李世蘭，牟安娜，車(chē)思雨，陳 輝，宋清偉，劉愛(ài)連，李智勇*

(1.大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 大連 116011；2.四川省人民醫(yī)院放射科，四川 成都 610072)

體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)(intravoxel incoherent motion, IVIM)技術(shù)可在非對(duì)比劑的情況下無(wú)創(chuàng)評(píng)估微循環(huán)灌注及組織中水分子擴(kuò)散情況，現(xiàn)已用于診斷肝臟、乳腺及前列腺等疾病和評(píng)估病情[1-3]。IVIM成像受心臟、呼吸等生理運(yùn)動(dòng)影響。近年來(lái)，隨著IVIM參數(shù)設(shè)置、掃描方式等的不斷優(yōu)化，已有研究[4-7]證實(shí)IVIM技術(shù)可用于活體心臟成像。

b值是IVIM擴(kuò)散加權(quán)成像的重要參數(shù)，控制雙極梯度脈沖強(qiáng)度，決定著采集信號(hào)的擴(kuò)散加權(quán)程度[8]。IVIM心臟相關(guān)研究[9-14]所用b值數(shù)量及大小各不相同。理論上更多b值有利于糾正雙指數(shù)曲線的擬合誤差，保證參數(shù)的準(zhǔn)確性，但會(huì)導(dǎo)致圖像采集時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。優(yōu)化b值采集方案對(duì)IVIM獲得最佳診斷效能和縮短采集時(shí)間非常重要。本研究觀察不同b值條件下心臟IVIM成像相關(guān)參數(shù)的一致性，為優(yōu)化b值方案提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2015年5月—2019年5月30名接受心臟IVIM成像的健康志愿者，男14名，女16名，年齡22～71歲，平均(37.3±14.9)歲；體質(zhì)量指數(shù)(body mass index， BMI)17.90～77.40 kg/m2，平均(21.95±2.67)kg/m2；心率54～75次/分，平均(63.75±6.41)次/分。納入標(biāo)準(zhǔn)：①心電圖及超聲心動(dòng)圖正常；②無(wú)心肌梗死及心臟手術(shù)史；③無(wú)心悸、心衰、胸痛、胸悶、呼吸困難等癥狀；④無(wú)糖尿病、高血壓、高脂血癥及腫瘤病史。排除標(biāo)準(zhǔn)：①M(fèi)R檢查禁忌證(心臟起搏器、人工耳蝸植入物、幽閉恐懼癥等)、妊娠期婦女、已知全身性疾病和聽(tīng)力障礙；②情緒緊張或無(wú)法承受長(zhǎng)時(shí)間檢查；③圖像質(zhì)量差。本研究經(jīng)院倫理委員會(huì)審批，檢查前所有志愿者均簽署知情同意書(shū)。

1.2 儀器與方法 采用GE Signa HDxt 3.0T MR儀，配備8通道心臟專(zhuān)用線圈。檢查前對(duì)志愿者進(jìn)行屏氣訓(xùn)練，在呼氣末屏氣時(shí)行IVIM掃描，以快速平衡穩(wěn)態(tài)進(jìn)動(dòng)(fast imaging employ steady state acquisition, FIESTA)序列采集所有層面(左心室短軸、二腔心、三腔心及四腔心層面)圖像。電影掃描參數(shù)：TR 3.2 ms，TE 1.1 ms，翻轉(zhuǎn)角45°，層厚10 mm，層間距0，體素224×256，F(xiàn)OV 35 cm×35 cm。采用單次自旋回波平面成像(spin-echo echo planar imaging, SE-EPI)序列行彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging, DWI)，主要采集左心室中間部短軸圖像，b值取0、20、50、80、100、120、200、300、500 s/mm2，相對(duì)應(yīng)激勵(lì)次數(shù)為2、2、2、2、2、2、2、2、4；TE 51.2 ms，TR 857 ms，層厚8 mm，層間距0 mm，矩陣96×128，F(xiàn)OV 35 cm×35 cm，掃描觸發(fā)延遲(trigger delay, TD)。

1.3 圖像后處理及分析 采用GE Functool 9.4.05a軟件測(cè)量IVIM參數(shù)。方法：于左心室心肌整體、邊緣無(wú)偽影干擾層面手動(dòng)勾畫(huà)心中膜，而后在GE ADW 4.6系統(tǒng)中以雙指數(shù)模型獲取左心室心肌慢速表觀彌散系數(shù)(slow apparent diffusion coefficient, ADCslow)、快速ADC(ADCfast)及灌注分?jǐn)?shù)f。由1名從事心血管影像學(xué)診斷工作20年的主任醫(yī)師(醫(yī)師1)及1名工作3年的住院醫(yī)師(醫(yī)師2)分別進(jìn)行測(cè)量，1個(gè)月后醫(yī)師2進(jìn)行重復(fù)測(cè)量。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。以±s表示符合正態(tài)分布的計(jì)量資料，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行比較。以配對(duì)樣本t檢驗(yàn)對(duì)比9個(gè)b值與7個(gè)b值時(shí)各參數(shù)值的差異。采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient,ICC)分析2名醫(yī)師測(cè)量結(jié)果的一致性(ICC>0.6為一致性較好)，以Bland-Altman圖法分析9個(gè)b值(0、20、50、80、100、120、200、300、500 s/mm2)與7個(gè)b值(0、20、80、100、200、300、500 s/mm2)時(shí)參數(shù)測(cè)值的一致性。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 2種b值條件下IVIM參數(shù)值比較 9個(gè)與7個(gè)b值情況下，ADCslow、ADCfast及f差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，見(jiàn)表1及圖1、2。

