前列腺癌（prostate cancer，PCa）是世界上第二常见的男性癌症^[1]。近年来，前列腺癌的发病率显著上升^[2]，严重影响了中国男性的健康。目前，系统经直肠超声引导下穿刺活检或手术病理证实仍被认为是诊断前列腺癌的金标准，但多参数磁共振成像可以通过反映组织微观结构的变化，发现临床上有意义的肿瘤，在PCa治疗中的影响越来越大，被认为是最准确的影像检查和定位手段。其中，扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI）是通过组织中水分子的扩散来反映其微观结构变化，有采集速度快，图像质量高等优点，并且第二版前列腺影像报告和数据系统（prostate imaging reporting and data system version 2，PI-RADS v2）中提出DWI的ADC图是显示外周区病变最有价值的技术^[3]。体素内不相干运动（intravoxel incoherent motion，IVIM）模型是基于DWI发展出来的^[4]，其特点是采用多种b值，无需静脉注射钆的造影剂，即可分别得出组织扩散以及微循环血流灌注两种信息，尤其适用于肾功能受损或严重过敏的患者^[5]。

1　IVIM基本原理及其简介

       DWI成像是一个简单的单指数衰减模型，但是实际上DWI信号受组织中水分子扩散以及微循环灌注两方面的影响。所以生物组织中测量的扩散信号并不能总是用这个简单的函数来很好地表示。1988年，Le Bihan等^[5,6]在中枢神经系统的研究中首次提出了体素内不相干运动模型。IVIM模型基本上是一个两室模型（双指数模型），它假设存在两个分隔良好的室：一个组织室和一个血室。假设组织室的信号按单指数衰减，并且对数信号衰减的负斜率由扩散系数D表示^[7]。假定血室中的血液执行假扩散过程。由于血流引起的位移比典型的扩散驱动位移大几个数量级，所以血腔中的信号在较小的扩散权重时衰减。一般来说，假设血室的信号也以单指数衰减，并具有与灌注相关的伪扩散系数D^*。血室的信号分数用f表示，被标记为"灌注分数"^[5]，组织室的信号分数是1-f。IVIM双指数模型应用的公式如下^[5]：Sb/S0=(1-f)×exp(-b×D)+f×exp[-b×(D^*+D)]；其中，b为扩散敏感因子，单位为s/mm²；Sb是b≠0时体素内的组织信号强度，S0是b=0时体素内的组织信号强度；D为纯扩散系数，表示活体组织内的水分子扩散；D^*为假性扩散系数，表示体素内由于微循环灌注所致的扩散效应，与微循环血流速度、毛细血管几何形态和平均毛细血管长度有关；f为灌注分数，表示局部微循环引起的灌注效应与总扩散效应的比值，用百分数(%）表示，大小在0~1之间，与微循环血容量有关。

       b值的选取会影响IVIM成像中组织信号强度的变化。相关研究表明，b值越高，越能真实反映组织中水分子的扩散^[8]。当b值降低，尤其取值范围在0~200 s/mm²时，组织扩散主要受微循环灌注影响^[5]。在一定范围内，b值越高，越有利于疾病检出^[9]。但若b值增高超出一定范围，则会导致信噪比降低，图像质量下降，不利于病变的观察与诊断^[10]。有研究提示最大b值、b值个数均是D值诊断PCa特异度的重要影响因素，然而，目前b值的选择尚未一致，是IVIM技术今后研究的热点方向之一^[11]。

