不同b值条件下心脏体素内不相干运动成像相关参数的一致性

李世兰，牟安娜，车思雨，陈 辉，宋清伟，刘爱连，李智勇*

(1.大连医科大学附属第一医院放射科，辽宁 大连 116011；2.四川省人民医院放射科，四川 成都 610072)

体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion, IVIM)技术可在非对比剂的情况下无创评估微循环灌注及组织中水分子扩散情况，现已用于诊断肝脏、乳腺及前列腺等疾病和评估病情[1-3]。IVIM成像受心脏、呼吸等生理运动影响。近年来，随着IVIM参数设置、扫描方式等的不断优化，已有研究[4-7]证实IVIM技术可用于活体心脏成像。

b值是IVIM扩散加权成像的重要参数，控制双极梯度脉冲强度，决定着采集信号的扩散加权程度[8]。IVIM心脏相关研究[9-14]所用b值数量及大小各不相同。理论上更多b值有利于纠正双指数曲线的拟合误差，保证参数的准确性，但会导致图像采集时间过长。优化b值采集方案对IVIM获得最佳诊断效能和缩短采集时间非常重要。本研究观察不同b值条件下心脏IVIM成像相关参数的一致性，为优化b值方案提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2015年5月—2019年5月30名接受心脏IVIM成像的健康志愿者，男14名，女16名，年龄22～71岁，平均(37.3±14.9)岁；体质量指数(body mass index， BMI)17.90～77.40 kg/m2，平均(21.95±2.67)kg/m2；心率54～75次/分，平均(63.75±6.41)次/分。纳入标准：①心电图及超声心动图正常；②无心肌梗死及心脏手术史；③无心悸、心衰、胸痛、胸闷、呼吸困难等症状；④无糖尿病、高血压、高脂血症及肿瘤病史。排除标准：①MR检查禁忌证(心脏起搏器、人工耳蜗植入物、幽闭恐惧症等)、妊娠期妇女、已知全身性疾病和听力障碍；②情绪紧张或无法承受长时间检查；③图像质量差。本研究经院伦理委员会审批，检查前所有志愿者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE Signa HDxt 3.0T MR仪，配备8通道心脏专用线圈。检查前对志愿者进行屏气训练，在呼气末屏气时行IVIM扫描，以快速平衡稳态进动(fast imaging employ steady state acquisition, FIESTA)序列采集所有层面(左心室短轴、二腔心、三腔心及四腔心层面)图像。电影扫描参数：TR 3.2 ms，TE 1.1 ms，翻转角45°，层厚10 mm，层间距0，体素224×256，FOV 35 cm×35 cm。采用单次自旋回波平面成像(spin-echo echo planar imaging, SE-EPI)序列行弥散加权成像(diffusion weighted imaging, DWI)，主要采集左心室中间部短轴图像，b值取0、20、50、80、100、120、200、300、500 s/mm2，相对应激励次数为2、2、2、2、2、2、2、2、4；TE 51.2 ms，TR 857 ms，层厚8 mm，层间距0 mm，矩阵96×128，FOV 35 cm×35 cm，扫描触发延迟(trigger delay, TD)。

1.3 图像后处理及分析 采用GE Functool 9.4.05a软件测量IVIM参数。方法：于左心室心肌整体、边缘无伪影干扰层面手动勾画心中膜，而后在GE ADW 4.6系统中以双指数模型获取左心室心肌慢速表观弥散系数(slow apparent diffusion coefficient, ADCslow)、快速ADC(ADCfast)及灌注分数f。由1名从事心血管影像学诊断工作20年的主任医师(医师1)及1名工作3年的住院医师(医师2)分别进行测量，1个月后医师2进行重复测量。

