張晨穎綜述，高思佳審校

(中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽(yáng) 110001)

DWI是一種可用于研究在體水分子擴(kuò)散的功能MRI技術(shù)，通過(guò)定量測(cè)定水分子的自由擴(kuò)散，來(lái)反映體內(nèi)發(fā)生的微觀變化，進(jìn)而對(duì)疾病進(jìn)行診斷。隨著對(duì)DWI認(rèn)識(shí)的深入及MR技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)DWI定量化參數(shù)ADC值受體素內(nèi)毛細(xì)血管微循環(huán)灌注的影響，并不能真實(shí)反映體素內(nèi)水分子的擴(kuò)散[1]，有一定局限性。Le Bihan等[2]最早提出體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)(intravoxel incoherent motion， IVIM)DWI的概念和成像原理，通過(guò)雙指數(shù)模型擬合來(lái)獲得體素內(nèi)擴(kuò)散與灌注的雙重信息，以彌補(bǔ)DWI的不足。近年來(lái)IVIM已廣泛應(yīng)用于肝臟、腎臟、胰腺、頭頸部等多個(gè)部位，但在脊柱病變中應(yīng)用相對(duì)較少。本文就IVIM DWI在椎體病變的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 IVIM基本成像原理

組織內(nèi)微觀運(yùn)動(dòng)包括水分子擴(kuò)散和微循環(huán)灌注兩部分，ADC值不能準(zhǔn)確反映生物體內(nèi)水分子的擴(kuò)散，根據(jù)Le Bihan[3-4]提出的理論，IVIM使用多個(gè)b值掃描將水分子擴(kuò)散和微循環(huán)灌注這兩部分微觀運(yùn)動(dòng)形式分離且量化，雙指數(shù)模型組織信號(hào)衰減的公式為：Sb/S0=(1-f)·exp(-bD)+f·exp[-b(D+D*)]， b為擴(kuò)散敏感系數(shù)，S為b取不同值時(shí)信號(hào)的強(qiáng)度，D為真性擴(kuò)散系數(shù)，D*為偽擴(kuò)散系數(shù)，f為灌注分?jǐn)?shù)，表示灌注相關(guān)效應(yīng)占總體擴(kuò)散效應(yīng)的百分比，與微循環(huán)血容量有關(guān)。其中D*比D大1個(gè)數(shù)量級(jí)，所以低b值時(shí)獲得灌注信息，高b值時(shí)獲得擴(kuò)散信息；同時(shí)b值的選取對(duì)圖像質(zhì)量有一定影響，雖然低b值時(shí)灌注效應(yīng)明顯，但參數(shù)的真實(shí)性受影響[5]；高b值時(shí)成像時(shí)間延長(zhǎng)，圖像SNR下降，故合理調(diào)配b值分布對(duì)圖像質(zhì)量至關(guān)重要。

2 IVIM模型的驗(yàn)證

IVIM理論被提出后，研究者采用相關(guān)實(shí)驗(yàn)及臨床研究對(duì)其可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證。LeBihan等[6]在其構(gòu)建的擴(kuò)散與灌注水模實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，減少模型中的水流，則ADC值也相應(yīng)減低，提示DWI對(duì)流動(dòng)效應(yīng)敏感。Federau等[7]通過(guò)給志愿者吸入含有不同濃度CO2和O2的氣體，觀察受試者腦血流量變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣體所含CO2濃度升高時(shí)，D*值、f值也隨之升高；當(dāng)氣體所含O2含量升高時(shí)，D*值、f值相應(yīng)降低，但D值始終保持不變，表明IVIM能夠反映組織的灌注特性。隨后Lee等[8]采用水流模型實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)f值與模型中水流分?jǐn)?shù)、D*值與水流量之間存在顯著正相關(guān)，同樣提示IVIM可對(duì)水分子的擴(kuò)散與灌注進(jìn)行近似的分割。此外，IVIM灌注相關(guān)參數(shù)與通過(guò)引入對(duì)比劑獲得的反映組織灌注的參數(shù)間具有較好的相關(guān)性。Shi等[9]采用肺癌小鼠模型觀察其對(duì)抗血管生成藥物的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)治療后IVIM灌注參數(shù)D*值、fD*(二者乘積)減低，與動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)MR掃描(dynamic contrast-enhanced MRI， DCE-MRI)參數(shù)之間具有很好的相關(guān)性。同樣，Lai等[10]在IVIM預(yù)測(cè)鼻咽癌患者的預(yù)后研究中發(fā)現(xiàn)，預(yù)后較好患者的D*值、DCE-MRI灌注參數(shù)均較低，提示IVIM灌注參數(shù)與DCE -MRI灌注參數(shù)具有較好的相關(guān)性。

