磁共振扩散加权成像在肿瘤诊断中的应用进展

晏美莹综述 刘 岚 徐仁根审校

人体富含水，发生病变时，水分子运动必然发生改变。磁共振扩散加权成像(diffusion weighted imaging,DWI)是目前监测水分子运动的唯一无创检查技术，应用该技术可观察肿瘤发生、发展过程中内部微观结构的变化。本文对磁共振DWI技术在肿瘤诊断与疗效评估方面的应用进行综述，旨在推进这一技术的临床应用。

1 DWI成像及后处理机理

传统扩散加权成像基于细胞间隙水分子布朗运动，通过SE-EPI序列及单指数模型，得到DWI图像及表观扩散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)。然而，由于微循环灌注及细胞膜等影响，组织内水分子运动并非呈正态分布，于是，有学者对传统DWI进行了改良，提出了基于体素内不相干运动的扩散加权成像[1](intravoxel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIM-DWI)及扩散峰度成像[2](diffusion kurtosis imaging，DKI)模型，试图通过多参数(D、D*、f、MK、MD)检测，更加真实反映组织细胞内水分子运动状态，从而更好用于肿瘤鉴别诊断与疗效评估。

扩散敏感系数(b值)是DWI检查的重要参数之一，其大小由扩散梯度强度、持续时间及间隔时间决定，主要与扩散梯度强度相关。李秋菊等[3]把b值分为低(0～200 s/mm2)、中(300～1500 s/mm2)、高(1700～4500 s/mm2)3段，分别反映血流灌注、水分子在细胞间隙的扩散运动及跨膜运动3个方面的信息，而200～300 s/mm2及1500～1700 s/mm22段b值究竟如何归属，作者没有说明。通过设定SE-EPI序列不同b值组，我们就可以研究人体不同状态下的水分子扩散表现。

传统扩散加权成像一般采用2个b值，如0和800 s/mm2，IVIM-DWI及DKI扫描则要设定更多b值。IVIM-DWI主要研究微循环灌注信息，低b值组使用较多。DKI主要研究细胞膜等结构对水分子扩散影响，一般选用高b值组。Grant等[4]在前列腺癌的研究中，IVIM-DWI选用了5个b值，分别为0、188、375、563、750 s/mm2，DKI选用了3个b值，分别为 0、1 000、2 000 s/mm2。

高b值虽然降低信噪比，但可增加图像对比度，提高小病灶检出率，还能降低T2穿透效应，提高DWI图像真实度，因此越来越受到重视。

DWI不仅仅是定性检查，还可通过不同b值组设定及算法拟合后处理进行定量分析。

传统扩散加权成像利用单指数模型得到的ADC值反映水分子运动的综合表现，包含微循环灌注效应与真实的水分子转运。Le-Bihan[1]提出的双指数模型对微循环灌注效应进行了独立分析，水分子(主要是细胞间隙的)热运动(布朗运动)用真实扩散系数(D)描述，D值表示真实的水分子扩散受限程度；血液中的水分子(随血流运动，即灌注)用伪扩散系数(D*)及灌注分数(f)描述，灌注分数f值主要反映体素内血管床占比，而D*值多与血流运动速率有关[5-6]。Joo等[7]在用血管破坏剂CKD-516治疗兔子肝肿瘤的研究中发现，CKD-516注入肝肿瘤4 h后，f值与D*值迅速降低。

事实上，由于细胞膜及其它组织细胞结构的影响，水分子运动并非高斯分布，为此Jenson教授等[2]提出了扩散峰度成像理论，得出校正扩散系数MD及扩散峰值(MK)。MD指校正后水分子扩散系数。MK值指体素内水分子扩散运动偏离高斯分布程度，反映组织结构复杂程度，MK越大，与高斯分布偏离越大，组织结构越复杂[8]。

2 DWI在肿瘤诊断及疗效评估中的应用研究

2.1 IVIM-DWI及DKI在肿瘤诊断中的应用研究

肿瘤恶性程度或组织学级别不同，肿瘤细胞占比及排列紧密程度不同，肿瘤血供丰富程度不同，肿瘤组织结构复杂程度不同，都会使水分子扩散运动产生差异，这种差异可被IVIM-DWI及DKI等检测出来，用于肿瘤诊断及鉴别诊断。

