磁共振體素內不相干運動擴散加權成像診斷活動期克羅恩病的價值及效能分析

吳 霜，解 騫，管雪妮，張素芳，高信芳，梁宗輝

[上海市靜安區中心醫院（復旦大學附屬華山醫院靜安分院）放射科，上海 200040]

克羅恩病是一種發病機制不明、反復發作的腸道炎癥性疾病，可累及消化道的任何部位[1]，在西方國家其發病率高達29.3/10 萬，而國內的發病率為0.848/10 萬。目前腸鏡檢查是診斷克羅恩病的金標準，但該檢查方法具有侵入性，并可能引發腸穿孔、出血等并發癥。磁共振成像 （magnetic resonance imaging，MRI）檢查因無輻射、軟組織分辨率高等特點已逐步被應用于克羅恩病的臨床研究[2]。常規MRI 對于克羅恩病病變腸段及并發癥有很好的顯示效果，以動態增強MRI 和擴散加權成像為代表的功能MRI 檢查可用于評估病變組織微血管生成、炎性細胞浸潤等微結構的信息。體素內不相干運動擴散加權成像 （introvoxel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIM-DWI） 是一種全新的評估組織血流灌注的影像方法，其應用雙指數模型來區分水分子的真性擴散和微循環灌注形成的假性擴散，目前已成功應用于腹部實質性臟器如肝臟、胰腺、腎臟等的研究中。目前，將IVIM-DWI 檢查應用于克羅恩病診斷的報道較少，其對活動期克羅恩病的研究價值尚不清楚，本研究旨在探討IVIM-DWI 成像不同參數對活動期克羅恩病的診斷價值及效能。

資料與方法

一、資料

本研究收集本院2018 年2 月至2019 年6 月共30例克羅恩病患者，其中男19例，女11例，年齡為20～55歲，平均年齡為（32.9±9.7）歲。所有患者均經臨床、內鏡、病理學等方法證實為克羅恩病，并有完整的影像檢查資料。本研究納入患者的標準如下，①年齡≥18歲；②符合《炎癥性腸病診斷與治療的共識意見（2018 年，北京）》推薦的診斷標準[3]，根據簡化克羅恩病活動指數計算法對患者進行分期（見表1），所有患者均為活動期克羅恩病患者，活動指數評分≥5 分，內鏡檢查提示活動性腸炎，且病變局限于末段回腸及回盲部；③符合克羅恩的病理學診斷標準，即固有膜可見中性粒細胞及淋巴細胞浸潤，隱窩有中性粒細胞浸潤及隱窩炎，黏膜表層糜爛、潰瘍形成。本研究的排除標準如下，①懷疑合并腸結核、感染性腸炎、腸腫瘤或合并其他系統嚴重病變的患者；②不確定性結腸炎患者；③最近1個月服用過非甾體抗炎藥患者；④合并泌尿系感染的患者；⑤有消化道手術病史的患者；⑥孕婦及兒童（年齡＜18歲）。本研究獲得本院醫學倫理委員會批準[批準文號為倫（2018-04）號]，所有患者接受MRI檢查前均簽署知情同意書。

二、MRI 檢查方法

患者接受MRI 掃描前6～8 h 禁食，并口服聚乙二醇電解質口服溶液清潔腸道；掃描前1 h 開始口服2.5%等滲甘露醇液2 000 mL 充盈腸道，并由醫師指導訓練屏氣；掃描前10 min 肌內注射山莨菪堿10 mg 以抑制胃腸道蠕動。

表1 簡化克羅恩病活動指數計算法

采用GE Discovery MR750 3.0T 掃描儀，使用腹盆腔線圈（8 通道）進行掃描。檢查時患者取仰臥位，先行常規序列掃描，掃描序列包括以下幾項。①快速梯度回波序列化學位移成像：TR 3.7 ms，同相位TE 2.2 ms，反相位TE 1.1 ms，視野（field of view,FOV）40 mm×40 mm，層厚6 mm，層間距2 mm；②脂肪抑制T2WI 序列：TR 6 000 ms TE 150 ms,FOV 40 mm×40 mm，層厚6 mm，層間距2 mm。然后，進行IVIM-DWI 掃描，掃描參數為，TR=6 316 ms，TE=65 ms；FOV 40 mm×40 mm，層厚6.0 mm，層間距2 mm，激勵次數1 次，b 值（10個）分別為0、10、50、100、200、400、600、800、1 000、1 200 s/mm2。

