多模态DWI在急性胰腺炎严重程度分级中的价值

石林， 郑小华， 黄小华， 刘翠兰， 刘梦苓， 徐红霞

随着高场MRI的普及和并行采集、快速梯度回波等新技术的进步，MRI在诊断急性胰腺炎(acute pancreatitis,AP)及其并发症方面已得到广泛应用[1-3]，单指数模型DWI在AP中的应用价值已得到认可[4]。近年来，基于体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion,IVIM)[5]理论的双指数模型在AP中的应用取得了一定成果，而基于水通道蛋白(aquaporin，AQP)[6]的拉伸指数模型扩散加权成像(DWI)尚处于研究阶段[4,7]，临床应用较少，在AP方面的应用尚未见临床报道。因此，本文采用14个b值(0～2000 s/mm2)的多指数模型DWI对AP进行深入研究，拟探讨多b值DWI单指数、双指数、拉伸指数模型定量参数在AP临床严重程度分级中的价值。

材料与方法

1.临床资料

随机收集我院2016年8月-2017年3月经临床确诊的AP患者58例，根据纳入标准、排除标准筛选出53例(AP组)，所有患者均行内科保守治疗，其中42例经治疗后痊愈。53例AP患者中，男28例，女25例，年龄18～78岁，平均年龄(48±17)岁。

纳入标准：①住院48 h内行MRI检查；②表现为与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表现符合AP的影像学改变；⑤无MRI检查禁忌症；⑥胰腺DWI图像符合诊断标准。排除标准：①有金属异物干扰上腹部MRI检查；②临床症状较重难以配合检查或图像质量较差难以进行测量者；③临床资料不全；④合并失代偿期肝硬化或低白蛋白血症(<30 g/L)；⑤合并腹腔、腹膜后间隙其他感染性、肿瘤性或出血性疾病。

随机选取我院同期正常志愿者20例作为对照组(normal patient，NP)，其中男12例，女8例，年龄25～69岁，平均年龄(53±13)岁。

所有受试者的临床及相关实验室检查均在入院第1～3 d内采集。本研究经本院伦理委员会同意批准执行，MRI扫描前受试者均签订MRI检查知情同意书。

2.检查方法

采用GE Discovery MR 750 3.0T超导磁共振扫描仪，32通道相控阵列线圈。检查前禁饮禁食6 h，并训练受试者均匀呼吸。检查时取仰卧位，双臂上举，足先进。经三平面定位后，行上腹部常规T1WI、T2WI、肝脏快速容积采集(liver acceleration volume acquisition，LAVA)多期动态增强扫描(对比剂为Gd-DTPA)，然后行横轴面自由呼吸多b值DWI序列扫描。DWI采用平面回波成像(EPI)，呼吸门控触发扫描后行校准扫描。相关参数：视野为34 cm×27 cm，频率编码方向为左右，层厚6.0 mm，回波时间取最小值，激励次数为1～4次，矩阵为192×192；14个b值取0、25、50、75、100、150、200、400、600、800、1000、1200、1500、2000 s/mm2。

3.数据处理

测量DWI参数值:将原始图像数据传输至MR工作站(GE Advantage Windows 4.4 Workstation)。选取Function Tool 2软件包中的 MADC软件进行后处理，用阈值法去除周围脂肪、骨、气体等组织的影像，获得 DWI图、标准ADC(standard ADC)图、慢速扩散ADC(slow ADC mono)图、快速扩散ADC(fast ADC mono)图、快速扩散ADC值分数(Ff ADC mono)图、慢速扩散ADC值(slow ADC Bi)图、快速扩散ADC值(fast ADC Bi)图、快速扩散ADC值分数(Ff ADC Bi)图、水分子扩散异质性指数(α)图及扩散分布系数(distributed diffusion coefficient，DDC)图。由两名经验丰富的放射科医师(具有五年以上工作经验)分别对AP组和NP组单指数、双指数、拉伸指数各参数图进行参数值测量：分别在胰头、体、尾三区最佳显示层面的DWI参数图上放置ROI，每一部位均测3次，并取平均值。在测量过程中，ROI尽量避开血管、胰管及囊变坏死区，ROI大小(39±1) mm2。

