心脏单、双指数扩散加权成像的应用进展

蒋小凤，雷楠，朱娅奇，李泽勇，朱丽，雷丽程，杜勇，付兵*

1.成都市第五人民医院，四川成都 611130；2.川北医学院附属医院放射科，四川南充 637000； *通讯作者 付兵 807789214@qq.com

心肌组织的水分子扩散运动和微循环灌注是评估患者心肌状况和监测治疗效果的重要指标[1]。随着MRI 的发展，单b 值、多b 值扩散加权成像（DWI）在心脏中的应用越来越多，因其能够在不使用造影剂的情况下获得组织的扩散和灌注信息[2]。本文拟对单、双指数DWI 在心脏中的应用进展做一综述。

1 单指数DWI 在心脏中的应用

1.1 原理 在活体组织中，水分子的扩散运动包括细胞外、细胞内和跨细胞运动以及微循环灌注[3]。DWI是在单次激发回波平面成像技术上，加上扩散敏感梯度脉冲显示不同组织由于水分子扩散速度不同而导致的信号差异。b 值较小时主要反映局部组织的微循环血流灌注，但测得的表观扩散系数（ADC）值不稳定。b 值较大时，可较好地反映组织内水分子的扩散运动，但图像信噪比相对下降[3-5]。因此，临床上需根据不同检查部位选择适当的b 值。DWI 已经广泛应用于临床实践，可提供受检组织的微观结构信息，在缺血性脑卒中的检测和肿瘤的良恶性鉴别、疗效评估、预后预测方面具有重要作用[5]。

1.2 DWI 在心肌梗死中的应用 近年DWI 已逐步应用于心肌损伤检查中，能够发现心肌急性水肿区域，评价心肌损伤的程度和范围[6-7]。Rapacchi 等[6]使用低b 值DWI 序列对健康志愿者进行心脏扫描，采用主元分析（principal component analysis，PCA）及时间最大强度投影（temporal maximum intensity projection，TMIP）的结合应用对标记图像进行扫描；PCA 可提高图像信噪比，TMIP 可恢复由时间波动引起的信号强度衰减，两者结合使用使得图像信噪比和对比度达到诊断水平。结果显示ADC 图在志愿者间具有良好的一致性，在自由呼吸和屏气扫描采集参数间重复性较好。Kociemba 等[7]采用DWI 和T2-TIRM 对心肌水肿进行检测，结果显示DWI 图像测量水肿面积明显大于T2-TIRM，推测DWI 可用于诊断心肌急性损伤， 减少了TIRM 图像中慢血流导致的伪影。Jin 等[8]运用猪急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）模型研究缺血心肌在DWI 上的信号改变，以组织病理学结果为“金标准”，对所有图像进行定性及定量分析，结果显示DWI 较心肌坏死标志物更早发现心肌异常，具有更高的特异性；且梗死心肌与正常心肌在DWI 上信号强度存在显著差异。陈敏[9]利用中华小型猪模型探讨DWI 序列在AMI 中的诊断价值，结果表明DWI 可在AMI 急性期发现梗死心肌扩散异常，其表现早于心肌梗死标志物，对AMI 早期诊断具有一定的价值。另外，Aliotta 等[10]利用SE 扩散加权成像同时测量心脏组织T2 值和ADC 值，并将T2+ADC 与常规DWI 得到的ADC 图进行比较，结果显示T2+ADC 对AMI 具有诊断价值，但与传统DWI 相比，其诊断准确性或扫描时间无明显提高。Nguyen 等[11]研究显示，DWI 诊断慢性心肌梗死无需造影剂，可能成为替代晚期钆增强（late gadolinium enhanced，LGE）的技术。

1.3 DWI 在肥厚型心肌病（ hypertrophic cardiomyopathy，HCM）中的应用 Wu 等[12]采用定量心脏DWI 对HCM 患者的心肌纤维化进行识别，并将其诊断性能与T1 mapping 和细胞外容积（extracellular volume，ECV）进行比较，结果发现三者诊断能力无显著差异。另外，DWI 和ECV 可以定量表征HCM LGE+和LGE-患者的纤维化程度，表明DWI 是检测HCM 患者心肌纤维化的一种可行方法。另外，Nguyen 等[13]以ECV 为“金标准”，比较ADC 值与ECV 对HCM 患者纤维化区域检测的敏感度、特异度、阳性预测值和阴性预测值，结果显示ADC 与ECV 对纤维化的检出水平基本一致，组内相关性为0.83，表明DWI 对弥漫性心肌纤维化敏感，且能够描述HCM 患者的纤维化程度。