3 IVIM DWI在椎體病變中的應(yīng)用

3.1IVIM對(duì)椎體病變的檢出及良惡性鑒別 椎體的血液供應(yīng)主要依靠周圍毛細(xì)血管及Batson椎靜脈叢，其血供豐富，且含有較多紅骨髓，是轉(zhuǎn)移瘤、多發(fā)性骨髓瘤、骨髓增生等疾病的好發(fā)部位[11]。椎體病變多首先侵犯骨髓，繼而破壞骨質(zhì)結(jié)構(gòu)，甚至引發(fā)病理性骨折。因此，在脊柱形態(tài)結(jié)構(gòu)尚未破壞之前，早期發(fā)現(xiàn)骨髓異常至關(guān)重要。DWI能早期發(fā)現(xiàn)椎體骨髓異常。一般來(lái)說(shuō)，正常骨髓脂肪組織豐富，其ADC值、D值較低，既往研究[12]報(bào)道為0.2～0.6×10-3mm2/s和 0.1～0.3×10-3mm2/s。骨髓發(fā)生病變時(shí)，骨髓中的脂肪成分被病變組織取代，水含量增多，導(dǎo)致ADC值、D值增高[12-13]。因此，椎體骨髓異常時(shí)，通過(guò)對(duì)ADC值、D值的量化分析可以檢出病變；對(duì)于較小病灶，ADC偽彩圖的診斷敏感度更高[14]。IVIM是基于DWI的延伸模型，其D值相對(duì)于ADC值診斷效能更高。部分椎體病變的T1WI、T2WI信號(hào)相似，增強(qiáng)方式相同，且ADC值重疊較大[15]，故常規(guī)MRI、DWI的鑒別診斷價(jià)值有限，難以確定病變性質(zhì)。Baik等[16]采用IVIM成像觀察性質(zhì)未定的局灶性骨髓異常，發(fā)現(xiàn)良性局灶性骨髓增生中脂肪含量較高，ADC值、D值明顯低于惡性病變，提示IVIM對(duì)鑒別椎體良惡性病變具有一定價(jià)值；但灌注相關(guān)參數(shù)f值和D*值在良惡性病變間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Park等[13]對(duì)椎體結(jié)節(jié)性造血性骨髓增生(9個(gè))與椎體惡性病變(其中包括39個(gè)轉(zhuǎn)移瘤和10個(gè)骨髓瘤)進(jìn)行研究，結(jié)果顯示良性骨髓增生的ADC值、D值明顯低于椎體惡性病變(P均<0.001)；此外，該研究中良性病變與惡性病變間D值不存在重疊，D值較ADC值具有更高的診斷效能(AUC=1)。同時(shí)，研究認(rèn)為良性骨髓增生的f值較高，這與以往經(jīng)驗(yàn)不同，雖然惡性病變新生血管豐富，但新生血管不成熟，血管通透性較大，增強(qiáng)發(fā)生早、進(jìn)展快、持續(xù)時(shí)間短，這可能是影響f值的原因。Bourillon等[17]研究椎體多發(fā)性骨髓瘤，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是彌漫性或局限性椎體病變，治療前DCE-MRI最大增強(qiáng)值均增高，但I(xiàn)VIM灌注參數(shù)f值、D*值并不同步增加；而治療后椎體局限性浸潤(rùn)病灶的f值與最大增強(qiáng)值的變化趨勢(shì)相同。目前對(duì)于IVIM灌注參數(shù)f值、D*值與灌注檢查間的相關(guān)性仍存在爭(zhēng)議，雖然有學(xué)者[18]認(rèn)為二者變化趨勢(shì)相同，但是否可將f值、D*值用于鑒別病變還需要進(jìn)一步深入研究[19]。有學(xué)者[20-21]將IVIM用于鑒別診斷椎體轉(zhuǎn)移瘤與椎體良性病變(血管瘤、結(jié)核病、急性骨挫傷、嗜酸性肉芽腫等)，結(jié)果顯示雙指數(shù)模型DWI具有鑒別診斷價(jià)值，其中轉(zhuǎn)移瘤ADC、D值均低于良性病變(P<0.001)。