AP的严重程度分级标准:本研究根据《急性胰腺炎诊治指南(2014)》中的磁共振严重指数(magnetic resonance severity index,MRSI)评分标准(表1)对AP组进行严重程度分级：<3.0分为轻度，4.0～6.0分为中重度，≥7.0分为重度。

4.统计学分析

采用SPSS 19.0软件进行统计学分析。计量资料采用均数±标准差表示。AP组与NP组间单指数、双指数、拉伸指数模型各参数值的比较采用独立样本t检验；轻度、中重度、重度AP间各参数的比较采用方差分析，不同严重程度AP间进行LSD两两比较。P<0.05为差异有统计学意义。

图1 男，23岁，AP患者。a) DWI示时胰腺弥漫性肿大，正常胰腺花边样切迹消失，信号呈不均匀增高，可见条片状高信号； b) ADC standard伪彩图； c) slow ADC mono伪彩图； d) fast ADC mono伪彩图； e) Ff ADC mono伪彩图； f) slow ADC Bi伪彩图； g) fast ADC Bi伪彩图； h) Ff ADC Bi伪彩图； i) DDC伪彩图； j) α伪彩图。

表2 AP组与NP组的DWI多指数模型参数值的比较

表3 部分参数在不同严重程度AP间的单因素方差分析

表1 AP的MRSI评分标准

结 果

根据MRSI的评分标准，本组53例AP中，轻度21例，中重度26例，重度6例。AP组和NP组单指数、双指数、拉伸指数模型各参数伪彩图见图1、2。

单指数模型参数standard ADC，双指数模型参数Ff ADC-mono，拉伸指数模型参数DDC、α值在AP组和NP组间具有统计学差异(P均<0.01)；其余参数在两组间均无统计学差异(P均>0.05，表2)。

对轻度、中重度、重度AP间的standard ADC、Ff ADC mono、DDC和α值进行单因素方差分析，结果显示不同严重程度AP之间的standard ADC、Ff ADC mono、DDC和α值均具有统计学意义(F=7.064，10.669，5.571，4.455，P均<0.05，表3)。LSD两两比较结果显示：Ff ADC mono、α值对区分轻度与中重度AP具有统计学意义(P均<0.05)；standard ADC、Ff ADC mono、DDC值对区分轻度与重度AP具有显著统计学意义(P均<0.01)，α值对区分轻度与重度AP有统计学意义(P<0.05)；standard ADC、Ff ADC mono、DDC值对区分中重度与重度AP具有统计学意义(P均<0.05，表4)。

图2 男，30岁，正常志愿者。a) DWI示胰腺组织呈均匀稍低信号，与肝脏信号类似，低于脾脏及肾脏信号强度； b) ADC standard伪彩图； c) slow ADC mono伪彩图； d) fast ADC mono伪彩图； e) Ff ADC mono伪彩图； f) slow ADC Bi伪彩图； g) fast ADC Bi伪彩图； h) Ff ADC Bi伪彩图； i) DDC伪彩图； j) α伪彩图。

表4 不同严重程度AP间的LSD两两比较(P值)

讨 论

AP按严重程度可分为轻度、中重度和重度。轻度AP仅需对症支持治疗，而病情较重者可发生多种并发症，并伴发严重的代谢紊乱，有潜在的致死性，早期治疗将直接决定其预后，因此，准确评估AP的临床严重程度尤为重要。

影像学评估AP严重程度的标准有Balthazar分级、CT严重指数(computed tomography severity index，CTSI,CTSI)和MRSI。目前CT仍为诊断AP的金标准，而MRI在AP诊断中的价值已得到广泛认可。据文献报道，DWI可描述体素水平组织内水分子扩散，不用对比剂即可显示轻症胰腺炎，较CT更敏感，且能更清楚的显示其并发症，有望逐渐取代CT作为首选确诊检查方法[1,2]。

