IVIM-DWI技术在肝脏弥漫性病变中的研究进展

单群刚 王 劲

IVIM-DWI技术在肝脏弥漫性病变中的研究进展

单群刚 王 劲*

在生物组织中体素内不相干运动（IVIM）包括体素内水分子扩散和微循环灌注，IVIM双指数模型可以精确描述DWI信号衰减与b值的关系，分别获取反映组织水分子扩散和微循环灌注的参数。近年来，IVIM成像在肝脏弥漫性病变的检测与分级中应用越来越多。主要阐述肝脏IVIM成像的原理、影响因素及可重复性以及在弥漫性病变中的诊断价值。

肝脏；体素内不相干运动；可重复性；弥漫性肝脏病变

Int J Med Radiol，2016，39（6）：645-648

MR扩散加权成像（diffusion weighted imaging, DWI）是目前观察活体组织内水分子微观运动最理想的成像方法，与传统MRI技术主要依赖组织的T1、T2值及质子密度不同，它主要依赖于组织中水分子的运动。对于生物组织而言，水分子的运动主要包括水分子的扩散运动和毛细血管内的微循环灌注两方面。体素内存在上述两种运动，因此DWI信号包含了水分子扩散和微循环灌注两种成分，传统的单指数模型通过表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）反映组织的扩散活动，但ADC受血流灌注的影响，因此并不能真实地反映组织的水分子运动情况。Le Bihan等[1]在20世纪80年代首先提出了体素内不相干运动（intravoxel incoherent motion，IVIM）的概念，它包括体素内水分子扩散和微循环灌注，IVIM双指数模型可以精确描述DWI信号衰减与b值的关系，分别获取反映组织水分子扩散和微循环灌注的参数。IVIM成像最早应用于中枢神经系统[2]，近年来随着MR技术的不断更新与发展，在腹部尤其是在肝脏疾病中得到越来越多的应用[3]，主要应用于弥漫性肝脏病变的检测及分级、肝脏局灶性病变的鉴别诊断、肝脏恶性肿瘤疗效评估等。目前很多研究者在IVIM成像的可重复性方面进行了大量的研究。本文主要阐述肝脏IVIM成像的可重复性及其在弥漫性病变中的诊断价值。

1 IVIM成像基本原理及测量指标

通过单指数模型得到的ADC值是一个反映水分子扩散和微循环灌注的参数，用小b值进行DWI，ADC值受血流灌注影响更大；用大b值进行DWI，ADC值受血流灌注影响相对较小，基本可以反映水分子的扩散运动。根据Le Bihan等[1]提出的IVIM理论，组织内DWI信号的衰减受水分子扩散运动和毛细血管微循环灌注的影响，使用双指数模型可以分别量化这两种成分。组织内局部信号衰减

与b值的关系可以用以下公式来表示：Sb/S0=（1-f）· exp（-bD）+f·exp（-bD*），b为扩散敏感因子，单位为s/mm2；Sb和S0分别为相应b值与不施加扩散敏感梯度场时同一体素的信号强度。D为真实水分子扩散系数或纯扩散系数，表示体素内单纯的水分子扩散效应；D*为假性扩散系数或灌注相关扩散系数，表示体素内由于微循环灌注所致扩散效应，与血流速度和毛细血管几何形态有关；f为灌注分数，表示体素内微循环所致灌注效应占总体的扩散效应的比例，与毛细血管血容量有关。采用多个b值进行DWI，并通过双指数模型对DWI数据进行拟合，可以获得IVIM参数D、D*和f。

2 肝脏IVIM成像的影响因素

IVIM成像应用于肝脏疾病诊断需要确保IVIM参数具有较高的可重复性。IVIM参数的可重复性受多种因素影响，比如扩散梯度极性、呼吸采集方式、b值的大小和数量、兴趣区（region of interest，ROI）的大小及位置、病灶本身的性质等，并且在同样成像条件下不同参数的可重复性也不相同。目前IVIM成像并没有一种公认的标准化方案。

