DWI(diffusion-weighted imaging）能够无创检测活体组织中水分子扩散运动过程中局部受限的程度和方向，从而间接反映组织微观结构的变化，用于功能及定性诊断。DWI最初主要用于急性脑缺血、脑肿瘤等中枢神经系统病变，随着磁共振软硬件技术的提高，在腹部脏器中的应用也越来越多^[1]。表观弥散系数（apparent diffusion coeficient，ADC）并不能单纯地反映活体组织内水分子扩散，它同时也受毛细血管网血流灌注效应的影响^[2]，因而存在一定的局限性。

       Le等^[2]1986年首次提出基于IVIM的DWI，在活体生物组织内，IVIM测得的是体素内不相干运动，其包含了水分子的真性扩散及微循环灌注形成的假性扩散两部分内容，恰好弥补了DWI的不足。近些年，IVIM-DWI在肝脏、胰腺、肾脏、前列腺。头颈部等脏器中的应用和研究越来越多，其应用价值尚不统一。笔者拟对IVIM在腹部中的应用及其进展做一综述。

1　IVIM基本原理

       IVIM包含了水分子的真性扩散及微循环灌注形成的假性扩散两部分内容，IVIM成像可用于分别量化其中的扩散运动成分和血流灌注成分。根据IVIM理论，衰减和b值间的关系可以用下面的公式进行描述：

       f值为灌注分数，代表体素内微循环灌注效应扩散占总体扩散效应的容积率；D值为纯扩散系数，代表纯的水分子扩散运动（缓慢的扩散运动成分），又称慢池扩散，单位为mm²/s；D^*值为假扩散系数，代表体素内微循环的不相干运动，即灌注相关的扩散运动，或快池扩散，单位为mm²/s^[3]。So及Sb分别为b=0及b为其他值（0、10、20、30、50……s/mm²）时的信号强度^[3]。考虑到D^*显著大于D，当b> 200 s/mm²时，其对信号衰减的影响就可以忽略不计，方程式1可以简化为：

       此时D值可以通过方程式2得到，使用多组b值进行IVIM-DWI成像，配合基于方程式1的非线性拟合算法就可以得到f值和D^*值^[2]。

       应用IVIM模型对多b值DWI进行分析，可以同时得到灌注相关参数(ƒ，D^*）和扩散参数（D)，可用于量化DWI图像中的两种运动成分。IVIM-DWI除了可以提供水分子的纯的扩散运动的信息外，还可以提供灌注信息，为肿瘤的特点、肿瘤治疗的反应提供更多的信息。IVIM-DWI的运用非常广泛，在腹部脏器中的应用越来越多。

点击查看大图

点击查看大图

2　IVIM在腹部脏器的应用

2.1　肝脏

2.1.1　肝脏良恶性病变

       多项研究指出D值和ADC值在局灶性肝脏良恶性病变的诊断及鉴别中具有较大价值。Watanabe等^[4]对74例肝脏病变患者（120个局限性病灶）进行IVIM-DWI成像，研究发现，与肝脏局灶性恶性病灶相比，良性病灶的D值和ADC值明显升高(P<0.001)，这与Yoon等^[5]及Ichikawa等^[6]的研究结果一致。一些研究指出D值及ADC在肝脏良恶性病变中具有较高的诊断效能，但孰优孰劣，结果尚不统一。Watanabe等^[4]指出ADC在良恶性病变中的诊断效能高于D值(P=0.048)。当ADC临界值取1.40 × 10^-3 mm²/s时，诊断恶性肿瘤的敏感度和特异度分别为89％和98%。而Yoon等^[5]却得到不同结论，认为D值比ADC值具有更好的诊断效能(P=0.0053)。之所以会有不同结果，分析原因可能如下：(1)纳入研究的病例种类不同，Yoon等^[5]在肝脏良恶性疾病的鉴别研究中，排除了肝囊肿病例；(2)所取b值不尽相同。

