基于IVIM模型的磁共振扩散加权成像评价肝功能的初步研究

摘要

研究目的:
　　运用体素内不相干运动(Intravoxel incoherent motion，IVIM)双指数模型的扩散加权成像（Diffusion weighted imaging，DWI），采用全肝测量技术对肝功能进行评估。探讨全肝D、D*、f及ADC值的可重复性，便于评估其临床应用的可行性。
　　材料与方法:
　　选择正常对照组30例，其中男16例，女14例，年龄22-51岁，平均年龄45.2岁。肝硬化组70例，其中男49例，女21例，年龄20-75岁，平均年龄46.4岁。肝功能采用Child-Pugh评分，病肝组根据Child-Pugh分级的分组情况为:A级组29例，B级组19例，C级组22例。
　　使用Philips Achieva3.0T(Philips Healthcare，Best，Netherland)磁共振扫描仪及相同的序列和参数对所有研究对象分别进行两次肝脏磁共振IVIM扩散加权成像扫描。常规MRI序列包括轴位mDixon、轴位T2WI压脂。IVIM DWI扫描使用呼吸门控单次激发平面回波序列(respiratory triggered single-shot echoplanar imaging，SS-EPI)，并行采集空间敏感编码技术(ASSET)，横断位扫描，TR1642ms，TE62ms，FOV375mm×302mm，矩阵256，激励次数2(NEX)，层厚5mm，层数32，EPI因素53，并行采集加速因素2，b值设置为0，10，30，60，100，150，200，400，600，1000s/mm2。两次IVIM-DWI扫描间隔15min。
　　本研究采用IVIM双指数模型公式为:Sb/S0=(1-f)exp(-bD)+fexp[-b(D*+D)]ADC值的计算公式为ADC=[ln(S0/S1)]/(b1-b0)。利用南方医科大学生物医学工程学院信息研究所基于Matlab开发的软件，由两位放射学医师分别对所有患者及志愿者进行测量。方法如下:(1)先根据肝脏轮廓勾画出肝脏区域，以门静脉右支水平为中间层面，在连续7个层面上勾画肝脏轮廓，构成一个3D的区域，舍弃靠近肝脏隔面及脏面的部分层面，去除肺部及肠道内气体以及呼吸运动产生的伪影;(2)在b=0时DWI图象上血管与其他区域有明显差异，用阈值处理的方法将血管去掉。避免血管对全肝IVIM参数产生影响。(3)去除血管后，对整个区域进行参数拟合，拟合过程中计算拟合的确定系数（Rsquare，其值在0-1之间），用于表征拟合的效果。当Rspuare的值≥0.9时，认为拟合的效果较好，将Rsquare＜0.9的点剔除。同时，把D＞0.003或者D*大于0.3或者f＞0.5的点剔除掉，避免参数拟合过程中拟合效果不好的点以及各参数值异常的点对全肝IVIM拟合参数的影响，计算全肝的单纯扩散系数（pure diffusion coefficient，D）、假性扩散系数（pseudo-diffusion coefficient，D*）及灌注分数（perfusion fraction，f）。
　　采用SPSS(version13.0)和MedCalc软件进行统计分析。D、D*、f值用均值±标准差来表示，其正态性检验用Kolmogorow-Smirnov方法进行检验，levene检验用于方差齐性检验。两位放射学医师测量的一致性评价采用组内相关系数(intraclass correlation coefficient，ICCs)，ICC＞0.75认为一致性好。D、D*、f测量值的重复性采用Bland-Altman方法来评价。肝硬化组与正常对照组间采用student t检验。D、D*、f及ADC值与肝功能分级行单因素方差分析(One Way ANOVA)和组间多重比较（Post Hoc Multiple Comparisons），组间多重比较采用LSD法（Least-significant Difference，最小显著差值法），上述各测量值与肝功能分级的相关性做Spearman相关，看相关系数的大小与方向。ROC曲线(receiver operating characteristic curve)用来评估各参数对肝功能分级的预测能力，约登指数（灵敏度+特异度-1）最大时所对应的值为最佳诊断界值并得到ROC曲线下面积(AUC)。本研究中，均数置信区间设为95％，P＜0.05具有统计学意义。
　　结果：
　　3.1 IVIM-DWI表现
　　3.1.1 全肝IVIM双指数模型拟合曲线
　　在低b值时(b＜100s/mm2)信号衰减快，曲线的斜率大，高b值时信号的衰减变的缓慢，曲线的斜率相对较小，曲线能较好的拟合所有b值数据，得到曲棍球样的形态。
　　3.1.2 正常肝脏全肝IVIM-DWI参数值
