作者：陶奉明，刘爱连，刘静红，陈丽华，大连医科大学附属第一医院放射科

扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）是一种以爱因斯坦方程为基础观察组织内水分子扩散的无创性检查技术，可对组织进行定量测量。其最初被广泛应用于急性脑缺血疾病的检出，后来学者发现肿胀脑细胞内水分子扩散的衰减与b值并不始终呈线性关系，在低b值部分两者呈曲线关系。学者应用体素内不相干运动（introvoxel incoherent motion，IVIM）理论对此进行了解释，认为这种非线性关系是由组织中毛细血管的灌注作用所致。

IVIM是在DWI的基础上分析组织非高斯扩散的一种非单指数模型，这种非高斯扩散不仅包括水分子扩散，还有源自组织中的毛细血管灌注作用，临床上多应用双指数模型定量计算水分子扩散受限情况及毛细血管的灌注信息。随着先进硬件及多通道体部线圈的研发，DWI已广泛应用于腹部，并在病灶检出方面发挥重要作用。同时文献报道，IVIM在病灶定性、病理分级、治疗评估上也取得较好的结果。现就DWI在肝脏局灶性病变中的研究进展予以综述。

1.DWI与IVIM的成像原理

DWI序列设计是以自旋回波T2加权序列为基础，在180°脉冲前后加上一对大小相等、方向相反的弥散梯度回聚脉冲。目前，临床主要采用切层率高、扫描时间短的平面回波成像（echo planar imaging，EPI）序列进行扫描。DWI通过表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）对水分子扩散受限程度进行定量评估，ADC值是b值与信号强度的对数之间的线性斜率，它能定量反映组织细胞性、细胞膜的完整性等。ADC的计算公式为Sb/S0=exp（－b×ADC），其中S0、Sb是不同b值对应的信号强度；b值是对扩散敏感性的描述。

组织中的水分子因细胞膜、纤维、蛋白等物质的限制，其扩散形式不再遵守高斯扩散定律，所以爱因斯坦方程也不能充分描述磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）信号的扩散效应，尤其是随着b值增大，ADC值衰减更明显。随后科学家引入IVIM概念对此进行解释。IVIM的最主要特征是在不需要注入对比剂的情况下获得组织中毛细血管的灌注信息，其公式为Sb/S0=（1－f）×exp（－b×D）+f×exp（－b×D*），其中D为慢速扩散，是去除灌注效应的扩散；D*为快速扩散，代表灌注值，因为毛细血管中的微循环灌注没有方向性，又称为假扩散；f值为灌注分数，反映局部微循环的灌注效应占总体扩散效应的容积比率。通常D*较D大一个数量级，这是因为毛细血管中的血流速度比扩散快；f与血容量相关，而D*与相对血流量相关。

有文献报道，D*与毛细血管网长度和血流速度有关，f则反映了所有体素扩散的微循环分数，两者均反映了灌注信息，但不具有相关性。即使是在动态增强的研究中应用血流动力学模型获得的D*与f值同样不具有相关性。其主要原因为f值受回波时间（time echo，TE）影响，为减少TE的影响，有研究者在IVIM应用中将TE设置为固定值，这样能确保实验的重复性；另有研究者认为，脏器内腺体排泄小管的存在也对f值有影响，如胰腺、肾脏等。在b值的大小及数量选择上至今没有统一意见，因为IVIM能获得较多的定量参数。有学者建议至少采取10个b值，且保证低b值部分的数量较多。但b值总数量越多扫描时间越长，导致患者不能忍受而终止。

目前，IVIM检查中主要采用EPI进行扫描。IVIM的参数可以通过多种运算模型计算获得，如连续分布扩散模型、双阶单指数模型、双阶双指数模型、高斯指数模型、分数阶模型、拉伸指数模型等。其中，临床最常用的模型为双指数模型，双指数模型又分为双阶单指数模型、双阶双指数模型。双阶单指数模型的实质是一个高斯模型，其是将多个b值分为高低两组，分别按照单指数模型线性拟合后获得各个参数值；双阶双指数模型是非高斯模型，其是先假设低b值信号衰减完毕，用单指数模型得到D值，随后带入双指数模型公式，得到相应的D*及f值。有文献报道，双阶单指模型稳的定性、重复性更好。

2.DWI与IVIM在肝脏局灶性病变中的应用

2.1局灶性病变的检出

DWI在病灶的检出上具有高度的敏感性与特异性。文献报道，DWI能敏感地显示出直径＜1 cm肝脏的胃肠道转移瘤，部分原因为转移瘤的组织结构与周围肝实质不同。Soyer等应用DWI联合T1增强评估肝脏转移瘤的检出率，结果显示单独应用DWI扫描与DWI联合T1增强扫描的检出率比较差异无统计学意义。同时，DWI在肝硬化背景下对高级别不典型增生结节、早期肝癌等病变的检出不够准确，因为早期肝癌一般分化较好，与周围肝实质结构相近，DWI对其不敏感。