2.1 扩散梯度极性和呼吸采集方式不同的扩散梯度极性和呼吸采集方式会对IVIM参数的可重复性产生影响。Dyvorne等[4]以健康志愿者和丙肝病人为研究对象，采用呼吸门控（respiratory-triggered，RT）双极扩散梯度（bipolar，BP）、自由呼吸（free breathing，FB）单极扩散梯度（monopolar，MP）、呼吸门控单极扩散梯度（RTMP）、自由呼吸双极扩散梯度（FBBP）4种序列进行扫描，结果表明，RT BP和FB MP序列IVIM参数可重复性优于RT MP和FB BP序列。采用屏气呼吸得到的ADC值比呼吸门控更稳定[5-6]；而呼吸门控DWI可以使用更多的b值，因此与屏气呼吸相比，具有更好的影像质量和更高的信噪比，有利于提高病灶的检出率[7-8]。Chen等[9]以健康志愿者为研究对象，将FB、RT、多次屏气（multiple breath-hold，MBH）、导航门控（navigator-triggered，NT）4种呼吸采集方式ADC值可重复性进行了比较，结果表明，FB、RT、NT技术ADC值可重复性优于MBH技术。心脏门控技术（electrocardiographytriggered，ET）可以减少心脏搏动导致的肝左叶的运动伪影，但要以增加采集时间为代价，因此其临床应用受到一定的限制[10-12]。

2.2 b值b值对IVIM参数可重复性也有影响。增加b值的数量可以提高ADC值的可重复性[5]。 Cohen等[13]研究表明，IVIM成像所采用的低b值（0＜b＜50 s/mm2）的数量对于D*大小和可重复性均有影响。如果使用的低b值的数量少，D*会被低估；使用较多的低b值会增加D*的可重复性。因此在进行肝脏IVIM成像时推荐使用至少2个低b值（0＜b＜50 s/mm2）。

2.3 ROI的大小和位置IVIM参数的可重复性还与ROI的大小和位置有关。相比大面积的病灶，小面积病灶的ADC值可重复性较差，这可能是因为小面积的病灶更容易受部分容积效应的影响[11]。肝右叶的ADC、D、f的可重复性高于肝左叶，这是由于肝左叶容易受心脏搏动的影响[9-11]。肝实质IVIM参数的可重复性好于肿瘤，这主要是由于与肝实质相比，肿瘤具有不均质性[11,14]。

此外，体内其他生理活动如腺体分泌、导管或轴突液体流动等也会引起信号衰减，且很难与血流灌注区分，这有可能会影响灌注相关参数（f和D*）的诊断性能[15]。

总之，IVIM参数可重复性的影响因素复杂多样，由于设备、成像条件、研究对象、拟合模型、图像后处理不同[4,14,16-18]，不同研究者的研究结果存在一定的差异。IVIM成像的可重复性还有待进一步探索。

3 IVIM成像在肝脏弥漫性病变中的诊断价值

3.1 肝纤维化和肝硬化IVIM参数可用于肝纤维化和肝硬化的评估。大多数研究者的研究表明f可用于肝纤维化的检测，由于肝纤维化导致肝脏血流灌注减少，f值往往降低[4,16-17,19-25]；但也有研究者[26-28]认为，由于肝纤维化门静脉压力升高导致门静脉血流减少，进而引起肝动脉继发性扩张，因此与血容量相关的f值变化并不大。由于肝纤维化引起肝实质及血管结构扭曲进而导致血流速度减慢、毛细血管长度缩短，同时门静脉高压导致门静脉血流减少，因此与血流速度和毛细血管长度相关的D*降低[21,23,25]。另有研究表明，D在肝纤维化的检测中也有一定的应用价值，肝纤维化引起细胞外胶原蛋白沉积和细胞内脂滴增加，导致水分子扩散受限，表现为D减小[21-22,24]；但也有一些研究者[17,19-20]认为，在肝纤维化、肝硬化中，相比肝脏血流灌注下降，水分子扩散受限并不是主要的病理生理变化，因此与正常肝实质相比，其灌注相关参数f和D*下降而D并没有显著变化。近年来IVIM对不同肝纤维化分期的鉴别已成为研究的热点，灌注相关参数D*和f随着肝纤维化分期的增加而减小[17,20-25]，但ADC和

D与肝纤维化分期是否有相关性尚存在一定的争议，有些研究者[17,21,24]的研究表明，ADC随肝纤维化分期的增加而减小，而Wu等[25]认为ADC与肝纤维化分期没有明显的相关性。一些研究者[17,21-22,24]报道D随肝纤维化分期的增加而减小，但也有研究者[20,23,25]认为D与肝纤维化分期并没有明显的相关性。目前IVIM对单病因肝纤维化、肝硬化评估的报道还非常少，Dyvorne等[4]将7名健康志愿者与13例丙肝肝纤维化病人的IVIM参数值进行比较，发现丙肝肝纤维化组的D和f显著降低，而D*则没有明显变化，这可能是由于D*的可重复性较差。Lu等[22]将17名健康志愿者与34例乙肝肝纤维化病人的IVIM参数值进行比较，结果表明乙肝肝纤维化组的D、D*、f均显著低于健康志愿者组，并且随着肝纤维化分期的增加D*和f显著减小。以上研究结果的差异可能与成像条件、研究对象等不同有关，IVIM对肝纤维化、肝硬化的评估还需要进一步研究。