2　IVIM诊断前列腺癌

       MRI对前列腺癌的诊断价值已被认可。在常规序列成像中，病灶信号表现如下：T1WI表现为前列腺癌病灶与前列腺正常组织均呈较低信号，难以分辨；T2WI成像表现为正常高信号的周围带内出现低信号结节影，与周围正常组织存在明显差异；DWI显示肿瘤病灶为明显高信号结节，ADC值降低。IVIM扩散加权成像定量参数表现如下：大量研究结果^[12,13]均表明D值降低，分析其原因可能是肿瘤细胞增殖旺盛，排列紊乱，细胞外间隙变小，水分子扩散受限显著；ROC曲线分析表明，D值比ADC值具有更高的诊断效能，其原因可能是由于ADC值的变化受微循环灌注的影响；对于f值，有实验数据^[14]显示其数值减低，而冷晓明等^[15]则认为PCa的f值升高，分析其原因，有文献报道^[16,17]称f值的大小一方面与微循环灌注有关，另一方面可能对其他大流量现象敏感，如腺体分泌和导管内的液体流动，Pang等^[18]的研究认为b值选择范围不同，f值的大小不同，因此f值的数据差异较大，重复性较差；与正常组织相比，D^*值的差异无统计学意义，可能与b值的选择有关^[19]，另外D^*值易被邻近结构及运动伪影所影响。总之，IVIM来源的D值优于传统DWI来源的ADC值，即IVIM扩散加权成像能为前列腺癌患者提供更为准确的信息。

3　IVIM评价前列腺癌的侵袭性

       前列腺癌侵袭性的预测和评估是治疗和预后判断的重要指标。目前，由Donald Gleason医师提出的Gleason分级系统仍是世界范围内使用的前列腺分级法^[20]，它主要依据肿瘤的组织结构类型分为1～5级。把主要结构区和次要结构区各自的Gleason分级相加即为PCa的Gleason评分，评分范围是2~10分，反映肿瘤的分化程度。先前研究表明ADC值与Gleason评分呈显著负相关^[21,22]。但是常规DWI不能准确反映癌组织的生物学特点，因为一方面随着Gleason评分增高，肿瘤恶性程度增加，肿瘤细胞密度增加，细胞外间隙减小，组织扩散受限明显。另一方面，肿瘤分化程度越低，肿瘤新生血管密度越高，ADC值受肿瘤组织血流灌注影响也就越大。因此，研究人员使用定量的IVIM成像参数来分析前列腺癌的侵袭性。Pesapane等^[12]的研究指出，在PCa的恶性程度分级中仅ADC值具有意义，并且在低级别和中-高级别的PCa中差异显著，而IVIM参数与Gleason评分却没有相关性。相反地，Zhang等^[23]对48例经病理证实的PCa患者进行术前DWI检查(b=0~900 s/mm²)，采用单指数模型和IVIM模型对数据进行后处理、参数量化和直方图分析。结果发现，Gleason评分与肿瘤D值相关性较高。在肿瘤分层方面，D在LG与HG肿瘤的鉴别诊断上优于常规ADC。然而D^*值、f值与Gleason评分无相关性，不能确定PCa的肿瘤分级。Yang等^[24]、Valerio等^[25]和Kuru^[7]等的研究也得出了相似的结论，均认为IVIM来源的D值对PCa分级具有最高的诊断效能。总之，相比于ADC值，D值更能准确评估Gleason评分，即IVIM能更好地反映肿瘤组织的生物学特性。

4　IVIM鉴别诊断前列腺癌及其他前列腺疾病

4.1　前列腺癌与前列腺增生

       良性前列腺增生（benign prostatic hyperplasia，BPH)几乎总是存在于移行区的老年患者中，并且具有与PCa重叠的磁共振特征^[26]。虽然T2WI被推荐为PI-RADS v2中移行区的主要确定序列，但诊断效率仍令人不满意^[27,28]。在PI-RADS v2中，DWI是外周区的主要确定序列，但是PCa和BPH之间ADC值的重叠是不可忽略的^[29]，可能导致PCa的诊断假阳性。因此需要IVIM扩散加权成像来辅助鉴别。Bao等^[30]首先研究IVIM直方图分析在鉴别PCa和BPH中的应用发现，D值的直方图参数均值和中位数在PCa中均显著低于BPH，提示肿瘤区域细胞结构的异质性和复杂性明显高于BPH，但直方图D^*和f的差异无统计学意义，提示伪灌注对检测移行区内PCa的弥散率贡献不大。Cui等^[31]对30例患者进行体素内非相干运动参数直方图分析在前列腺癌与良性前列腺增生鉴别诊断中的价值进行研究，结果表明IVIM来源的D值显著低于BPH，差别有统计学意义；对于D^*的最小值和第十百分位数，PCa显著低于BPH；对于f值，PCa显著低于BPH，二者之间有显著性差异。Shinmoto^[17]、Pesapane^[12]和张杨贵^[13]等的研究发现，前列腺癌的D值及f值明显低于前列腺增生，但f值的差异无统计学意义，其次D^*值在前列腺癌及前列腺增生中也没有显著差异。综上所述，D值在前列腺癌与良性前列腺增生之间起重要鉴别作用；而f与D^*对二者的鉴别意义不是很大，且人们对f与D^*的认识尚存在差异，主要原因可能是多个b值的不同选择，这些b值已被证明对IVIM导出的参数有显著影响，特别是对f值^[18]。遗憾的是，b值的最佳数目和范围还没有确定，这可能还取决于被调查的不同器官^[32,33]。