       D^*值和f值在肝脏良恶性病变中未发现统计学差异，具体原因尚不清楚。可能是由于不同病灶中血流容积、血流量、腺体分泌等等对灌注参数产生不同的影响。

2.1.2　原发性肝癌病理学分级

       Woo等^[7]对42例经手术病理确诊的原发性肝癌患者进行IVIM-DWI成像，结果发现，D和ADC值均与组织学病理分级有明显负相关，即组织病理学分级越高，D值及ADC值越低。另外，与低级别原发性肝细胞癌相比，D和ADC值在高级别原发性肝细胞癌中明显降低。在高级别与低级别原发性肝细胞癌的鉴别诊断中，D值比ADC值具有更好的诊断效能(P=0.026)。随着原发性肝癌组织学分级增高，分化变差，细胞密度增加，核质比增加，组织细胞结构变得更加复杂，因此，高级别原发性肝癌中，弥散降低，D值及ADC值降低。D值较ADC值在原发性肝癌组织学分级的鉴别中具有更好的准确性，其原因可能为ADC即包含组织细胞密度，又包含微循环，这两个因素可能在原发性肝癌ADC测量中产生相反效应，因而可能降低其诊断的特异性及敏感度。

2.1.3　转移性肝癌

       在应用IVIM对转移性肝癌的研究结果显示，转移性肝癌病灶的f值明显低于周围正常肝脏，从而间接反映了转移性肝癌病灶低血供的病理特点。恶性肝脏肿瘤在化疗后，ADC值会增加，这可以作为肿瘤对治疗有应答的一个指标^[8]。

       Chiaradia等^[9]将IVIM用于结直肠癌肝转移病人，以评估IVIM参数与转移瘤坏死程度和存活组织的相关性，结果发现D、ADC与肿瘤坏死程度存在相关性，而与存活肿瘤组织无关。因此，可以看出IVIM-DWI对肿瘤坏死比较敏感。IVIM参数与存活肿瘤组织无关，可能的原因如下：(1)本研究纳入的病灶存活肿瘤较小，因为所有患者在术前均已行化疗；(2)在结直肠癌肝转移病灶中，存活肿瘤组织被纤维组织分割；(3)IVIM所得参数值，尤其是D^*值具有多变性，这个可以通过标准差看出。Patel等^[10]曾指出，在IVIM参数中，D^*值是最敏感的，即便本研究采用了100 s/mm²以下的7个b值。D^*值对信噪比非常敏感，因而限制其应用。(4) D^*值及f值不仅仅反应微循环，还反应器官分泌过程，例如肝脏内导管液体流动，这些都会影响肿瘤灌注相关参数^[11]。

2.1.4　肝纤维化

       Luciani等^[3]对37例患者（12例肝硬化；25例正常肝脏）进行IVIM成像，指出肝硬化病灶中ADC值降低，而D值未见明显变化。Cuiyun等^[12]发现，与非肝硬化组相比，肝硬化组的ADC值和D值明显降低。以上研究结果略有差异，考虑原因可能为：(1)选用b值数量及分布不同；(2)入组不同纤维化分期的病人数量不同。

       Zeng等^[13]和Zhang等^[14]的研究均认为，随着肝脏纤维化程度增加，肝脏灌注逐渐减低。Cuiyun等^[12]的研究显示，与正常肝脏相比，在肝纤维化病灶中，D^*及f值均明显降低，以上结果与Patel等^[10]的研究结果相同。Patel等^[10]及Cuiyun等^[12]得到相同的结果，可能是因为两项研究所选用的200 s/mm²以下的b值较为相似。因此可以看出，在低b值情况下(<200 s/mm²)，D^*及f值可以反应肝纤维化灌注特性。

       在正常对照组与肝纤维化组的鉴别中，ADC值、D值、D^*、f值的ROCAUC值为0.7~ 0.9。尽管诊断能力并不高（0.9~ 1.0)，但却已达到中度准确。Chandarana等^[15]及Zeng等^[13]的研究均发现，肝纤维化分期与ADC值及f值存在明显相关性。Cuiyun等^[12]指出ADC值、D值、D^*、f值与肝纤维化分级呈负相关，随着肝纤维化分级增高，ADC值、D值、D^*、f值下降。因而IVIM可有望成为诊断肝纤维化的重要工具，并能监测肝纤维化程度，指导预后及治疗。