1.4 DWI 在心脏其他方面的应用 马新伟等[14]研究双反转T2WI 脂肪抑制成像、DWI、静息灌注及双嘧达莫负荷心肌灌注对冠心病心肌活性的检测价值，发现多模态磁共振心肌灌注成像能有效检测冠心病心肌活性，对定性评价冠心病心肌缺血程度具有较高的诊断价值。Potet 等[15]运用低b 值（b=50 s/mm2）DWI 检测急性心肌炎患者局部和弥漫性心肌水肿，以LGE 图像为“金标准”，结果提示低b 值DWI 可替代T2 STIR 加权序列，是检测急性心肌炎患者局部或整体心肌水肿的可行方法。

1.5 局限性 ①由于呼吸运动和心脏搏动，水分子在扩散梯度持续时间内的位移可导致信号严重丢失，图像严重失真。②高b 值DWI 的应用仍然困难，b 值越大，信号损失越显著。③目前对于DWI 在急性心肌梗死中的应用还处于初步实验阶段，尚无判断其准确性的“金标准”，也无明确的阈值反映心肌水肿和心肌梗死。

2 双指数DWI

2.1 原理 体素内不相干运动（intravoxel incoherent motion，IVIM）是在DWI 的基础上，应用双e 指数模型的成像技术获取相关参数（D、D*、f），可同时得到灌注和扩散信息[16]。b 值需要大于4 个才能计算IVIM相关参数，而为了获得稳定的计算结果，实际应用的b 值数据更多[17-18]。此外，由于灌注效应主要集中于低b 值上，因此在低b 值区间需要采集更多数据以保证计算的准确性。b 值较高时（b=200～1000 mm2/s）则基本反映单纯水分子扩散运动。

2.2 IVIM 在心脏中的应用 目前IVIM 在心脏中的应用大部分处于研究阶段，多是关于心脏IVIM 成像的技术研究，以及小样本健康志愿者IVIM 相关参数的测量。

2.2.1 IVIM 在动物和健康志愿者心脏中的应用 2003年，Callot 等[19]在犬类动物的心脏中采用IVIM成像，测量左心室壁微循环。通过测量得到平均微流速[（400±40）μm/s]和血管体积分数[（11.1±2.2）%]，同时测量了水分子平行及垂直于肌纤维方向的ADC值，首次证实在呼吸及心跳控制的情况下，心脏IVIM成像能够反映心肌微循环状态。Delattre 等[20]使用主元分析时间及最大强度投影重建技术进行IVIM 成像，得到的IVIM 参数变异性较小，为无造影剂灌注成像提供了新视角。Spinner 等[21]使用贝叶斯技术BSP计算IVIM 参数，再与最小二乘法LSQ 估计的参数进行比较，结果显示，BSP 分析得到的心肌内IVIM 参数值变异性较小，准确性和可重复性较高。While[22]的研究同样表明，与最小二乘法相比，贝叶斯模型能够生成更直观的IVIM 参数图。此外，还有研究对正常人群心脏IVIM 成像成功率的影响因素[23]、正常人心脏IVIM 成像各参数值的测量比较[24]、正常人心脏IVIM 技术的应用效果[25-26]等方面进行了探讨。

2.2.2 IVIM 在心脏疾病中的应用 魏柯香[27]将IVIM用于评估HCM 的微循环功能障碍，发现无肥厚、无强化节段局部心肌的微循环功能发生异常改变，提示IVIM 成像参数可无创、早期提示HCM 的微循环障碍。何秀超[28]将IVIM 技术运用于急性ST 段抬高型心肌梗死经皮冠状动脉介入治疗患者，发现可行性和重复性较好，能用于临床定量评价。Mou 等[29]将IVIM 应用于健康志愿者及几种心脏损害相关疾病的患者，包括10例HCM 及20例糖尿病、高血压患者，发现心脏损害相关疾病患者的D*值明显小于健康志愿者。李世兰等[30]研究显示，IVIM 成像有助于无创地评估糖尿病患者的心肌微循环情况，具有一定的临床价值。

2.3 IVIM 的局限性 心脏IVIM 成像研究较少，关于其成像方法及测量标准尚无统一共识。缺乏相关参数明确的参考值，也无明确的阈值反映心肌灌注血流量减少。不同的成像技术，如单次SE-EP 或并行采集技术采集的心脏IVIM 图像各参数也会具有差异。不同种族、性别、年龄的受检者生理构造存在一定的差异，测量结果影响因素是否与采取的b 值不同、磁场强度及扩散方向有关，尚需进一步验证。

综上所述，心脏单、双指数DWI 可以更敏感地监测心脏组织水分子扩散及微循环灌注情况，在心脏疾病的研究与临床应用中具有广阔的前景。目前需进一步克服呼吸及心脏运动对扫描图像质量的影响，且缺乏多中心、大样本、前瞻性随机对照研究，对确立心脏DWI 的作用及提升其临床应用价值具有重要意义。