1.4 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件。以±s表示符合正态分布的计量资料，采用独立样本t检验进行比较。以配对样本t检验对比9个b值与7个b值时各参数值的差异。采用组内相关系数(intraclass correlation coefficient,ICC)分析2名医师测量结果的一致性(ICC>0.6为一致性较好)，以Bland-Altman图法分析9个b值(0、20、50、80、100、120、200、300、500 s/mm2)与7个b值(0、20、80、100、200、300、500 s/mm2)时参数测值的一致性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 2种b值条件下IVIM参数值比较 9个与7个b值情况下，ADCslow、ADCfast及f差异均无统计学意义(P均>0.05)，见表1及图1、2。

表1 9个与7个b值条件下左心室中间部IVIM参数值比较(±s)

表1 9个与7个b值条件下左心室中间部IVIM参数值比较(±s)

b值ADCslow(×10-3 mm2/s)ADCfast(×10-3 mm2/s)f(%)9个3.24±1.22137.82±39.4929.67±7.407个3.17±1.50139.39±39.5930.84±7.40t值0.440.230.61P值0.660.820.54

图1 志愿者男，25岁，心脏IVIM成像 A～I.左心室短轴IVIM原始图像，对应9个b值分别为0、20、50、80、100、150、200、300、500 s/mm2； J～L.以心脏IVIM成像双指数模型构建的各参数伪彩图，依次为ADCslow图、ADCfast图及f图，ADCslow=2.23×10-3 mm2/s，ADCfast=134.00×10-3 mm2/s，f=25.60%

图2 志愿者男，25岁，心脏IVIM成像 A～G.左心室短轴IVIM原始图像，对应7个b值分别为0、20、80、100、200、300、500 s/mm2； H～J.以心脏IVIM成像双指数模型构建的各参数伪彩图，依次为ADCslow图、ADCfast图及f图，ADCslow=2.14×10-3 mm2/s，ADCfast=139.00×10-3 mm2/s，f=22.40%

2.2 2名医师测量IVIM参数值的一致性 9个和7个b值条件下，2名医师测量IVIM参数的组内及组间一致性均较好(ICC均≥0.66，P均<0.05)，见表2、3。

表2 9个b值时2名医师测量左心室中间部IVIM参数组内及组间一致性(±s)

表2 9个b值时2名医师测量左心室中间部IVIM参数组内及组间一致性(±s)

参数组内一致性医师2第1次医师2第2次ICC值组间一致性医师2(第1次)医师1ICC值ADCslow(×10-3 mm2/s)3.24±1.223.35±1.280.973.24±1.223.33±1.360.92ADCfast(×10-3 mm2/s)137.82±39.50139.78±38.110.71137.82±39.50130.01±29.330.76f(%)29.67±7.4031.86±7.370.8529.67±7.4029.53±8.180.87

表3 7个b值时2名医师测量左心室中间部IVIM参数组内及组间一致性(±s)

表3 7个b值时2名医师测量左心室中间部IVIM参数组内及组间一致性(±s)

参数组内一致性医师2第1次医师2第2次ICC值组间一致性医师2(第1次)医师1ICC值ADCslow(×10-3 mm2/s)3.17±1.503.17±1.230.923.17±1.503.19±1.560.95ADCfast(×10-3 mm2/s)139.39±39.60135.55±30.630.73139.39±39.60137.54±33.800.85f(%)30.84±7.4634.59±8.340.6630.84±7.4631.06±7.340.72

2.3 2种b值条件下IVIM参数测值的一致性Bland-Altman图显示，9个与7个b值时，ADCslow平均偏差为-0.07×10-3mm2/s，一致性界限(-1.87,1.73)；ADCfast平均偏差1.57×10-3mm2/s，一致性界限(-72.64，75.77)；f平均偏差1.17%，一致性界限(-13.45，15.79)。