而DWI对移植后肝脏新发肝癌的检出率低至50%，主要原因为肝癌与周围肝组织的结构相似，其内水分子受限程度相近，不利于DWI的检出；其次部分肝癌有脂肪沉积，而DWI具有抑脂作用，这使得病灶信号与周围肝实质相近，故其检出率降低。此外，DWI不能准确检出经导管动脉化学栓塞（transcatheter arterial chemoembolization，TACE）治疗后肝癌的复发病灶，因为TACE治疗后病灶会形成凝固型坏死缺乏水分子，故其检出率降低；而经皮进行肝脏穿刺能导致动静脉瘘形成，故其检出率升高。IVIM在病灶的检出上应用较少，因为IVIM扫描时间长，图像信噪比低，不适用于病灶检出。

2.2局灶性病变的定性

有许多文献报道，DWI的ADC值可以定量鉴别肝良恶性病变，如Jahic等对22例良性病灶［血管瘤12例、肝脏局灶性结节增生（focal nodular hyperplasia，FNH）10例］、35例恶性病灶（转移瘤1例、肝细胞肝癌22例、胆管细胞癌12例）进行回顾性分析，结果显示良性病变的ADC值高于恶性病变，并发现ADC为1.341×10^－3mm²/s是肝脏良恶性病变的理想分界值。

Parsai等收集了一个相对较大的样本量病例（153个肝脏病灶，其中39个转移瘤、27个肝血管瘤、26个肝癌、25个囊肿、15个肝腺瘤、8个FNH、5个肝脓肿、4个错构瘤、4个胆管细胞癌）进行研究，结果显示良性病变组的ADC值高于实性恶性病变组，且ADC的阈值为1.60×10^－3mm²/s时对肝脏良恶性病变的敏感性和特异性最佳，但最后发现这个阈值并不可靠。他们将肝血管瘤、肝囊肿、肝脓肿这些非实性病灶去除，只对实性病灶进行定量测量，结果显示实性病灶中肝转移瘤的ADC值最低，而FNH的ADC值最高，但两者的ADC值差异无统计学意义，故认为仅依靠ADC值对肝脏实性局灶性病灶进行良恶性鉴别不可行，因为相当大一部分实性病灶的ADC值是重叠的，但ADC值可以间接反映一些病灶组织成分的性质。

Watanabe等应用IVIM对肝血管瘤、肝囊肿、转移瘤及肝细胞癌共120个局灶性病变进行定量分析，结果显示D值和ADC值具有较大的鉴别价值，且ADC值的诊断效能高于D值；同时，该研究结果还显示肝囊肿D*值（快速扩散值）和f值（灌注分数）不为0，这与灌注的理论不符，因为囊肿内无毛细血管，不存在灌注效应，故认为这应归因于呼吸运动伪影和图像病灶位置不一致。Zhu等采用1.5TMRI对DWI与IVIM诊断肝血管瘤与肝恶性肿瘤的差异性进行比较，结果显示DWI的ADC值与IVIM的ADC值具有相同的诊断效能，且IVIM的ADC值的诊断效能高于D、D*、f值。

Luo等应用IVIM鉴别肝癌与FNH发现，ADCtotal和D值的鉴别意义最显著，而D*值的鉴别价值不大，这是因为IVIM能将ADC值中混入的毛细血管灌注效应进行分离，而得到纯水分子扩散值。且在良性囊性局灶性病变与恶性局灶性病变的鉴别上，DWI的诊断效能仍高于IVIM，这可能由于囊性病灶内的无毛细血管灌注作用不能体现IVIM的价值。而在实性病灶的鉴别上，IVIM的鉴别价值优于DWI，因为IVIM能将毛细血管的灌注作用和水分子扩散效应进行分离，并通过D、D*和f值多个参数鉴别良恶性。

在囊实性病灶的鉴别中，Park等应用DWI鉴别肝脓肿与囊变坏死肝恶性肿瘤，并分别对囊壁与囊腔的ADC值进行定量测量，结果显示两者囊腔、囊壁ADC值的差异有统计学意义，但囊腔的诊断效能更好，这可能因为肝脓肿的脓腔由是炎细胞、蛋白等黏液构成，恶性肿瘤的囊腔主要成分是组织的坏死液，两者囊腔内的水分子受限差异明显。虽然Parsai等研究也得出良性囊性病灶的ADC值高于实性病灶，但他们认为囊腔ADC值对肝脓肿与囊变坏死肝恶性肿瘤的鉴别不准确，因为肝脓肿囊腔的ADC值在（1.467～2.150）×10^－3mm²/s波动较大，这可能与脓肿的成分和病理分期有关。可见，虽然DWI可以鉴别肝脓肿和囊变坏死恶性病变，但要注意肝脓肿的分期与恶性肿瘤的囊腔是否合并感染。而IVIM在囊实性病变中应用较少。