椎體惡性病變相對(duì)于良性病變具有更低的ADC值和D值，此結(jié)論適用于大多數(shù)椎體病變，其特異度、敏感度分別為85%～97%、85%～100%[13]，但有些針對(duì)骨髓增生性疾病的研究[22]結(jié)果與此相反，原因可能為：①腫瘤生長(zhǎng)所處不同時(shí)期對(duì)水分子擴(kuò)散影響不同，初期骨髓中脂肪組織被取代時(shí)，水分子擴(kuò)散能力增強(qiáng)，ADC值、D值增高；隨著腫瘤細(xì)胞不斷密集，細(xì)胞外間隙變小，水分子擴(kuò)散能力降低，ADC值、D值相應(yīng)降低；②惡性病變晚期生長(zhǎng)速度過(guò)快，導(dǎo)致病變內(nèi)部微小壞死，使ADC值、D值增高；③不同采集技術(shù)和成像參數(shù)對(duì)ADC值、D值的影響[13]。當(dāng)骨髓ADC值>0.77×10-3mm2/s時(shí)提示腫瘤性骨髓浸潤(rùn)，以此界值鑒別診斷的敏感度、特異度分別為85%、90%[14]。綜上所述，IVIM可以在細(xì)胞水平上定量評(píng)估病變的特征，對(duì)鑒別良惡性椎體病變有較高價(jià)值。

3.2IVIM在椎體骨折中的應(yīng)用 骨質(zhì)疏松是引發(fā)椎體骨折最常見(jiàn)的原因。Ohno等[23]觀察11名健康志愿者，發(fā)現(xiàn)骨密度降低時(shí)，D*值也相應(yīng)減小，提示椎體骨髓血流量減少可能與骨密度降低有關(guān)。IVIM對(duì)骨質(zhì)疏松具有一定診斷價(jià)值，或可提供一種新的骨密度測(cè)量方法，既能評(píng)估骨折發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，也能避免患者接受過(guò)多輻射。采用單指數(shù)模型DWI觀察椎體骨質(zhì)疏松性骨折與惡性病變引起的椎體骨折的鑒別診斷價(jià)值的研究[23-25]結(jié)果顯示，惡性椎體骨折的ADC值[(0.7～1.3×10-3mm2/s)]低于骨質(zhì)疏松性骨折[(1.2～2.0×10-3mm2/s)]。其可能的病理生理學(xué)背景如下：骨質(zhì)疏松時(shí)骨密度降低，骨髓水腫，水分子擴(kuò)散不受限，ADC值高；而惡性病變導(dǎo)致椎體骨折時(shí)，大量腫瘤細(xì)胞取代正常組織，細(xì)胞排列緊密，細(xì)胞外間隙變小，限制了水分子自由擴(kuò)散，使ADC值低[26]。但是，由于ADC值受微循環(huán)灌注的影響，不能精確反映組織擴(kuò)散的情況，診斷價(jià)值有限，對(duì)于IVIM對(duì)椎體骨折的診斷價(jià)值有待更深入的研究加以評(píng)判。

