磁共振体素内不相干运动扩散加权成像诊断活动期克罗恩病的价值及效能分析

吴 霜，解 骞，管雪妮，张素芳，高信芳，梁宗辉

[上海市静安区中心医院（复旦大学附属华山医院静安分院）放射科，上海 200040]

克罗恩病是一种发病机制不明、反复发作的肠道炎症性疾病，可累及消化道的任何部位[1]，在西方国家其发病率高达29.3/10 万，而国内的发病率为0.848/10 万。目前肠镜检查是诊断克罗恩病的金标准，但该检查方法具有侵入性，并可能引发肠穿孔、出血等并发症。磁共振成像 （magnetic resonance imaging，MRI）检查因无辐射、软组织分辨率高等特点已逐步被应用于克罗恩病的临床研究[2]。常规MRI 对于克罗恩病病变肠段及并发症有很好的显示效果，以动态增强MRI 和扩散加权成像为代表的功能MRI 检查可用于评估病变组织微血管生成、炎性细胞浸润等微结构的信息。体素内不相干运动扩散加权成像 （introvoxel incoherent motion diffusion weighted imaging，IVIM-DWI） 是一种全新的评估组织血流灌注的影像方法，其应用双指数模型来区分水分子的真性扩散和微循环灌注形成的假性扩散，目前已成功应用于腹部实质性脏器如肝脏、胰腺、肾脏等的研究中。目前，将IVIM-DWI 检查应用于克罗恩病诊断的报道较少，其对活动期克罗恩病的研究价值尚不清楚，本研究旨在探讨IVIM-DWI 成像不同参数对活动期克罗恩病的诊断价值及效能。

资料与方法

一、资料

本研究收集本院2018 年2 月至2019 年6 月共30例克罗恩病患者，其中男19例，女11例，年龄为20～55岁，平均年龄为（32.9±9.7）岁。所有患者均经临床、内镜、病理学等方法证实为克罗恩病，并有完整的影像检查资料。本研究纳入患者的标准如下，①年龄≥18岁；②符合《炎症性肠病诊断与治疗的共识意见（2018 年，北京）》推荐的诊断标准[3]，根据简化克罗恩病活动指数计算法对患者进行分期（见表1），所有患者均为活动期克罗恩病患者，活动指数评分≥5 分，内镜检查提示活动性肠炎，且病变局限于末段回肠及回盲部；③符合克罗恩的病理学诊断标准，即固有膜可见中性粒细胞及淋巴细胞浸润，隐窝有中性粒细胞浸润及隐窝炎，黏膜表层糜烂、溃疡形成。本研究的排除标准如下，①怀疑合并肠结核、感染性肠炎、肠肿瘤或合并其他系统严重病变的患者；②不确定性结肠炎患者；③最近1个月服用过非甾体抗炎药患者；④合并泌尿系感染的患者；⑤有消化道手术病史的患者；⑥孕妇及儿童（年龄＜18岁）。本研究获得本院医学伦理委员会批准[批准文号为伦（2018-04）号]，所有患者接受MRI检查前均签署知情同意书。

二、MRI 检查方法

患者接受MRI 扫描前6～8 h 禁食，并口服聚乙二醇电解质口服溶液清洁肠道；扫描前1 h 开始口服2.5%等渗甘露醇液2 000 mL 充盈肠道，并由医师指导训练屏气；扫描前10 min 肌内注射山莨菪碱10 mg 以抑制胃肠道蠕动。

表1 简化克罗恩病活动指数计算法

采用GE Discovery MR750 3.0T 扫描仪，使用腹盆腔线圈（8 通道）进行扫描。检查时患者取仰卧位，先行常规序列扫描，扫描序列包括以下几项。①快速梯度回波序列化学位移成像：TR 3.7 ms，同相位TE 2.2 ms，反相位TE 1.1 ms，视野（field of view,FOV）40 mm×40 mm，层厚6 mm，层间距2 mm；②脂肪抑制T2WI 序列：TR 6 000 ms TE 150 ms,FOV 40 mm×40 mm，层厚6 mm，层间距2 mm。然后，进行IVIM-DWI 扫描，扫描参数为，TR=6 316 ms，TE=65 ms；FOV 40 mm×40 mm，层厚6.0 mm，层间距2 mm，激励次数1 次，b 值（10个）分别为0、10、50、100、200、400、600、800、1 000、1 200 s/mm2。

