女性盆腔体素内不相干运动扩散加权成像分段拟合及完全拟合算法定量参数稳定性及一致性分析

张红强，丁庆国，贾传海，张芬芬，胡春洪，黄丽娜

体素内不相干运动( intravoxel incoherent motion,IVIM)扩散加权成像(IVIM-DWI)是利用超过3个不同强度b值、双指数模型拟合信号衰减的新型扩散加权成像技术，通过拟合算法得到的相关参数可反映组织内水分子扩散与微循环灌注状态[1]，目前在女性盆腔的应用不断增加如子宫肿瘤与正常组织的比较[2，3]，盆腔肿瘤放化疗术后盆壁及骨组织的影响以及乳腺癌盆腔骨转移的放疗评估等[4，5]，但是双指数模型定量参数的稳定性尚有待提高。

为了提高参数的精确度和稳定性，多项研究提出了不同的关于IVIM参数组织弥散信号衰减拟合算法[6]，目前主要采用的拟合方式为分段拟合和完全拟合方式[7，8]。了解不同的拟合方法是否会对IVIM参数产生显著影响，有助于提高多中心研究中IVIM成像的稳健性,但是当前对2种拟合方法获得的参数在正常女性盆腔的稳定性和一致性比较的研究尚少。因此，本研究旨在通过对健康女性志愿者盆腔行IVIM-DWI扫描，比较2种拟合方法获取的双指数模型IVIM参数在正常女性盆腔不同部位的稳定性和一致性，有助于提高IVIM-DWI在女性盆腔病变应用的可靠性。

材料与方法

1.研究对象

本研究通过了医院伦理委员会的批准，所有受试者于检查前均被告知检查目的，并签署知情同意书。纳入本院2020年6月-2021年1月符合条件的21例非绝经期女性健康志愿者行盆腔MRIIVIM-DWI扫描，年龄22～46岁，平均(32.2±3.9)岁。纳入标准：无子宫及附件等相关疾病史；盆腔超声检查无子宫畸形；排除标准：处于月经期或已绝经；MRI检查禁忌证(如幽闭恐惧症等)；因伪影较重而图像无法评估者。

2.检查方法

采用3.0T MR扫描仪(MR Discovery750W,GE Healthcare，USA)和16通道腹部相控阵线圈。IVIM-DWI扫描：采用轴面单次激发平面回波成像序列，取11个b 值，依次为0、30、50、100、150、200、400、600、800、1000、1500 s/mm2(b=0、600 s/mm2时激励次数为2，b=30～400 s/mm2时激励次数为1，b值=800、1000、1500 s/mm2时的激励次数分别为3、4、5)，并行采集因子2，FOV 340.0 mm×340.0 mm；常规扫描序列及参数包括：轴面FSE T1WI，TR 452.00～790.00 ms，TE 7.00 ms，层厚5.0 mm，层间距1 mm；横轴面及矢状面FRFSE T2WI：TR 4453.00～7702.00 ms，TE 98.00～105.00 ms，层厚4.0 mm，层间距0.4 mm；常规序列主要用于盆腔各部位的定位，同时排除占位性病变。

3.图像分析

将DWI图像原始数据导入GE AW4.6后处理工作站，由2名具有8年以上腹部影像诊断经验并熟练后处理操作的放射科医师A和医师B应用Functool MADC软件均采用分段拟合及完全拟合两种拟合算法(阈值b=200 s/mm2)对健康女性盆腔固定部位IVIM各参数进行独立测量分析(双盲法)。以T2WI图像作为参照，在T2效应干扰较小且信噪比较高的DWI轴位图像(b=1000 s/mm2)上分别测量子宫体肌、臀大肌及髂骨骨髓3个部位的IVIM各参数值，每个部位ROI通过复制粘贴放置不同层面测量3次取平均值，ROI面积≥30 mm2。测量参数包括：纯扩散系数(pseudo-apparent diffusion coefficient,Dslow)、伪速扩散系数(apparent diffusion coefficient,Dfast)及灌注分数(perfusion fraction,f)。

图1 健康女性盆腔IVIM参数图。a) 分别放置于子宫体肌(箭头)及左侧臀大肌(箭); b) 分段拟合算法获得Dslow值伪彩图; c) Dfast值伪彩图; d) f测量值伪彩图。

4.统计学分析

表1 2种拟合方法测得女性盆腔不同部位IVIM各参数值及CV值

结 果

1.2种拟合方法获得的盆腔各部位IVIM参数值的组内比较

随机选取1名测量者(医师A)对21例健康志愿者分别采用分段拟合及完全拟合2种不同拟合算法在盆腔不同部位(子宫体肌、臀大肌、髂骨)测得的IVIM参数值，结果显示同一部位两种拟合算法测得各参数值比较除子宫肌Dfast及髂骨f值无统计学差异外，其他参数值均具有统计学差异(P<0.05，双尾)，其中分段拟合算法获得的Dfast值均低于完全拟合算法测量值，Dslow、f值均高于完全拟合算法测量值(图1)。除完全拟合算法臀大肌及髂骨Dfast测量值的CV值小于分段拟合外，分段拟合算法各参数的CV值均小于完全拟合算法，其中又以子宫体肌分段拟合测得Dslow的CV值最小；2种拟合算法各参数值的CV值差值比较，以子宫体肌f值间差值最小，而Dfast值间差值普遍较大(表1)。