3 讨论

3.1 b值数目和大小 b值选择对IVIM图像采集至关重要。IVIM技术的b值数量因研究不同而异，多为4～10个，拟合参数双指数信号衰减的最小b值个数为4，即为获得IVIM参数值，必须用至少4种不同b值(包括b=0 s/mm2)[8]。据报道[15]，目前IVIM技术所用b值数量最多为16个，b值数量越多，拟合误差越小，IVIM参数精确性越高。在针对心脏的IVIM研究[10-13]中，b值数目及大小各不相同，数量一般为7～13个，如XIANG等[10]使用7个b值，MOU等[11-13]使用9个b值，DELATTRE等[14]则使用13个b值。但是，b值数量增多导致采集时间延长。DELATTRE等[14]尝试将b值降至9个，发现所获IVIM参数值与13个b值无明显差异，而采集时间明显缩短。本研究结果则进一步显示7个b值与9个b值采集参数的一致性较好。

目前国内外针对如何设置b值数量及大小尚未达成共识，各研究中b值设置不完全相同。心脏相关IVIM研究中，AN等[12]使用b值为0、10、50、100、150、200、250、500、800 s/mm2，MOULIN等[13]使用b值为0、15、30、50、75、100、200、300、400 s/mm2，DELATTRE等[14]使用b值为0、15、30、45、60、75、90、105、120、250、350、450、550 s/mm2，XIANG等[10]使用b值为0、20、60、80、120、200、600 s/mm2。b<200 s/mm2时，采集的扩散信号包含足够的组织灌注成分；b值>200 s/mm2时，微循环灌注成分对扩散信号的影响可以忽略。一般认为b=200 s/mm2是区分快、慢水分子扩散运动的阈值[16]，故多数研究均选取b值200 s/mm2。此外，由于选择b值数量不同，各研究中b值跨度也不同，但多数研究第2个b值均≥10 s/mm2，这是由于b值<10 s/mm2可出现明显信号衰减，且所反映的是相对较大的血管中质子的流动速度，而非IVIM理论中的微血管灌注[17]。本研究第2个b值选择20 s/mm2，与XIANG等[10,18]相同，发现7个b值与9个b值条件下获得的IVIM参数值差异无统计学意义。

3.2 IVIM参数的一致性 IVIM参数只有在一致性良好的前提下方能较好地反映组织微循环状态。MOULIN等[13]观察IVIM参数的可重复性，发现f和ADCslow可重复性较好，ICC值分别为0.963、0.762，而ADCfast的可重复性稍低(ICC=0.652)。MOU等[11]发现正常人IVIM参数组内及组间一致性均较高(ICC≥0.87)。RAPACCHI等[9]将低b值DWI用于健康志愿者，发现经过去噪(principal component analysis, PCA)及滤波(temporal maximum intensity projection, TMIP)等后处理后，IVIM参数具有良好的可重复性。本研究比较2种不同b值条件下正常人IVIM各参数，发现反映灌注情况的参数ADCfast和f值具有良好的一致性，与李志伟等[18]研究结果相符，提示IVIM参数值的稳定性较好，成像质量良好时，可较好地反映组织微循环情况。

3.3 不同b值情况下IVIM参数值 各研究中b值数量及数值不同，所获心脏IVIM参数值也不相同。DELATTRE等[14]以13个b值获得的ADCslow值为(2.34±0.98)×10-3mm2/s，ADCfast值为76.3×10-3mm2/s；MOULIN等[13]以9个b值获得的ADCslow值为(1.41±0.09)×10-3mm2/s，ADCfast值为(43.6±9.2)×10-3mm2/s。不同b值数量、数值下，IVIM参数值不同，原因可能在于不同b值及跨度与扫描磁场强度有关。为缩短采集时间和减少图像失真，扫描过程中在RR间期获取数据，此时连续2幅图像之间的信号可能尚未完全恢复，且磁化矢量动态平衡依赖于个体RR间期，磁化矢量可能影响参数值。

综上所述，9个与7个b值条件下心脏IVIM成像各参数值的一致性较好。本研究样本量较小，且为回顾性分析，有待加大样本量进一步深入探讨。