晏美瑩綜述 劉 嵐 徐仁根審校

人體富含水，發(fā)生病變時，水分子運動必然發(fā)生改變。磁共振擴散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging,DWI)是目前監(jiān)測水分子運動的唯一無創(chuàng)檢查技術(shù)，應(yīng)用該技術(shù)可觀察腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程中內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的變化。本文對磁共振DWI技術(shù)在腫瘤診斷與療效評估方面的應(yīng)用進行綜述，旨在推進這一技術(shù)的臨床應(yīng)用。

1 DWI成像及后處理機理

傳統(tǒng)擴散加權(quán)成像基于細(xì)胞間隙水分子布朗運動，通過SE-EPI序列及單指數(shù)模型，得到DWI圖像及表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient,ADC)。然而，由于微循環(huán)灌注及細(xì)胞膜等影響，組織內(nèi)水分子運動并非呈正態(tài)分布，于是，有學(xué)者對傳統(tǒng)DWI進行了改良，提出了基于體素內(nèi)不相干運動的擴散加權(quán)成像[1](intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIM-DWI)及擴散峰度成像[2](diffusion kurtosis imaging，DKI)模型，試圖通過多參數(shù)(D、D*、f、MK、MD)檢測，更加真實反映組織細(xì)胞內(nèi)水分子運動狀態(tài)，從而更好用于腫瘤鑒別診斷與療效評估。

擴散敏感系數(shù)(b值)是DWI檢查的重要參數(shù)之一，其大小由擴散梯度強度、持續(xù)時間及間隔時間決定，主要與擴散梯度強度相關(guān)。李秋菊等[3]把b值分為低(0～200 s/mm2)、中(300～1500 s/mm2)、高(1700～4500 s/mm2)3段，分別反映血流灌注、水分子在細(xì)胞間隙的擴散運動及跨膜運動3個方面的信息，而200～300 s/mm2及1500～1700 s/mm22段b值究竟如何歸屬，作者沒有說明。通過設(shè)定SE-EPI序列不同b值組，我們就可以研究人體不同狀態(tài)下的水分子擴散表現(xiàn)。

傳統(tǒng)擴散加權(quán)成像一般采用2個b值，如0和800 s/mm2，IVIM-DWI及DKI掃描則要設(shè)定更多b值。IVIM-DWI主要研究微循環(huán)灌注信息，低b值組使用較多。DKI主要研究細(xì)胞膜等結(jié)構(gòu)對水分子擴散影響，一般選用高b值組。Grant等[4]在前列腺癌的研究中，IVIM-DWI選用了5個b值，分別為0、188、375、563、750 s/mm2，DKI選用了3個b值，分別為 0、1 000、2 000 s/mm2。

高b值雖然降低信噪比，但可增加圖像對比度，提高小病灶檢出率，還能降低T2穿透效應(yīng)，提高DWI圖像真實度，因此越來越受到重視。

DWI不僅僅是定性檢查，還可通過不同b值組設(shè)定及算法擬合后處理進行定量分析。

傳統(tǒng)擴散加權(quán)成像利用單指數(shù)模型得到的ADC值反映水分子運動的綜合表現(xiàn)，包含微循環(huán)灌注效應(yīng)與真實的水分子轉(zhuǎn)運。Le-Bihan[1]提出的雙指數(shù)模型對微循環(huán)灌注效應(yīng)進行了獨立分析，水分子(主要是細(xì)胞間隙的)熱運動(布朗運動)用真實擴散系數(shù)(D)描述，D值表示真實的水分子擴散受限程度；血液中的水分子(隨血流運動，即灌注)用偽擴散系數(shù)(D*)及灌注分?jǐn)?shù)(f)描述，灌注分?jǐn)?shù)f值主要反映體素內(nèi)血管床占比，而D*值多與血流運動速率有關(guān)[5-6]。Joo等[7]在用血管破壞劑CKD-516治療兔子肝腫瘤的研究中發(fā)現(xiàn)，CKD-516注入肝腫瘤4 h后，f值與D*值迅速降低。

事實上，由于細(xì)胞膜及其它組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響，水分子運動并非高斯分布，為此Jenson教授等[2]提出了擴散峰度成像理論，得出校正擴散系數(shù)MD及擴散峰值(MK)。MD指校正后水分子擴散系數(shù)。MK值指體素內(nèi)水分子擴散運動偏離高斯分布程度，反映組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，MK越大，與高斯分布偏離越大，組織結(jié)構(gòu)越復(fù)雜[8]。

2 DWI在腫瘤診斷及療效評估中的應(yīng)用研究

2.1 IVIM-DWI及DKI在腫瘤診斷中的應(yīng)用研究

腫瘤惡性程度或組織學(xué)級別不同，腫瘤細(xì)胞占比及排列緊密程度不同，腫瘤血供豐富程度不同，腫瘤組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度不同，都會使水分子擴散運動產(chǎn)生差異，這種差異可被IVIM-DWI及DKI等檢測出來，用于腫瘤診斷及鑒別診斷。

2.1.1 IVIM-DWI在腫瘤診斷中的應(yīng)用研究 胰腺癌血供較差，正常胰腺組織及胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤血供很豐富。多位學(xué)者[9-10]認(rèn)為，IVIM參數(shù)D*、f有助于鑒別胰腺癌與胰腺正常組織或胰腺癌與胰腺神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤。Granata等[11]在IVIM參數(shù)與肝細(xì)胞癌組織學(xué)分級相關(guān)性研究中發(fā)現(xiàn)，ADC、D、f值在不同組織學(xué)級別間的差異有統(tǒng)計學(xué)意義，肝細(xì)胞癌高級別(3，4級)和低級別(1，2級)ADC、D、f截斷值分別為2.11×10-3mm2/s、 0.94×10-3mm2/s、47.33%。Lu等[12]研究發(fā)現(xiàn)，分化差的直腸癌f值顯著低于分化良好/中度分化者，黏液性直腸癌與非黏液性直腸癌比較，D值更高，D *值更低。