2.观察者间测量参数一致性

医师A和医师B分别采用分段拟合及完全拟合算法测定IVIM各参数的ICC值(表2)。用分段拟合算法测得的子宫体肌Dslow值和f值的ICC值均>0.75，说明两位测量者在测得子宫体肌的Dslow值和f值的一致性最好，其中又以Dslow的ICC值最高(0.90)。Bland-Altman图显示观察者间测得数据以子宫体肌的IVIM-mono拟合方法Dslow值差值分布较为集中(图2)。

图2 观察者间采用分段拟合方法测量分别测量子宫体肌。a) Dslow；b) f值Bland-Altman图。

表2 两名观察组间各参数ICC值

讨 论

本研究选用女性正常盆腔探讨分段拟合及完全两种拟合算法测得IVIM 参数的差异，并比较两种拟合算法的稳定性及一致性。为了避免不同月经周期对两种拟合算法对IVIM参数的影响[9]，选择受激素影响偏小的子宫体肌、臀大肌及髂骨髓质作为测量部位。完全拟合算法即将所有的b值同时用于IVIM参数计算，高b值计算Dslow值，低b值计算Dfast值，f值是移除血管效应后计算出的灌注相关分数[10]。分段拟合算法步骤包括通过设定b值的一个阈值(范围从100～200 s/mm2)，对阈值以上的b值数据进行简化的单指数拟合来计算Dslow值，随后在Dslow值固定的情况下，再通过与所有获取的b值进行非线性回归拟合来计算f值及Dfast值[11]。

本研究组内分析结果表明分段拟合算法在子宫体肌、臀大肌及髂骨Dslow、f测量值均高于完全拟合算法，而分段拟合算法的Dfast测量值则低于完全拟合。2种拟合方法获得的子宫体肌参数Dslow测量值的CV值均较小(CV值分别为为8.9%及13.2%)，具有较好的稳定性。Dfast值主要反映组织血流灌注信息，与微血管密度和微血管内血流速度有关，完全拟合方法可能过高地估计了灌注在水分子弥散中的比例[11]。Dslow值主要反映组织的纯扩散信息，不受微循环灌注影响。李祥等[12]通过IVIM-DWI在盆腔稳定性研究显示子宫肌较盆壁肌及髂骨的Dslow值稳定性好，而盆壁肌的f值稳定性最差，但是未说明采用何种拟合方法。本研究的结果显示臀大肌及髂骨Dslow稳定性不及子宫体肌，可能与个体松弛效应及骨髓脂肪含量不同有关[13]。此外，两种拟合算法测得Dfast的CV值均较高(>20%)，可能是由于IVIM双指数模型不能较好地拟合非常低的b值，导致了Dfast测量的不准确性。低b值参数设定数量较少时Dfast往往被低估，数量较多时Dfast值又会被高估[14，15]，因此合适的低b值数量设定对于捕捉IVIM成像的初始快速衰减至关重要。

观察者间的一致性评估显示分段拟合测得子宫体肌的Dslow、f值以外，两种拟合方法测得各部位参数值的一致性普遍欠佳，原因可能为不同测量者间ROI选取的大小及部位不一致。手动放置ROI进行测量数据会受到操作者经验及主观性影响产生取样误差，往往ROI面积越大，结果的一致性越好[16]。Emblem等[17]利用计算机辅助选取ROI方法测量数据的结果显示自动测量方式可以减少测量时间的同时提高诊断准确率。另外，Dfast更易受图像的信噪比影响[18]，因而一致性相对更差,这也可能是本研究发现两种拟合方法Dfast测量值一致性均较差的原因。Wang等[19]通过使用阈值b值=200 s/mm2证明分段方法与完全拟合都可用于区分宫颈癌和正常组织，但未进行两种拟合方法一致性分析研究。

本研究的局限性：①仅对观察者内与观察者间测得参数的重复性及一致性进行了分析，未进行间隔时间图像二次扫描以排除其他因素影响。②本研究样本量不足可能导致结果的随机误差。而且子宫及卵巢的组织学成分比例受到月经周期中雌、孕激素的影响，因此后续研究需根据绝经前不同月经周期分组，并且选择受试者的年龄范围与女性盆腔肿瘤高发年龄段相吻合，进一步探讨两种拟合算法对IVIM参数的影响。

综上所述，通过对健康女性志愿者盆腔采用2种拟合算法获取IVIM-DWI参数进行稳定性和一致性评估，以分段拟合测得子宫体肌Dslow值的稳定性及一致性最好。分段拟合方法测得参数值的整体稳定性较完全拟合好，但是除分段拟合子宫体肌的Dslow、f值以外，两种拟合方法测得各参数值的一致性普遍欠佳，尚需进一步深入研究。