3.3IVIM在評(píng)估椎體病變療效中的應(yīng)用 IVIM還可對(duì)椎體病變的療效及患者預(yù)后進(jìn)行評(píng)估。腫瘤病變治療后會(huì)出現(xiàn)腫瘤細(xì)胞崩解、數(shù)量減少，胞膜完整性破壞，細(xì)胞外間隙擴(kuò)大及病灶中血流減少的現(xiàn)象。Gaeta等[27]對(duì)乳腺癌溶骨性轉(zhuǎn)移放療后的研究表明，病灶的ADC值、D值治療后明顯上升，而D*值明顯下降，提示IVIM可作為一種不需引入對(duì)比劑的非侵入性方法用于評(píng)估治療療效。然而現(xiàn)有的研究結(jié)果不盡相同，治療后病變對(duì)治療應(yīng)答的不同時(shí)間點(diǎn)可能是影響IVIM參數(shù)的主要因素。Niu等[28]對(duì)椎體骨髓浸潤(rùn)的急性白血病患者的預(yù)后研究發(fā)現(xiàn)，誘導(dǎo)化療前D值高及f值低的患者在治療后可獲得完全緩解；相反，D值低及f值高的患者在治療后未緩解，在控制了其他混雜因素的前提下，D值、f值或可作為預(yù)測(cè)急性白血病患者預(yù)后的潛在的獨(dú)立指標(biāo)。Filli等[29]探討全身IVIM DWI的可行性，對(duì)8名志愿者進(jìn)行掃描，均獲得了圖像質(zhì)量較好的參數(shù)圖，且IVIM相關(guān)參數(shù)重復(fù)性均較好，較常規(guī)全身DWI穩(wěn)定性更高，提示其有望成為評(píng)價(jià)全身轉(zhuǎn)移性骨腫瘤療效的補(bǔ)充方法；但掃描時(shí)間較長(zhǎng)、SNR相對(duì)較低限制了其臨床應(yīng)用，相信隨著MR技術(shù)的發(fā)展，全身IVIM的應(yīng)用將成為可能。

4 IVIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與不足

近年來(lái)，IVIM以其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)逐漸受到臨床關(guān)注，可在檢出病變、鑒別良惡性、病理分級(jí)、療效評(píng)估等方面提供更準(zhǔn)確的信息，較傳統(tǒng)DWI更有價(jià)值。然而IVIM技術(shù)也存在一些不足：①掃描方式和參數(shù)計(jì)算方法對(duì)圖像質(zhì)量及參數(shù)穩(wěn)定性的影響仍未獲確切評(píng)估，現(xiàn)有研究尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；②b值的選擇及分布一直以來(lái)是困擾該技術(shù)的難題，為了提取灌注相關(guān)的信息，需要低b值，但若低b值個(gè)數(shù)過(guò)多，會(huì)影響參數(shù)的真實(shí)性；若高b值較多，則圖像SNR下降，影響圖像質(zhì)量。一般認(rèn)為應(yīng)最少選擇4個(gè)b值[30]，但所得結(jié)果的重復(fù)性仍有待進(jìn)一步深入評(píng)估；③IVIM參數(shù)的可重復(fù)性、準(zhǔn)確性受到多方面因素的影響，當(dāng)病變中囊變壞死較多或血供較少時(shí)，ROI內(nèi)難免會(huì)包括這些部位，使參數(shù)的準(zhǔn)確性降低[31]。同時(shí)還需注意，f值除受灌注效應(yīng)的影響外，還與腺體等的分泌活動(dòng)有關(guān)，導(dǎo)致f值與D*值的不匹配，所以有學(xué)者[32]提出f與D*乘積的概念，認(rèn)為其準(zhǔn)確性更高。

相信隨著MR技術(shù)的不斷發(fā)展以及硬件設(shè)備的進(jìn)一步優(yōu)化，IVIM可以在椎體病變的檢出、鑒別診斷及疾病療效評(píng)估中發(fā)揮更大作用。