三、IVIM-DWI 参数测算

将图像传至GE AW 4.5 工作站进行后处理，用Functool MADC 软件进行分析。由2名高年资放射科医师，在不知晓受检者临床和病理结果的情况下，分别测算IVIM-DWI 参数，采用b 值=800 s/mm2的图像放置感兴趣区（region of interest，ROI），ROI面积为（15.4±3.6） mm2，尽量避开空气及肠内容物的干扰，通过双指数模型自动计算生成表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）值、D 值、D*值和f 值，ADC 值代表组织平均扩散水平；f 值为灌注分数，代表体素内微循环灌注相关的扩散效应占总体扩散效应的百分比；D 值为扩散系数，代表真性水分子的扩散运动（缓慢扩散运动成分）；D*值为体素内微循环灌注系数，表示体素内微循环灌注相关的扩散效应（快速扩散运动成分）。分别记录各值，重复测算3 次，取各参数平均值，以相同方法测算同一层面正常肠壁IVIM-DWI 各参数值作为对照组。

四、统计学处理

使用SPSS 19.0 软件对所测数据进行统计学分析。计量资料先进行正态性检验，符合正态分布的资料以平均数±标准差表示。采用组内相关系数评价2名医师间的一致性。克罗恩病组与对照组各参数ADC 值、D、D*及f 值的比较采用独立样本t 检验。应用受试者操作特征曲线 （receiver operator characteristic curve，ROC 曲 线），对比分析IVIMDWI 各参数对克罗恩病的诊断效能，计算曲线下面积（area under curve，AUC），判定各参数的最佳诊断临界值及灵敏度、特异度。AUC 的比较采用Delong 检验进行，评价各指标对活动期克罗恩病的诊断价值，采用MedCalc 软件进行ROC 曲线分析。P＜0.05 时认为差异有统计学意义。

结果

一、观察者之间的一致性

2名医师测算获得的IVIM-DWI 各项参数之间一致性良好，ADC、D、D*及f 值的组内相关系数依次为0.87、0.92、0.92、0.98（P 均＜0.01）。

二、克罗恩病组与对照组的IVIM-DWI 参数比较

克罗恩病组与对照组的IVIM-DWI 各参数见表2。克罗恩病组的ADC 值、D*值及f 值均低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），而2 组间的D值差异无统计学意义（P＞0.05）（见表2）。典型患者的IVIM-DWI 参数见图1。

表2 克罗恩病组与对照组的IVIM-DWI 参数比较（ ）

表2 克罗恩病组与对照组的IVIM-DWI 参数比较（ ）

三、不同IVIM-DWI 参数的诊断效能

IVIM-DWI 相关参数ADC 值、D*值、f 值诊断活动期克罗恩病的最佳临界值、AUC、灵敏度和特异度见表3。采用Delong 检验分析ADC 值、D*值、f 值用于克罗恩病诊断的ROC 曲线，发现ADC 值诊断克罗恩病的AUC 大于D*值、f 值（Z=3.004、2.558，P=0.002 7、0.010 5），差异有统计学意义。IVIM-DWI相关参数中ADC 值诊断克罗恩病的效能最高（见图2）。

表3 不同IVIM-DWI 参数诊断活动期克罗恩病的效能

图1 回盲部克罗恩病患者的IVIM 各参数图像

图2 ADC、D*、f 值诊断活动期克罗恩病的ROC 曲线

讨论

克罗恩病病程迁延，活动期与缓解期交替，不易根治，而判断其疾病活动度、明确患者所处的疾病分期，对临床选择合理的治疗方案及判断疾病预后都有重要意义。为此，临床迫切需要寻找一种非侵入性的、方便且准确的方法来评估及监测克罗恩病的活动度，为治疗方案的选择提供依据。国内外有研究显示，采用DWI 信号及ADC 值评估克罗恩病活动性具有重要价值。克罗恩病炎症活动肠段的DWI 信号较正常肠段增高，而其ADC 值较正常肠段降低[4-5]，这与本研究结果一致，相关病理机制可能为细胞水肿和细胞外间隙减小，从而导致水分子扩散受限。ADC 值可量化评估组织平均扩散，反映病理生理改变引起的组织细胞水平的微观变化[6]。传统ADC 值不仅受到组织内水分子扩散的影响，同时还受到毛细血管网血流灌注效应的影响，后者代表了血管内水分子的宏观运动。