2.2　胰腺

       很多研究指出，DWI可以用于检测胰腺囊肿及胰腺癌。IVIM-DWI在胰腺中的研究也随之出现。

2.2.1　胰腺癌与正常胰腺的鉴别

       Lemke等^[16]对23例胰腺癌患者和14例对照组行IVIM-DWI成像，发现胰腺癌患者的f和ADC值均显著低于正常对照组，但二者间D值没有显著差异，提示二者间ADC值的差异可能是由于灌注效应不同引起的。另外，在鉴别正常胰腺与胰腺癌时，当f值取临界值16.7%（低于此数值，提示为胰腺癌）时，ROCAUC最大，为0.991，明显高于其他另外三个参数（ADC、D、D^*）的ROCAUC，且取该临界值时，f值具有最高的敏感度、特异度、阴性预测值及阳性预测值，分别为：95.7%、100%、93.3％和100%。可以看出，在IVIM成像中，f值是鉴别正常胰腺与胰腺癌的最佳参数。

2.2.2　胰腺癌与肿块型胰腺炎的鉴别

       在一项包含9例肿块型胰腺炎及20例胰腺癌的IVIM研究中^[17]，研究者发现胰腺炎的f值明显高于胰腺癌(P=0.0001)，两组间D值无明显统计学差异。f值用于鉴别胰腺癌与肿块型胰腺炎的敏感度和特异度可达80.0%、89.9%，其价值高于ADC值。f值有望为两种疾病的鉴别提供一个新方向。

       Lee等^[18]对胰腺癌、肿块型胰腺炎及正常胰腺进行研究，指出正常胰腺ADC值、f值高于胰腺癌及肿块型胰腺炎。肿块型胰腺炎ADC值、D值明显低于胰腺癌。在胰腺癌与肿块型胰腺炎鉴别中，ADC的敏感度和特异度为72.3％和76.9%，D值的敏感度和特异度为87.2％和61.5%，f值敏感度和特异度为42.6％和92.3%，ADC、D、f值曲线下面积无统计学差异，三者具有相似的诊断效能。ADC、D及f值总体诊断效能类似于或是稍低于之前研究^[19]中的一些检查方法：如CT(敏感度73%～94%，特异度95%)、MRI(敏感度85%，特异度96%)、CA199（敏感度81%，特异度81%～89%)。因此，使用IVIM-DWI参数作为鉴别胰腺癌和肿块型胰腺炎的惟一指标并不可靠。然而，这些参数可以作为上述检查方法的补充，具有一定价值。

2.2.3　自身免疫性胰腺炎

       Klauß等^[20]对自身免疫性胰腺炎进行了IVIM研究，结果显示自身免疫性胰腺炎病例组的f值明显低于正常对照组患者f值，D值及D^*在两组间未发现明显统计学差异。胰腺癌的f值低于自身免疫性胰腺炎病例组f值，两者存在明显统计学差异。

       另外，该研究对其中12例经激素治疗后的自身免疫性胰腺炎进行随访，第一次随访时，f值明显升高达（17.1±6.7)%，第二次随访时，f值继续升高到（20.4±4.3)%。初次诊断的自身免疫性胰腺炎、第一次治疗后随访的自身免疫性胰腺炎、第二次治疗后随访的自身免疫性胰腺炎的f值存在明显统计学差异，推测IVIM-DWI可以作为自身免疫性胰腺炎与胰腺癌鉴别及自身免疫性胰腺炎激素治疗随访的一项影像学指标。

2.3　肾脏

       DWI可用于鉴别肾脏良恶性病变及评估肾脏肿瘤亚型^[21,22]。然而近来一些研究指出单独应用ADC在肾脏肿块性疾病诊断中的不足。IVIM可以同时对灌注和弥散进行分析，同时评估细胞密度、结构或是血管情况，弥补了DWI的不足。IVIM在肾脏中的研究逐渐增多^{[16, 23]}。

2.3.1　肾脏强化病灶与非强化病灶的鉴别

       Chandarana等^[15]对28例病人的31个肾脏病灶（15例强化，16例非强化）行IVIM和对比增强MRI研究，将IVIM参数D、D^*、f与ADC相比。结果发现，与非强化病灶相比，D值在强化病灶中明显降低(P=0.002)，当D取临界值为1.76 × 10^-3 mm²/s时，鉴别强化与非强化肾脏病灶的敏感度为80.0%，特异度为87.5%，ROCAUC为0.896。f值在强化病灶中明显升高(P=0.037)，当f值取临界值为13％时，鉴别强化与强化肾脏病灶的敏感度为93.3%，特异度为93.8%，ROCAUC为0.946。而ADC值及D^*在两组病灶中未见统计学差异，提示D、f值在鉴别肾脏强化及非强化病变方面准确性较高，具有潜在价值。