2.1.1 IVIM-DWI在肿瘤诊断中的应用研究 胰腺癌血供较差，正常胰腺组织及胰腺神经内分泌肿瘤血供很丰富。多位学者[9-10]认为，IVIM参数D*、f有助于鉴别胰腺癌与胰腺正常组织或胰腺癌与胰腺神经内分泌肿瘤。Granata等[11]在IVIM参数与肝细胞癌组织学分级相关性研究中发现，ADC、D、f值在不同组织学级别间的差异有统计学意义，肝细胞癌高级别(3，4级)和低级别(1，2级)ADC、D、f截断值分别为2.11×10-3mm2/s、 0.94×10-3mm2/s、47.33%。Lu等[12]研究发现，分化差的直肠癌f值显著低于分化良好/中度分化者，黏液性直肠癌与非黏液性直肠癌比较，D值更高，D *值更低。

2.1.2 DKI在肿瘤诊断中的应用研究 多位学者[13-14]研究发现，乳腺恶性肿瘤ADC、MD值低于乳腺良性肿瘤，而MK值高于乳腺良性肿瘤，且在乳腺良恶性病变鉴别方面，DKI特异性比DWI高。

Sun等[13]发现MK值与乳腺浸润性导管癌组织学分级及ki-67表达呈正相关，而MD值与之呈负相关。Jiang等[15]在胶质瘤分级及细胞增殖研究中发现，DKI参数有助于区分高级别与低级别胶质瘤，MK值与ki-67呈正相关，MD值与ki-67呈负相关。Ki-67反映肿瘤细胞增殖程度，肿瘤恶性程度越高，肿瘤细胞数量越多，排列越紧密杂乱，不成熟肿瘤血管越丰富，水分子扩散受限就越显著。因此DKI有助于非侵入性评估肿瘤的恶性程度及肿瘤细胞增殖水平。

2.2 IVIM-DWI及DKI在肿瘤疗效评估中的应用研究

抗肿瘤治疗有效时，肿瘤组织发生坏死，细胞数量减少，水分子扩散受限程度减轻，肿瘤微循环灌注也减少，这一变化可在肿瘤形态发生变化前检测出来。

2.2.1 IVIM-DWI在肿瘤疗效评估中的应用研究 一些学者认为D*或f值对疗效评估有意义。Chen等[16]在应用IVIM评估鼻咽癌放疗效果研究中发现，放疗前D和D *值高提示放疗敏感性好。Guo等[17]发现，鼻咽癌放化疗后D值增高，D*值减低。Ding等[18]对口咽鳞癌的研究发现，ADC、D及f值在放化疗后2～3周均明显升高，提示治疗后肿瘤细胞坏死，局部血流灌注上升。Park等[19]研究发现，肝癌TACE后碘油沉积良好组治疗前D*值明显高于碘油沉积不良组，提示D*值能前瞻性预测TACE疗效。

也有学者认为D*及f值对肿瘤疗效评估无意义，但D值有价值。Hou等[20]发现D*值及f值在鼻咽癌有效组及无效组之间的差异无统计学意义，有效组放疗前ADC、D值低于无效组，D值变化率比无效组高并有统计学意义。Nougaret等[21]研究发现，直肠癌放化疗后D值增高，D*及f值无明显变化。刘小华等[22]发现淋巴瘤化疗后D值升高，但治疗前D 值≤0.48×10-3mm2/s时，化疗效果差，表明D值可以预测淋巴瘤化疗效果。

2.2.2 DKI在肿瘤疗效评估中的应用研究 多位学者[23-25]研究发现，在肿瘤疗效评估方面，DKI比传统DWI更敏感。Wu等[23]研究发现，非霍奇金淋巴瘤化疗有效组MD值升高、MK值降低。Yu等[24]在直肠癌新辅助放化疗研究中发现，疗效良好组Pre-MD值低于疗效不良组，且MD变化率诊断效能高(AUC 0.859)。Hu等[25]在DKI及传统DWI用于直肠癌新辅助化疗研究中则发现MK-post值诊断效能最高(AUC 0.908，截断值0.6196)。Wu等[26]研究发现，鼻咽癌放疗后早期有效组pre-MD值显著高于无效组，而pre-MK值明显低于无效组，MK值预测放疗反应的价值比MD值高。

综上所述，近年来应用IVIM-DWI及DKI进行肿瘤诊断及疗效评估的研究逐渐增多，但观点尚不一致，可能与病例选择和检查方案不同及肿瘤异质性有关。尽管IVIM-DWI、DKI在肿瘤诊断及疗效评估方面的研究已经显示出较高价值和良好的临床应用前景，但仍有不足之处，其部分参数(如D*、f值)重复性及稳定性还有待提高，标准统一的扫描规范尚未形成，因b值组及IVIM后处理的拟合算法不同造成的结果参数差异[27-28]仍无法消除，且有关胸部及骨肌系统肿瘤的研究还较少，这些都有待今后更加深入的研究。