IVIM-DWI 是用于描述体素微观运动的一种成像方法，通过双指数模型对水分子的真性扩散和微循环灌注形成的假性扩散信息进行分离、量化，弥补了DWI 的不足。根据IVIM-DWI 理论，信号衰减与b 值间的关系为Sb/S0=f×exp（-b×D*）+（1-f）exp（-b×D）。Sb为不同b 值下的信号强度，S0为b=0 的信号强度；f 值为灌注分数，代表体素内微循环灌注相关的扩散效应占总体扩散效应的百分比；D值为扩散系数，代表真性水分子的扩散运动（缓慢扩散运动成分）；D*值为灌注相关弥散系数，表示体素内微循环灌注相关的扩散效应（快速扩散运动成分）[7]。

本研究结果显示，克罗恩病活动期病变肠段D*和f 值均低于正常肠段，差异有统计学意义，表明克罗恩病活动期的病变肠段微循环毛细血管灌注较正常肠段有所下降。Carr 等[8]对克罗恩病手术切除肠段进行组织学检查，证实了病变肠段微循环灌注减低。Hultén 等[9]采用同位素洗脱技术，在术中对回肠克罗恩病病变肠段壁内血流量分布进行测定，证实无论在克罗恩病炎症渗出期或纤维化期，肠壁微循环血流灌注均有不同程度下降。D*值反映了毛细血管内平均血流速度。克罗恩病肠壁组织炎症反应导致局部微血管阻力升高，血流速度减慢，血流灌注量减少，从而导致灌注相关参数D*值及f 值减低[10-11]。

本研究克罗恩病组的D 值有略低于对照组的趋势，可能的原因为随着克罗恩病炎症进展及炎性细胞浸润、淋巴管扩大、肠壁肉芽肿形成，引起细胞外间隙狭窄，进而导致水分子扩散受限，但2 组之间D 值的差异尚无统计学意义。表明克罗恩病炎症进展对血流灌注下降的影响更大，大于对真实水分子扩散的影响。这也可能与本研究选取的低b 值数目较多有关，当采用低b 值时，DWI 信号包括水分子扩散运动及灌注效应，且以微循环灌注效应为主。基于IVIM-DWI 评估组织病理生理学微观变化的机制尚不完全清楚，虽然有研究表明D*值及f 值与血流灌注有关，但扫描过程呼吸运动、肠蠕动以及不同扫描方式也会对相关参数的稳定性产生影响。采用Delong 检验分析AUC 后可以看出，ADC值对克罗恩病的诊断效能较D*值及f 值高，这与Hectors 等[12]的研究结果一致。

本研究存在一定局限性。第一，本研究仅对克罗恩病炎症活动组与正常肠壁进行比较，未进一步研究克罗恩病炎症活动期与非活动期IVIMDWI 数值的差异，故本研究存在一定的局限性；第二，本研究样本量较少，可能存在一定的统计学偏倚，且研究的病变范围局限于回盲部；第三，IVIMDWI 图像采集时间较长，不同研究采用的b 值差异性较大，尚无统一规范，且可因ROI 的放置方法不同，使不同研究结果间的可比性差，需进一步标准化。

总之，IVIM-DWI 相关参数ADC 值、D*值和f值在评估克罗恩病炎症活动方面均有一定价值，其中ADC 值的诊断效能最高。IVIM-DWI 检查无需使用对比剂，有望成为一种无创性评估克罗恩病病理生理改变的检查方法，为临床诊断及治疗提供指导。