体素内不相干运动成像的原理及前景展望

顾立萍，贺光军*，马军

体素内不相干运动成像的原理及前景展望

顾立萍1，贺光军1*，马军2*

作者单位：
1.《磁共振成像》杂志社有限公司，北京 100190
2. 首都医科大学附属北京天坛医院放射科，北京 100050

体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion，IVIM)成像是指体素内信号衰减的同时包括真性水分子弥散和毛细血管网中随机血流微循环灌注，它可以更加全面地分析组织扩散成像数据，揭示疾病的病理生理学改变。近年来，IVIM逐渐被应用于临床研究中，在各个器官及系统的疾病诊断中发挥重要作用。

体素内不相干运动；扩散加权成像；磁共振成像

1 引言

扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)是一种无创的、探测水分子运动的磁共振成像技术，已广泛应用于临床及医学研究中。然而，每个体素内水分子扩散并非唯一的运动形式，还包括血流等运动。为了将不同运动的效应区分开，研究人员提出了不同的模型和计算方法，体素内不相干运动成像(intravoxel incoherent motion imaging，IVIM)双指数模型是目前比较流行的一种模型。

本期集中刊发5篇IVIM专题稿件，对IVIM这一技术原理和计算方法的描述非常详尽，而对其临床应用现状和前景也做了归纳。有关IVIM的研究文章的涌现提示有必要再次对IVIM做深入探讨，以强化这一成像方法在临床“新”与“旧”问题上研究的必要性，这势必会对影像诊断与临床决策起到重要作用。

2 IVIM原理

IVIM是1986年Bihan等人[1-2]最初引入和开发的一种概念和方法，用来定量评估组织扩散成像数据。生物体组织中的微观运动基本上是毛细管网络中水分子的扩散运动和血液的微循环。IVIM是用于描述体素微观运动的一种成像方法，其技术前提是假设血液的微循环和灌注是非一致性、无条理的随机运动。IVIM不仅能够提供体内水分子运动的定量参数，还可以反映组织扩散的情况，其双指数模型公式为：Sb/S0=(1-f)×exp(-b×D)+f×exp[-b×(D*+D)]，其中Sb、S0分别代表b取某个b值(b≠0)及b＝0时的信号强度；b值为依赖于扫描序列的扩散敏感因子，单位为s/mm2；D为纯扩散系数，代表体素内单纯水分子扩散，单位为mm2/s；D*为伪扩散系数，代表体素内由微循环引起的扩散，单位为mm2/s；f为灌注分数，代表体素内快速扩散占总体扩散的百分率[3-4]。为了得到这些参数值，至少应用4个不同加权的b值(包括b＝0 s/mm2)来获得信号。当b值在0～200 s/mm2的范围内变化时，通过双指数模型拟合算法即可得到灌注相关信息。

本期罗马等将对IVIM双指数模型的扫描方式及其影响因素、b值选取、参数重复性及其意义、灌注参数的准确性等成像技术方面的研究现况和进展予以综述。

3 前景展望

近年来研究者[5]引入IVIM MRI来评估灌注并产生脑灌注图，脑激活研究和临床应用(中风、脑肿瘤)的工作已经证明了来自fMRI的IVIM技术的有效性，脑激活区域中IVIM灌注参数的增加可以帮助我们理解不同血管对fMRI信号的贡献[6]。本期曲源等通过3D ASL (arterial spin labeling)及IVIM多参数联合分析，进一步提高了术前肿瘤分级评估的敏感性和特异性，为临床提供了一种更准确的无创的胶质瘤分级方法。

随着磁共振技术的不断发展，IVIM-MRI在对全身疾病的诊断中也取得了革命性的进展。早期应用于肾脏[7]甚至心脏取得了令人鼓舞的成果后，IVIM MRI开始运用到肝脏疾病的诊断和研究中。例如，Luciani等[8]发现肝硬化患者的D*值明显降低，根据IVIM模型，可得出血液速度(和流量)降低。 在IVIM模型中与血容量相关的灌注部分f保持正常，这证实了Yamada等人[9]早期的结果。虽然肝硬化预计血容量会下降，但必须牢记的是，根据所使用的运动敏化范围(b值)不同，IVIM成像对血管类型具有差异敏感性来自于快速流动的大血管的信号以非常低的b值快速消失，而流速较小的血管可能仍然有助于获取b值大于200 s/mm2的IVIM信号。本期马霄虹等运用IVIM-DWI的检查方法，测得肿瘤最大层面的IVIM-DWI定量指标：D值、D*值及f值，分析了肿瘤微观病理生理状态，对肝细胞肝癌经导管肝动脉化疗栓塞治疗的短期疗效预测及评估具有一定价值[10]。本期郭婷婷等利用IVIM-MRI监测鼻咽癌在放化疗过程中的动态变化，陈晨等将IVIM技术应用到舌癌的T分期中，都获得了很好的效果。

总之，IVIM技术优势逐渐显现，应用范围越来越广泛，特别是对于怀疑患有癌症的患者(前列腺、肝脏、肾脏、胰腺等)[11]和人胎盘的成像[12]。虽然IVIM技术在疾病的诊断和鉴别诊断以及疗效评估中体现了重要价值，但是仍需进行多中心、大样本的临床研究，优化参数设置、扫描方式，尽快形成专家共识。

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The principle and prospect of intravoxel incoherent motion imaging

GU Li-ping1, HE Guang-jun1*, MA Jun2*

1Publishing House of Chinese Journal of Magnetic Resonance Imaging, Beijing 100190, China
2Department of Radiology, Beijing Tiantan Hospital of Capital Medicial University,Beijing 100050, China
*Correspondence to: He GJ, E-mail: guangjunhe@126.com; Ma J, E-mail: dr_ma@sina.com

The concept of intravoxel incoherent motion (IVIM) imaging has demonstrated that the diffusion-weighted signal can be influenced not only by molecular diffusion but also by microcirculation. It allows a more comprehensive analysis of datas of diffusion-weighted imaging (DWI). In recent years, IVIM has been used in clinical research. It will play an important role in the diagnosis of diseases in various organs and systems.

Intravoxel incoherent motion imaging; Diffusion-weighted imaging;Magnetic resonance imaging

31 Mar 2017, Accepted 09 Apr 2017

贺光军，E-mail: guangjunhe@126.com；马军，E-mail: dr_ma@sina.com

2017-03-31接受日期：2017-04-09

R445.2

A

10.12015/issn.1674-8034.2017.04.001

顾立萍, 贺光军, 马军. 体素内不相干运动成像的原理及前景展望. 磁共振成像, 2017, 8(4): 241-242.