三、IVIM-DWI 參數測算

將圖像傳至GE AW 4.5 工作站進行后處理，用Functool MADC 軟件進行分析。由2名高年資放射科醫師，在不知曉受檢者臨床和病理結果的情況下，分別測算IVIM-DWI 參數，采用b 值=800 s/mm2的圖像放置感興趣區（region of interest，ROI），ROI面積為（15.4±3.6） mm2，盡量避開空氣及腸內容物的干擾，通過雙指數模型自動計算生成表觀擴散系數（apparent diffusion coefficient，ADC）值、D 值、D*值和f 值，ADC 值代表組織平均擴散水平；f 值為灌注分數，代表體素內微循環灌注相關的擴散效應占總體擴散效應的百分比；D 值為擴散系數，代表真性水分子的擴散運動（緩慢擴散運動成分）；D*值為體素內微循環灌注系數，表示體素內微循環灌注相關的擴散效應（快速擴散運動成分）。分別記錄各值，重復測算3 次，取各參數平均值，以相同方法測算同一層面正常腸壁IVIM-DWI 各參數值作為對照組。

四、統計學處理

使用SPSS 19.0 軟件對所測數據進行統計學分析。計量資料先進行正態性檢驗，符合正態分布的資料以平均數±標準差表示。采用組內相關系數評價2名醫師間的一致性?？肆_恩病組與對照組各參數ADC 值、D、D*及f 值的比較采用獨立樣本t 檢驗。應用受試者操作特征曲線 （receiver operator characteristic curve，ROC 曲 線），對比分析IVIMDWI 各參數對克羅恩病的診斷效能，計算曲線下面積（area under curve，AUC），判定各參數的最佳診斷臨界值及靈敏度、特異度。AUC 的比較采用Delong 檢驗進行，評價各指標對活動期克羅恩病的診斷價值，采用MedCalc 軟件進行ROC 曲線分析。P＜0.05 時認為差異有統計學意義。

結果

一、觀察者之間的一致性

2名醫師測算獲得的IVIM-DWI 各項參數之間一致性良好，ADC、D、D*及f 值的組內相關系數依次為0.87、0.92、0.92、0.98（P 均＜0.01）。

二、克羅恩病組與對照組的IVIM-DWI 參數比較

克羅恩病組與對照組的IVIM-DWI 各參數見表2?？肆_恩病組的ADC 值、D*值及f 值均低于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05），而2 組間的D值差異無統計學意義（P＞0.05）（見表2）。典型患者的IVIM-DWI 參數見圖1。

表2 克羅恩病組與對照組的IVIM-DWI 參數比較（ ）

表2 克羅恩病組與對照組的IVIM-DWI 參數比較（ ）

三、不同IVIM-DWI 參數的診斷效能

IVIM-DWI 相關參數ADC 值、D*值、f 值診斷活動期克羅恩病的最佳臨界值、AUC、靈敏度和特異度見表3。采用Delong 檢驗分析ADC 值、D*值、f 值用于克羅恩病診斷的ROC 曲線，發現ADC 值診斷克羅恩病的AUC 大于D*值、f 值（Z=3.004、2.558，P=0.002 7、0.010 5），差異有統計學意義。IVIM-DWI相關參數中ADC 值診斷克羅恩病的效能最高（見圖2）。