       另外，f值可用于评估病灶强化的程度，f值与病灶强化程度有明显相关性(r=0.7，P<0.001)，可反映肾脏病灶血供、提供病灶血管信息，而无需使用外源性对比剂。鉴于静脉注射对比剂通常是引起肾脏毒性的一个危险因素，f值或许能成为评价肿瘤血管生成情况的无创性标志物^[15]。

2.3.2　肾脏肿瘤亚型的鉴别

       2012年，曾有人对肾脏肿块性病变进行IVIM研究，发现f值提供了较多的价值，尤其是在透明细胞癌与非透明细胞癌的鉴别中，然而该项研究不足之处是未对f值和D值进行联合分析^[24]。同年，Chandarana等^[25]便做了深入研究，发现IVIM中的D和f值联合，可以用于肾脏肿瘤亚型的鉴别诊断（透明细胞癌、乳头状癌、囊状癌、兼色细胞癌），可以将透明细胞癌从其他肿瘤亚型中鉴别出来，ROCAUC可达0.78，敏感度92.9% (26/28)，特异度79.2% (19/24)。2015年，Gaing等^[26]对44例肾脏肿瘤进行IVIM成像，得到D、f、D^*等参数及其相应的直方图。入组病例包括恶性肿瘤：透明细胞癌（23例）、乳头状细胞癌(4例）、兼色细胞癌(5例）、囊状癌(5例）；良性肿瘤：嗜酸细胞瘤(4例）、血管平滑肌脂肪瘤(3例）。对六种不同的肿瘤进行两两鉴别分析，共有15种不同的组合，结果发现：IVIM参数D值和f值，可以鉴别出部分肿瘤（8/15)；D值直方图和f值直方图的鉴别率更高(9/15)；而IVIM参数及直方图联合，可以区分大部分肾脏肿瘤亚型（10/15)。然而，D^*值在所有肾脏肿瘤亚型中均未发现明显异常，这与之前的研究结果一致^[25]。IVIM直方图为鉴别良性嗜酸细胞瘤与恶性透明细胞癌提供了可能，但透明细胞癌与兼色细胞癌之间仍存在部分重叠，至今尚无IVIM相关参数可以鉴别透明细胞癌与兼色细胞癌。

3　IVIM不足和展望

       目前IVIM-DWI技术仍存在不足：(1）呼吸运动及肠蠕动方面：腹部脏器易受呼吸运动及肠蠕动的影响，且扫描时间较长，虽然使用呼吸门控，但也难免脏器会有轻微的移位，这样可能会对图像的后处理有影响；(2)不同呼吸运动模式的选择：不同研究分别采用自由呼吸、呼吸门控、屏气扫描等方式，不同方式对于相关参数稳定性及可重复性的影响，Neli等^[27]的研究仅证实前两者无差异。(3) b值选择：由于IVIM-DWI参数需应用较大范围b值的DWI数据进行拟合计算，参数测量的稳定性很大程度上取决于图像质量包括信噪比及位置匹配等，另外，如何在低b值范围DWI上精确地测量组织信号衰减也是IVIM-DWI所面临的难题^[28]。IVIM-DWI参数测量受到b值设定、扫描方式选择及数学拟合方法选择等因素的影响，采用不同b值设定的IVIM-DWI研究所报道的结果间具有较大差异，如Luciani等^[3]报道正常肝脏D^*值为79.1±18.1 × 10^-3 mm²/s，而Patel等^[10]的研究显示正常肝脏D^*值为(39.6±12.3) × 10^－3 mm²/s，二者相差一倍。不同b值设定的IVIM-DWI所得参数间是否具有可比性，不同b值设定时参数测量的一致性尚待进一步探讨。

       IVIM-DWI为无创性检查，既考虑到了水分子的扩散运动又考虑到了微循环毛细血管内血液的灌注作用，能够更加准确、真实地显示水分子的扩散运动，并量化这一过程，较普通单指数模型更好拟合DWI上影像信号衰减，揭示组织异质性，反映组织病理生理学的微观变化。IVIM-DWI有助于区分腹部脏器良恶性病变、早期诊断疾病、定量观察病情进展，对于指导临床治疗、评估预后、随访疗效等提供了有意义的参考。近些年，IVIM-DWI已成为研究的热点。除了腹部脏器，其在头颈部、呼吸系统、前列腺等脏器中的研究也逐渐增多，且具有一定价值，相信其会拥有更加广阔的应用前景。