4.2　前列腺癌与前列腺炎

       前列腺炎常常发生在前列腺外周带，而外周带的前列腺癌影像学表现有时与前列腺炎重叠，导致良恶性病变被混淆。因此IVIM扩散加权成像可用于鉴别。Kawada等^[34]研究表明，通过DCE-MRI，两种疾病显示不同的强化及灌注特点，鉴别的关键是肉芽肿性前列腺炎DCE-MRI上呈早期环形强化，而前列腺癌DCE-MRI上呈持续环形强化。然而，仍然可能存在一定重叠的影像表现。Meier-Schroers等^[35]研究表明，前列腺炎在T2WI及DWI上呈低信号，由于炎性细胞浸润增加，融合受到轻到中度的限制，其ADC值明显降低，但仍高于PCa，当ADC值≥900 mm²/s时对前列腺炎的预测价值最高，ROC曲线下面积为0.859(P<0.001)。Liu等^[36]研究双指数表观扩散参数在前列腺良恶性病变鉴别诊断中的价值，结果表明，前列腺炎组织的ADC、快速ADC (fast apparent diffusion coefficients，ADCF)、慢ADC (slow apparent diffusion coefficients，ADCS）和f均低于外周带组织，ADCF在鉴别前列腺癌和前列腺炎曲线下面积AUC (0.98比0.99）方面与ADC相当，但f和ADCS鉴别前列腺癌和前列腺炎(0.88和0.91）的AUC明显低于ADC。目前，相关研究很少，有待进一步深入研究。

5　总结与展望

       近年来，DWI的多种数学模型进入人们的视野，包括IVIM、扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI)、扩散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）等，为DWI提供了更多参数信息，可以进一步提高DWI的应用价值。DTI模型是一种多方向的弥散梯度成像，可以反映水分子在各个方向上扩散程度的异质性，通过测量水的布朗运动来反映组织结构的变化，进一步评估结构的完整性^[37]。DTI可提供ADC值、各向异性分数（fractional anisotropy，FA）值和弥散张量束成像图，反映显微水平的生理和病理改变^[38]。PCa的恶性程度越高，FA值亦越高，即FA值与Gleason评分呈正相关。此外，由于细胞复杂环境中存在屏障，分子弥散被证明与传统的随机弥合过程不同，这被认为是非高斯弥散行为。因此，Jensen等^[39]提出了DKI模型，扩散的不均匀性用扩散峰度（K)表示，经过非高斯扩散矫正过后的平均扩散率用Dk表示。普遍研究表明，前列腺癌的Dk低，K值升高，且Dk值与ADC值的诊断能力相近^[40]。通过结合三种模型进行检测，可得到多种不同的定量参数，取长补短，进而提高IVIM在前列腺疾病中的作用。但是仍需要大量的研究结果来支持。另外，三种模型的技术以及设备尚面临着挑战，需要进一步改进和完善。随着技术的不断成熟，设备的不断更新，IVIM在前列腺癌中的应用会越来越广泛。

       近期，为提高前列腺癌诊断水平而开发了一些新的MRI技术和序列。一些研究试图改善图像质量和采集时间，而越来越多的研究集中在定量成像、计算机辅助诊断和人工智能方面^[41]。微结构和分子成像是另一个备受关注的领域。在未来，我们可以期待看到这些技术的更多结果和临床适用性，以及更新和改进的技术的发展。常规多参数磁共振成像结合这些较新的序列和更定量的方法可能为前列腺癌的诊断提供最好的诊断准确性。