3.2 非酒精性脂肪肝病IVIM参数可用于非酒精性脂肪肝病的早期无创诊断及分级。Joo等[18]对兔肝模型进行研究，结果表明非酒精性脂肪肝病组的f显著低于正常组，原因是肝细胞脂肪沉积与细胞容积的增加以及血管周围纤维化导致微循环灌注下降。f与脂肪肝严重程度呈负相关，并可用于早期非酒精性脂肪性肝炎与单纯脂肪变性的鉴别。而Guiu等[29]将伴有和不伴有脂肪肝的2型糖尿病病人的IVIM参数进行比较，由于脂肪肝T2值增加，其f升高，这与Joo等[18]的研究结果不同，主要是由于后者的研究中有更多的严重脂肪肝受试对象，因此血容量减少更加显著，从而引起f降低。脂肪肝D*降低[29-30]，这是由于脂肪肝细胞增大导致肝窦间隙缩小、变形，进而导致肝实质血流灌注降低。脂肪肝病人肝细胞内充满脂滴以及肝细胞肿胀，导致水分子扩散受限，从而引起D降低[29-30]；但Joo等[18]研究表明，炎症反应可以引起细胞间隙液体增加，可能抵消掉水分子扩散受限作用，D反而升高。

4 其他成像技术对肝脏弥漫性病变的诊断价值

MR弹力成像（magnetic resonance elastography，MRE）是一种无创性测量组织硬度的成像技术，肝脏硬度随着肝纤维化程度的加重而增加，相比传统的影像检查方法，MRE在早期肝硬化、肝纤维化的检出方面具有一定的优势，并可以对肝硬化、肝纤维化进行分期[31]。Ichikawa等[20]研究表明，MRE对肝纤维化的诊断性能优于IVIM成像，这可能是由于肝实质血流灌注下降并不是肝纤维化的发病基础，而是间接反映其病理生理变化。声辐射力脉冲成像（acoustic radiation force impulse imaging，ARFI）是一种可以无创评估组织硬度的实时超声成像技术，其测得剪切波速度（Vs）随着肝纤维化程度的加重而增高，与瞬时弹性成像（transient elastography,TE）技术相比，ARFI具有可在B超引导下取样、不受肥胖、腹水等因素限制的优点[32]。Wu等[25]对IVIM和ARFI评估肝纤维化程度的对比研究表明，D*与Vs均可用于肝纤维化的无创、定量评估且诊断性能相当，但D*可以将F4与F0、F1、F2区分开（F表示肝纤维化METAVIR病理分期），而Vs不能，D*的这一特性有助于鉴别可逆与不可逆的肝纤维化。

5 局限性及展望

IVIM成像可以分离组织的单纯水分子扩散运动和血流灌注效应，得到D、D*、f共3个参数，相对于传统的DWI单指数模型得到的ADC值，它们能够更准确、真实地反映肝脏疾病的病理生理变化，但是IVIM参数影响因素复杂多样，其可重复性还有待进一步研究。IVIM成像在肝脏疾病的早期诊断、鉴别诊断、分级以及恶性肿瘤疗效的早期无创评估等方面均有重要的临床价值。其他功能成像技术与IVIM成像的联合应用可以为疾病的诊断提供更多的信息,随着MR硬件和IVIM模型的不断发展与完善，IVIM成像的影像质量和参数的可重复性以及IVIM的诊断性能均将得到进一步提高，其科研及临床应用前景也将会更加广阔。

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（收稿2015－12－31）

Research advances of intravoxel incoherent motion imaging in diffusion liver disease

SHAN Qungang,WANG Jin.
Department of Radiology,The Third Affiliated Hospital,Sun Yat-sen University,Guangzhou 510630,China

In vivo intravoxel incoherent motion(IVIM)reflects true molecular diffusion and microcirculation of blood within a voxel.By use of the IVIM model,the relationship between signal attenuation and increasing b value could be described precisely and quantitative parameters that separately reflect the molecular diffusion of water and the microcirculation of blood could be derived.In recent years,IVIM has been increasingly applied in detection and staging of diffusion liver diseases.In this article we mainly reviewed the principles,effect factors and reproducibility of IVIM and its diagnostic performance for diffusion liver disease.

Liver;Intravoxel incoherent motion;Reproducibility;Diffusion liver disease

10.19300/j.2016.Z4066

R575；R445.2

A

中山大学附属第三医院放射科，广州510630

王劲，E-mail:wangjin3@mail.sysu.edu.cn

*审校者

国家自然科学基金（81271562）；广州市科技计划项目（2012J4100084）；广东省自然科学基金项目（S2013010012202）