　　正常肝脏全肝D值分布集中，大致符合正态分布，正常肝脏组平均全肝D值为（1.02±0.11）×10-3mm2/sec。正常肝脏全肝D*值分布离散，大致符合正偏态分布，正常肝脏组平均全肝D*值为（88.2±13.6）×10-3mm2/sec。正常肝脏全肝f值分布离散，大致符合正偏态分布，正常肝脏组平均全肝f值为（29.7±5.0）％.正常肝脏全肝ADC值分布集中，大致符合正态分布，正常肝脏组平均全肝ADC值为（1.35±011）×10-3mm2/sec。
　　3.1.3 肝硬化组全肝IVIM-DWI参数值
　　肝硬化组平均全肝D值为（1.00±0.16）×103mm2/sec。肝硬化组平均全肝D*值为（76.57±13.88）×10-3mm2/sec。肝硬化组平均全肝f值（27.85±5.92）％。肝硬化组平均全肝ADC值为（1.30±0.16）×10-3mm2/sec。
　　3.2 不同测量者之间参数的一致性
　　70例患者与30例正常志愿者进行D、D*、f及ADC值的测量，所有图象均由两位放射学专家分别进行测量。两位测量者间D值的ICC为0.997(95％CI:0.996-0.998)。两位测量者间D*值的ICC为0.986(95％CI:0.979-0.990)。两位测量者间f值的ICC为0.985(95％CI:0.978-0.989)。两位测量者间ADC值的ICC为0.995(95％CI:0.993-0.997)。两位测量者间D、D*、f及ADC值的一致性较好，其中最好的是D值，其次是ADC、D*、f。
　　3.3 两次扫描参数的可重复性
　　全肝的D、D*、f及ADC测量值的可重复性分别为0.05％，2.9％，7.8％，0.05％，两次扫描各参数值测量的可重复性好，其中D及ADC测量值的可重复性最好，其次为D*值、f值。
　　3.4 肝硬化组与正常对照组间D、D*、f及ADC值的比较
　　本组肝硬化患者70例，正常对照组30例。肝硬化组D*值、f及ADC值相比正常对照组降低，且差异具有统计学意义(P＜0.001，P=0.016，P=0.042)。肝硬化组与正常对照组间D值的差异无统计学意义(P=0.634)。
　　3.5 不同肝功能分级组之间各测量值的比较
　　70例患者按照Child-Pugh分级分为3组:A级29例，B级19例，C级22例。肝功能不同分级间One Way ANOVA分析示D*值(P=0.001)及f值(P＜0.001)随着Child-Pugh分级级别的增高而逐渐降低，且差异具有统计学意义。D值随着Child-Pugh级别的增高有降低趋势，但在不同肝功能级别间的差异无统计学意义(P=0.136)。ADC值在Child-Pugh分级A级组及B级组间差异不大，C级组较B级组降低，ADC值在不同肝功能级别间的差异具有统计学意义(P=0.022)。
　　D、D*、f及ADC值与肝功能分级的Spearman相关分析结果显示D*、f及ADC与Child-Pugh肝功能分级均呈负相关，相关系数分别为(r=-0.423，P＜0.001;r=-0.620，P＜0.001;r=-0.296，P=0.013)，从相关系数看，f值与肝功能分级相关性最好，相关系数为-0.620。D值与肝功能分级间无相关关系(r=-0.183，P=0.129)。
　　ROC曲线分析得到了肝功能A级与B、C级、B级与C级间D*、f值的分界值、ROC曲线下面积以及相应的敏感性及特异性。肝功能A级与B级间D*值的分界值为79.50，f值的分界值为31.83。肝功能A级与C级间D*值的分界值为65.31，f值的分界值为28.60。肝功能B级与C级间f值的分界值为25.23。
　　研究结论:
　　1.IVIM-DWI测得全肝D、D*、f及ADC值在不同测量者间的一致性及两次扫描间的可重复性均好;
　　2.肝硬化组ADC值的降低仅仅反映了微血管灌注的下降，而非组织的分子弥散受限;
　　3.D*值、f值与Child-Pugh分级间呈显著负相关，其中f值与肝功能的相关性更好，能更有效的评估肝功能，而D*有潜力成为预测早期肝功能损伤的量化指标。

目录

摘要

第一章 前言

第二章 材料与方法

2．1 一般资料

2．2 研究方法

2．3 统计学处理

第三章 结果

3．1 IVIM-DWI表现

3．2 不同测量者之间参数的二致性

3．3 两次扫描参数的可重复性

3．4 肝硬化组与正常对照组间D、D*、f及ADC值的比较

3．4 不同肝功能级别组之间各测量值的比较

第四章 讨论

4．1 IVIM-DWI原理

4．2 关于成像技术、成像b值的讨论

4．3 全肝IVIM-DWI各测量参数的变化及可重复性

4．4 全肝IVIM-DWI对肝硬化的评估

4．5 全肝IVIM-DWI对肝功能的评估

4．6 本研究所存在的不足

第五章 结论

参考文献

附录

在读硕士期间主要成果

致谢

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