2.3恶性病变的病理分级及治疗后评估

术前肝癌分级的评估对治疗选择及预后评估非常有帮助。Guo等研究结果显示，DWI能对低分化肝癌与中、高分化肝癌进行鉴别，但不能对中分化与高分化的肝癌进行鉴别。而Saito等研究认为，DWI不能对肝癌进行分级，而ADC值在高、中、低级别肝癌上呈递增趋势；虽然ADC值与细胞间隙和细胞结构相关，但肿瘤细胞结构的增加并不一定代表肿瘤级别的增加，所以ADC值与肿瘤分级不一定相关。

Woo等应用IVIM与DWI对病理证实的42个肝癌病灶进行分级，结果显示在高低级别肝癌分级上，D值和ADC与肝癌组织分级呈负相关，D值诊断效能优于ADC值，其原因可能为ADC值包含毛细血管的灌注值和水分子扩散值，这两个值的存在对ADC值评估肝癌分级起到相反的作用，导致DWI敏感性和特异性降低。同时他们还发现，IVIM中的f值与肿瘤动脉强化程度相关，这种相关性可能是对肿瘤供血动脉与肝癌形成的体现，且富血供肝癌的f值高于乏血供肝癌的f值，但差异无统计学意义。

Zhu等在应用IVIM评估肝癌分级的研究中也发现，D值的诊断效能优于ADC值，但敏感性和特异性结果与Woo等的研究相反。Kokabi等对12例经肝动脉化疗栓塞病例应用DWI分别在治疗后3h内、第1个月、第3个月进行定量测量，结果显示第1个月和第3个月的ADC值能准确评估肿瘤的治疗反应。Wu等的研究显示，应用3个b值（b=300、600、800s/mm²）DWI可以精确评估TACE治疗肝癌的效果，但仅3个b值DWI的评估作用有限，下一步需采用更多b值DWI对TACE治疗肝癌的效果进行评估。

Chiaradia等在IVIM研究中发现，D值和ADC值与系统化疗后转移瘤内的坏死程度有关，而灌注参数D*值和f值对转移瘤化疗后评估无意义，故认为转移瘤中的纤维组织干扰了灌注参数值。

Park等将44例经动脉碘油栓塞治疗的肝癌病灶分为碘油吸收良好组和碘油吸收不佳组，应用IVIM对碘油治疗后的病灶进行定量测量，结果显示碘油吸收良好组肝癌的D*值高于碘油吸收不佳组；同时，他们还发现D*值可以显示肿瘤的强化程度。有学者在应用特异性对比剂鉴别肝癌上取得较好的结果，而Park等在碘油吸收良好组和碘油吸收不佳组应用特异性对比剂进行碘油吸收情况评估没有获得预期结果。

3.DWI与IVIM的局限性

DWI主要采用自由式呼吸扫描，并结合EPI序列进行检测，但仍存在一些局限性：①EPI序列影响图像的质量，因为EPI的空间分辨率较低、信噪比较差容易产生伪影；②3.0T高场MRI对于均一的压脂仍存在一定难度；③b值的选择及各个参数设置不统一。虽然IVIM可分别反映单纯水分子扩散和微循环灌注信息，但技术及参数模型选择仍存在不足：①图像信噪比较低；②b值选择，b值数量、范围、分布是IVIM的重要问题，b值数量增多，采集时间也增加，b值数量小，将增加IVIM参数的错误；③IVIM的D值和f值重复性差，这是因双指数模型的噪声所致；④多数IVIM检查后的参数计算缺乏图像校正。

4.小结

DWI对病灶检出具有一定优势，其ADC值的定量测量重复性、稳定性均较好，但在实性病灶的良恶性鉴别上还需进一步研究。IVIM是一种不需对比剂就可获得组织灌注信息，并通过多个参数对良恶性肿瘤进行鉴别，还能对恶性肿瘤进行分级，但参数的稳定性及重复性不佳。在肿瘤的治疗评估上，DWI与IVIM的价值仍需进一步研究。随着DWI在肝脏局灶性病变临床应用的日益增多，更多的临床应用价值有待被发现。

来源：陶奉明,刘爱连,刘静红,陈丽华.扩散加权成像在肝脏局灶性病变中的研究进展[J].医学综述,2018(19):3893-3896+3903.

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