表1 9個(gè)與7個(gè)b值條件下左心室中間部IVIM參數(shù)值比較(±s)

表1 9個(gè)與7個(gè)b值條件下左心室中間部IVIM參數(shù)值比較(±s)

b值A(chǔ)DCslow(×10-3 mm2/s)ADCfast(×10-3 mm2/s)f(%)9個(gè)3.24±1.22137.82±39.4929.67±7.407個(gè)3.17±1.50139.39±39.5930.84±7.40t值0.440.230.61P值0.660.820.54

圖1 志愿者男，25歲，心臟IVIM成像 A～I(xiàn).左心室短軸IVIM原始圖像，對(duì)應(yīng)9個(gè)b值分別為0、20、50、80、100、150、200、300、500 s/mm2； J～L.以心臟IVIM成像雙指數(shù)模型構(gòu)建的各參數(shù)偽彩圖，依次為ADCslow圖、ADCfast圖及f圖，ADCslow=2.23×10-3 mm2/s，ADCfast=134.00×10-3 mm2/s，f=25.60%

圖2 志愿者男，25歲，心臟IVIM成像 A～G.左心室短軸IVIM原始圖像，對(duì)應(yīng)7個(gè)b值分別為0、20、80、100、200、300、500 s/mm2； H～J.以心臟IVIM成像雙指數(shù)模型構(gòu)建的各參數(shù)偽彩圖，依次為ADCslow圖、ADCfast圖及f圖，ADCslow=2.14×10-3 mm2/s，ADCfast=139.00×10-3 mm2/s，f=22.40%

2.2 2名醫(yī)師測(cè)量IVIM參數(shù)值的一致性 9個(gè)和7個(gè)b值條件下，2名醫(yī)師測(cè)量IVIM參數(shù)的組內(nèi)及組間一致性均較好(ICC均≥0.66，P均<0.05)，見(jiàn)表2、3。

表2 9個(gè)b值時(shí)2名醫(yī)師測(cè)量左心室中間部IVIM參數(shù)組內(nèi)及組間一致性(±s)

表2 9個(gè)b值時(shí)2名醫(yī)師測(cè)量左心室中間部IVIM參數(shù)組內(nèi)及組間一致性(±s)

參數(shù)組內(nèi)一致性醫(yī)師2第1次醫(yī)師2第2次ICC值組間一致性醫(yī)師2(第1次)醫(yī)師1ICC值A(chǔ)DCslow(×10-3 mm2/s)3.24±1.223.35±1.280.973.24±1.223.33±1.360.92ADCfast(×10-3 mm2/s)137.82±39.50139.78±38.110.71137.82±39.50130.01±29.330.76f(%)29.67±7.4031.86±7.370.8529.67±7.4029.53±8.180.87

表3 7個(gè)b值時(shí)2名醫(yī)師測(cè)量左心室中間部IVIM參數(shù)組內(nèi)及組間一致性(±s)

表3 7個(gè)b值時(shí)2名醫(yī)師測(cè)量左心室中間部IVIM參數(shù)組內(nèi)及組間一致性(±s)

參數(shù)組內(nèi)一致性醫(yī)師2第1次醫(yī)師2第2次ICC值組間一致性醫(yī)師2(第1次)醫(yī)師1ICC值A(chǔ)DCslow(×10-3 mm2/s)3.17±1.503.17±1.230.923.17±1.503.19±1.560.95ADCfast(×10-3 mm2/s)139.39±39.60135.55±30.630.73139.39±39.60137.54±33.800.85f(%)30.84±7.4634.59±8.340.6630.84±7.4631.06±7.340.72

2.3 2種b值條件下IVIM參數(shù)測(cè)值的一致性Bland-Altman圖顯示，9個(gè)與7個(gè)b值時(shí)，ADCslow平均偏差為-0.07×10-3mm2/s，一致性界限(-1.87,1.73)；ADCfast平均偏差1.57×10-3mm2/s，一致性界限(-72.64，75.77)；f平均偏差1.17%，一致性界限(-13.45，15.79)。