2.1.2 DKI在腫瘤診斷中的應(yīng)用研究 多位學(xué)者[13-14]研究發(fā)現(xiàn)，乳腺惡性腫瘤ADC、MD值低于乳腺良性腫瘤，而MK值高于乳腺良性腫瘤，且在乳腺良惡性病變鑒別方面，DKI特異性比DWI高。

Sun等[13]發(fā)現(xiàn)MK值與乳腺浸潤性導(dǎo)管癌組織學(xué)分級及ki-67表達呈正相關(guān)，而MD值與之呈負(fù)相關(guān)。Jiang等[15]在膠質(zhì)瘤分級及細(xì)胞增殖研究中發(fā)現(xiàn)，DKI參數(shù)有助于區(qū)分高級別與低級別膠質(zhì)瘤，MK值與ki-67呈正相關(guān)，MD值與ki-67呈負(fù)相關(guān)。Ki-67反映腫瘤細(xì)胞增殖程度，腫瘤惡性程度越高，腫瘤細(xì)胞數(shù)量越多，排列越緊密雜亂，不成熟腫瘤血管越豐富，水分子擴散受限就越顯著。因此DKI有助于非侵入性評估腫瘤的惡性程度及腫瘤細(xì)胞增殖水平。

2.2 IVIM-DWI及DKI在腫瘤療效評估中的應(yīng)用研究

抗腫瘤治療有效時，腫瘤組織發(fā)生壞死，細(xì)胞數(shù)量減少，水分子擴散受限程度減輕，腫瘤微循環(huán)灌注也減少，這一變化可在腫瘤形態(tài)發(fā)生變化前檢測出來。

2.2.1 IVIM-DWI在腫瘤療效評估中的應(yīng)用研究 一些學(xué)者認(rèn)為D*或f值對療效評估有意義。Chen等[16]在應(yīng)用IVIM評估鼻咽癌放療效果研究中發(fā)現(xiàn)，放療前D和D *值高提示放療敏感性好。Guo等[17]發(fā)現(xiàn)，鼻咽癌放化療后D值增高，D*值減低。Ding等[18]對口咽鱗癌的研究發(fā)現(xiàn)，ADC、D及f值在放化療后2～3周均明顯升高，提示治療后腫瘤細(xì)胞壞死，局部血流灌注上升。Park等[19]研究發(fā)現(xiàn)，肝癌TACE后碘油沉積良好組治療前D*值明顯高于碘油沉積不良組，提示D*值能前瞻性預(yù)測TACE療效。

也有學(xué)者認(rèn)為D*及f值對腫瘤療效評估無意義，但D值有價值。Hou等[20]發(fā)現(xiàn)D*值及f值在鼻咽癌有效組及無效組之間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義，有效組放療前ADC、D值低于無效組，D值變化率比無效組高并有統(tǒng)計學(xué)意義。Nougaret等[21]研究發(fā)現(xiàn)，直腸癌放化療后D值增高，D*及f值無明顯變化。劉小華等[22]發(fā)現(xiàn)淋巴瘤化療后D值升高，但治療前D 值≤0.48×10-3mm2/s時，化療效果差，表明D值可以預(yù)測淋巴瘤化療效果。

2.2.2 DKI在腫瘤療效評估中的應(yīng)用研究 多位學(xué)者[23-25]研究發(fā)現(xiàn)，在腫瘤療效評估方面，DKI比傳統(tǒng)DWI更敏感。Wu等[23]研究發(fā)現(xiàn)，非霍奇金淋巴瘤化療有效組MD值升高、MK值降低。Yu等[24]在直腸癌新輔助放化療研究中發(fā)現(xiàn)，療效良好組Pre-MD值低于療效不良組，且MD變化率診斷效能高(AUC 0.859)。Hu等[25]在DKI及傳統(tǒng)DWI用于直腸癌新輔助化療研究中則發(fā)現(xiàn)MK-post值診斷效能最高(AUC 0.908，截斷值0.6196)。Wu等[26]研究發(fā)現(xiàn)，鼻咽癌放療后早期有效組pre-MD值顯著高于無效組，而pre-MK值明顯低于無效組，MK值預(yù)測放療反應(yīng)的價值比MD值高。

綜上所述，近年來應(yīng)用IVIM-DWI及DKI進行腫瘤診斷及療效評估的研究逐漸增多，但觀點尚不一致，可能與病例選擇和檢查方案不同及腫瘤異質(zhì)性有關(guān)。盡管IVIM-DWI、DKI在腫瘤診斷及療效評估方面的研究已經(jīng)顯示出較高價值和良好的臨床應(yīng)用前景，但仍有不足之處，其部分參數(shù)(如D*、f值)重復(fù)性及穩(wěn)定性還有待提高，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的掃描規(guī)范尚未形成，因b值組及IVIM后處理的擬合算法不同造成的結(jié)果參數(shù)差異[27-28]仍無法消除，且有關(guān)胸部及骨肌系統(tǒng)腫瘤的研究還較少，這些都有待今后更加深入的研究。