢查對(duì)肝細(xì)胞癌進(jìn)行更精準(zhǔn)的評(píng)價(jià)，李玉博等[14]發(fā)現(xiàn)ADC值、D值、D*值可用于高低級(jí)別肝細(xì)胞癌的鑒別診斷，有助于治療方案的制定。但肝臟IVIM參數(shù)的可重復(fù)性還有待提高。Chen等[15]發(fā)現(xiàn)左肝的D、D*和f值較右肝高，但可重復(fù)性較右肝差，D值的可重復(fù)性最好。

同樣，IVIM參數(shù)對(duì)胰腺腫瘤也存在一定的診斷價(jià)值。Kang等[16]發(fā)現(xiàn)胰腺癌的D值及f值明顯低于正常胰腺組織、慢性胰腺炎及神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤；與良性腫瘤相比，具有惡性傾向的導(dǎo)管內(nèi)乳頭狀黏液性腫瘤的D值及f值明顯升高，表明IVIM參數(shù)不僅可鑒別良惡性胰腺腫瘤，而且可分辨導(dǎo)管內(nèi)乳頭狀黏液性腫瘤的良惡性傾向；最新的研究[17]發(fā)現(xiàn)胰腺導(dǎo)管腺癌與胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤相比f值較低，但D值卻相對(duì)較高，從而證明IVIM參數(shù)可作為區(qū)分胰腺腫瘤組織學(xué)類型的非侵入性標(biāo)記物。

相比于肝臟和胰腺，IVIM應(yīng)用于腎臟的相關(guān)報(bào)道較少，其對(duì)于腎臟病變的IVIM參數(shù)研究還較少。Rheinheimer等[18]的研究發(fā)現(xiàn)，D值可較好地區(qū)分腎腫瘤與腎臟正常組織，f值可對(duì)病理組織亞型的鑒別提供有價(jià)值的信息。有學(xué)者[19]進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，D值在鑒別透明細(xì)胞癌和血管平滑肌脂肪瘤、透明細(xì)胞癌和非透明細(xì)胞癌中有一定價(jià)值，而D*值在鑒別血管平滑肌脂肪瘤和非透明細(xì)胞癌中有一定價(jià)值，兩者的聯(lián)合應(yīng)用可為腎臟腫瘤的定性診斷提供依據(jù)。

3.5盆腔腫瘤 目前，有關(guān)前列腺癌的研究[20]證明D值在腫瘤組織與健康組織間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且D值的降低程度與腫瘤的惡性程度呈正相關(guān)，可用于前列腺腫瘤的診斷和治療效果的預(yù)測。

宮頸癌是女性生殖系統(tǒng)最常見的惡性腫瘤之一，其浸潤程度及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況與治療方案的選擇及患者預(yù)后密切相關(guān)。與正常宮頸組織相比，宮頸癌病灶在DWI上具有低灌注、低擴(kuò)散的特點(diǎn)[21]，可能是由于腫瘤生長過快而自身血供不足，以致腫瘤中心的微血管密度相對(duì)減少，這一特性對(duì)于良惡性病灶的鑒別有一定作用。此外，宮頸癌組織的IVIM參數(shù)與DCE-MRI參數(shù)間存在較好的相關(guān)性[22]，表明IVIM技術(shù)不僅在一定程度上可替代DCE-MRI，而且其擁有無需對(duì)比劑、可進(jìn)行灌注與擴(kuò)散的同步分析等更多優(yōu)勢。

4 小結(jié)

IVIM技術(shù)利用其可以區(qū)分灌注和擴(kuò)散成分的特點(diǎn)，對(duì)顯示全身各臟器病變組織的細(xì)微結(jié)構(gòu)變化較傳統(tǒng)DWI技術(shù)更為精細(xì)、準(zhǔn)確，有利于病灶的診斷和鑒別診斷。雖然IVIM參數(shù)具有快捷、靈敏、無創(chuàng)、可量化分析等優(yōu)勢，但對(duì)于臨床的廣泛應(yīng)用仍存在很多挑戰(zhàn)，如最佳b值的選擇，如何提高信噪比以確保獲得高質(zhì)量的掃描圖像，如何選擇最優(yōu)數(shù)據(jù)擬合模型及測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性等問題仍亟待進(jìn)一步解決。隨著MRI相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與更新，IVIM技術(shù)對(duì)全身各系統(tǒng)疾病的診斷、治療及預(yù)后將提供更重要的價(jià)值。

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Application of intravoxel incoherent motion imaging in tumors

DUSiyao,SUNHongzan*

(DepartmentofRadiology,ShengjingHospitalofChinaMedicalUniversity,Shenyang110004,China)

Intravoxel incoherent motion (IVIM) imaging is an extension of DWI, and can take advantage of its simultaneous access to tissue diffusion and perfusion information to evaluate the benign and malignant lesions as well as different histological types and pathological grades of the lesion. So it is helpful for the diagnosis and differential diagnosis of malignant tumors. In this paper, the principle of IVIM and its application in tumor diagnosis were reviewed.

Neoplasms; Diagnostic imaging; Intravoxel incoherent motion imaging; Diffusion magnetic resonance imaging; Biexponential and monoexponential model

國家自然科學(xué)基金青年基金(81401438)、遼寧省教育廳科學(xué)研究一般項(xiàng)目(L2014308)。

杜思瑤(1992—)，女，遼寧葫蘆島人，在讀碩士。研究方向：磁共振成像新技術(shù)。E-mail： 15566016231@163.com

孫洪贊，中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院放射科，110004。

E-mail： sunhongzan@126.com

2016-07-10

2016-11-07

R73; R445.2

A

1003-3289(2017)01-0145-04

10.13929/j.1003-3289.201607046