3 討論

3.1 b值數(shù)目和大小 b值選擇對(duì)IVIM圖像采集至關(guān)重要。IVIM技術(shù)的b值數(shù)量因研究不同而異，多為4～10個(gè)，擬合參數(shù)雙指數(shù)信號(hào)衰減的最小b值個(gè)數(shù)為4，即為獲得IVIM參數(shù)值，必須用至少4種不同b值(包括b=0 s/mm2)[8]。據(jù)報(bào)道[15]，目前IVIM技術(shù)所用b值數(shù)量最多為16個(gè)，b值數(shù)量越多，擬合誤差越小，IVIM參數(shù)精確性越高。在針對(duì)心臟的IVIM研究[10-13]中，b值數(shù)目及大小各不相同，數(shù)量一般為7～13個(gè)，如XIANG等[10]使用7個(gè)b值，MOU等[11-13]使用9個(gè)b值，DELATTRE等[14]則使用13個(gè)b值。但是，b值數(shù)量增多導(dǎo)致采集時(shí)間延長(zhǎng)。DELATTRE等[14]嘗試將b值降至9個(gè)，發(fā)現(xiàn)所獲IVIM參數(shù)值與13個(gè)b值無(wú)明顯差異，而采集時(shí)間明顯縮短。本研究結(jié)果則進(jìn)一步顯示7個(gè)b值與9個(gè)b值采集參數(shù)的一致性較好。

目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)如何設(shè)置b值數(shù)量及大小尚未達(dá)成共識(shí)，各研究中b值設(shè)置不完全相同。心臟相關(guān)IVIM研究中，AN等[12]使用b值為0、10、50、100、150、200、250、500、800 s/mm2，MOULIN等[13]使用b值為0、15、30、50、75、100、200、300、400 s/mm2，DELATTRE等[14]使用b值為0、15、30、45、60、75、90、105、120、250、350、450、550 s/mm2，XIANG等[10]使用b值為0、20、60、80、120、200、600 s/mm2。b<200 s/mm2時(shí)，采集的擴(kuò)散信號(hào)包含足夠的組織灌注成分；b值>200 s/mm2時(shí)，微循環(huán)灌注成分對(duì)擴(kuò)散信號(hào)的影響可以忽略。一般認(rèn)為b=200 s/mm2是區(qū)分快、慢水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的閾值[16]，故多數(shù)研究均選取b值200 s/mm2。此外，由于選擇b值數(shù)量不同，各研究中b值跨度也不同，但多數(shù)研究第2個(gè)b值均≥10 s/mm2，這是由于b值<10 s/mm2可出現(xiàn)明顯信號(hào)衰減，且所反映的是相對(duì)較大的血管中質(zhì)子的流動(dòng)速度，而非IVIM理論中的微血管灌注[17]。本研究第2個(gè)b值選擇20 s/mm2，與XIANG等[10,18]相同，發(fā)現(xiàn)7個(gè)b值與9個(gè)b值條件下獲得的IVIM參數(shù)值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3.2 IVIM參數(shù)的一致性 IVIM參數(shù)只有在一致性良好的前提下方能較好地反映組織微循環(huán)狀態(tài)。MOULIN等[13]觀察IVIM參數(shù)的可重復(fù)性，發(fā)現(xiàn)f和ADCslow可重復(fù)性較好，ICC值分別為0.963、0.762，而ADCfast的可重復(fù)性稍低(ICC=0.652)。MOU等[11]發(fā)現(xiàn)正常人IVIM參數(shù)組內(nèi)及組間一致性均較高(ICC≥0.87)。RAPACCHI等[9]將低b值DWI用于健康志愿者，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)去噪(principal component analysis, PCA)及濾波(temporal maximum intensity projection, TMIP)等后處理后，IVIM參數(shù)具有良好的可重復(fù)性。本研究比較2種不同b值條件下正常人IVIM各參數(shù)，發(fā)現(xiàn)反映灌注情況的參數(shù)ADCfast和f值具有良好的一致性，與李志偉等[18]研究結(jié)果相符，提示IVIM參數(shù)值的穩(wěn)定性較好，成像質(zhì)量良好時(shí)，可較好地反映組織微循環(huán)情況。

3.3 不同b值情況下IVIM參數(shù)值 各研究中b值數(shù)量及數(shù)值不同，所獲心臟IVIM參數(shù)值也不相同。DELATTRE等[14]以13個(gè)b值獲得的ADCslow值為(2.34±0.98)×10-3mm2/s，ADCfast值為76.3×10-3mm2/s；MOULIN等[13]以9個(gè)b值獲得的ADCslow值為(1.41±0.09)×10-3mm2/s，ADCfast值為(43.6±9.2)×10-3mm2/s。不同b值數(shù)量、數(shù)值下，IVIM參數(shù)值不同，原因可能在于不同b值及跨度與掃描磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。為縮短采集時(shí)間和減少圖像失真，掃描過(guò)程中在RR間期獲取數(shù)據(jù)，此時(shí)連續(xù)2幅圖像之間的信號(hào)可能尚未完全恢復(fù)，且磁化矢量動(dòng)態(tài)平衡依賴(lài)于個(gè)體RR間期，磁化矢量可能影響參數(shù)值。

綜上所述，9個(gè)與7個(gè)b值條件下心臟IVIM成像各參數(shù)值的一致性較好。本研究樣本量較小，且為回顧性分析，有待加大樣本量進(jìn)一步深入探討。