既往有关胰腺DWI的研究多采用单指数模型。随着研究的不断深入，部分多b值DWI研究发现，DWI信号随b值增大并不遵循单指数递减规律[4]。单指数模型受质子密度、T2效应和水分子扩散等混合因素的影响，不能完全真实的反映组织的扩散状态，不能很好的描述AP的生物学行为，为此，学者们提出了新的多b值拟合方式。

与单指数模型DWI相比，基于IVIM理论的双指数模型[5]可分别定量组织的微循环灌注与水分子的自由扩散，能更真实的描述水分子的扩散信息。而AQP的发现，将研究引入了代谢领域。研究表明，病理状态下水分子的主动转运可发挥更大的作用。在Agre等[7]的研究基础上，Bennett等[6]提出了反映组织结构和功能代谢复杂程度的拉伸指数模型DWI，并获得水分子扩散异质性指数(α)和扩散分布系数(DDC)；α的变化范围为0～1，代表体素内水分子扩散的不均质性，DDC代表体素内平均扩散速率。

已有许多学者采用传统单指数模型DWI对AP进行研究。Thomas等[4]对27例AP和38例正常胰腺的对比研究(b=0、800 s/mm2)发现，AP的ADC值明显低于正常胰腺。本研究中，AP组的standard ADC值明显低于NP组(t=3.095,P=0.003)，与既往文献相符。Yencilek等[8]对50例AP进行单指数DWI研究发现，AP组的ADC值较正常组明显降低，且越严重AP的ADC值越低。本研究结果显示，单指数模型参数standard ADC对区分轻度与中重度AP无统计学意义(P=0.074)，对区分中重度与重度AP有统计意义(P<0.05)，对区分轻度与重度AP有显著统计学意义(P<0.01)，与既往研究基本相符。

Kim等[9]用10个b值进行1.5T的基于IVIM的双指数DWI研究表明，AP的D*值明显低于正常胰腺。本研究中，AP组的fast ADC Bi为(0.018±0.014)×10-3mm2/s，NP组的fast ADC Bi为(0.021±0.019)×10-3mm2/s，AP组的fast ADC Bi低于NP组，这可能是由于AP状态下胰腺间质炎性水肿，胰腺细胞增大、细胞间隙缩小导致扩散受限；同时，AP病变组织也可能侵犯周围血管，并发假性动脉瘤，其渗出胰液可侵蚀周围微血管，导致灌注减低。此外，本研究还发现，Ff ADC mono对区分轻度与中重度AP有统计学意义(P<0.05)，对区分中重度与重度AP、轻度与重度AP均有显著统计学意义(P均<0.01)。本研究中，AP组的双指数模型参数slow ADC mono、fast ADC mono、Ff ADC mono、slow ADC Bi、fast ADC Bi值均小于NP组，而Ff ADC Bi值稍大于NP组(该参数值的离散度最大，AP组、NP组中的标准差分别为0.113和0.15)，可能是因为本研究收集的AP病例较少，样本的局限性导致Ff ADC Bi数值的偏差。

拉伸指数模型可通过AQP的转运状态反映组织的功能代谢信息，有利于组织良恶性的判断[10]。目前，拉伸指数DWI在AP方面的研究尚未见报道。本研究发现DDC和α值具有良好的可重复性，AP组和NP组间的DDC值和α值均具有统计学差异，AP组的α值明显大于NP组(P<0.01)，而DDC值明显小于NP组(P<0.01)。α和DDC分别反映组织的复杂程度和体素内平均扩散速率，表明AP组织成分较正常胰腺复杂得多，体素内水分子扩散呈高度不均质性，且体素内平均扩散速率较正常胰腺明显降低。本研究结果显示，DDC无法区分轻度与中重度AP(P=0.059)，但能区分中重度与重度AP(P=0.046)，以及轻度与重度AP(P=0.002)；α值无法区分中重度与重度AP(P=0.253)，但可区分轻度与中重度AP(P=0.026)、以及轻度与重度AP(P=0.013)。

多指数模态DWI可在细胞和分子水平探索组织的生理学特点。基于IVIM理论的双指数模型能更准确地量化水分子的扩散运动，揭示组织的异质性；拉伸指数模型可描述体素水平的病理生理学变化。总之，多指数模态DWI的综合应用有利于AP的诊断及严重程度分级。