表3 不同IVIM-DWI 參數診斷活動期克羅恩病的效能

圖1 回盲部克羅恩病患者的IVIM 各參數圖像

圖2 ADC、D*、f 值診斷活動期克羅恩病的ROC 曲線

討論

克羅恩病病程遷延，活動期與緩解期交替，不易根治，而判斷其疾病活動度、明確患者所處的疾病分期，對臨床選擇合理的治療方案及判斷疾病預后都有重要意義。為此，臨床迫切需要尋找一種非侵入性的、方便且準確的方法來評估及監測克羅恩病的活動度，為治療方案的選擇提供依據。國內外有研究顯示，采用DWI 信號及ADC 值評估克羅恩病活動性具有重要價值?？肆_恩病炎癥活動腸段的DWI 信號較正常腸段增高，而其ADC 值較正常腸段降低[4-5]，這與本研究結果一致，相關病理機制可能為細胞水腫和細胞外間隙減小，從而導致水分子擴散受限。ADC 值可量化評估組織平均擴散，反映病理生理改變引起的組織細胞水平的微觀變化[6]。傳統ADC 值不僅受到組織內水分子擴散的影響，同時還受到毛細血管網血流灌注效應的影響，后者代表了血管內水分子的宏觀運動。

IVIM-DWI 是用于描述體素微觀運動的一種成像方法，通過雙指數模型對水分子的真性擴散和微循環灌注形成的假性擴散信息進行分離、量化，彌補了DWI 的不足。根據IVIM-DWI 理論，信號衰減與b 值間的關系為Sb/S0=f×exp（-b×D*）+（1-f）exp（-b×D）。Sb為不同b 值下的信號強度，S0為b=0 的信號強度；f 值為灌注分數，代表體素內微循環灌注相關的擴散效應占總體擴散效應的百分比；D值為擴散系數，代表真性水分子的擴散運動（緩慢擴散運動成分）；D*值為灌注相關彌散系數，表示體素內微循環灌注相關的擴散效應（快速擴散運動成分）[7]。

本研究結果顯示，克羅恩病活動期病變腸段D*和f 值均低于正常腸段，差異有統計學意義，表明克羅恩病活動期的病變腸段微循環毛細血管灌注較正常腸段有所下降。Carr 等[8]對克羅恩病手術切除腸段進行組織學檢查，證實了病變腸段微循環灌注減低。Hultén 等[9]采用同位素洗脫技術，在術中對回腸克羅恩病病變腸段壁內血流量分布進行測定，證實無論在克羅恩病炎癥滲出期或纖維化期，腸壁微循環血流灌注均有不同程度下降。D*值反映了毛細血管內平均血流速度?？肆_恩病腸壁組織炎癥反應導致局部微血管阻力升高，血流速度減慢，血流灌注量減少，從而導致灌注相關參數D*值及f 值減低[10-11]。

本研究克羅恩病組的D 值有略低于對照組的趨勢，可能的原因為隨著克羅恩病炎癥進展及炎性細胞浸潤、淋巴管擴大、腸壁肉芽腫形成，引起細胞外間隙狹窄，進而導致水分子擴散受限，但2 組之間D 值的差異尚無統計學意義。表明克羅恩病炎癥進展對血流灌注下降的影響更大，大于對真實水分子擴散的影響。這也可能與本研究選取的低b 值數目較多有關，當采用低b 值時，DWI 信號包括水分子擴散運動及灌注效應，且以微循環灌注效應為主?；贗VIM-DWI 評估組織病理生理學微觀變化的機制尚不完全清楚，雖然有研究表明D*值及f 值與血流灌注有關，但掃描過程呼吸運動、腸蠕動以及不同掃描方式也會對相關參數的穩定性產生影響。采用Delong 檢驗分析AUC 后可以看出，ADC值對克羅恩病的診斷效能較D*值及f 值高，這與Hectors 等[12]的研究結果一致。

本研究存在一定局限性。第一，本研究僅對克羅恩病炎癥活動組與正常腸壁進行比較，未進一步研究克羅恩病炎癥活動期與非活動期IVIMDWI 數值的差異，故本研究存在一定的局限性；第二，本研究樣本量較少，可能存在一定的統計學偏倚，且研究的病變范圍局限于回盲部；第三，IVIMDWI 圖像采集時間較長，不同研究采用的b 值差異性較大，尚無統一規范，且可因ROI 的放置方法不同，使不同研究結果間的可比性差，需進一步標準化。

總之，IVIM-DWI 相關參數ADC 值、D*值和f值在評估克羅恩病炎癥活動方面均有一定價值，其中ADC 值的診斷效能最高。IVIM-DWI 檢查無需使用對比劑，有望成為一種無創性評估克羅恩病病理生理改變的檢查方法，為臨床診斷及治療提供指導。