【基础小课堂】—— IVIM原理及其临床应用

Le Bihan等在20世纪80年代提出了体素内不相干运动扩散加权成像(intravoxel incoherent motion，IVIM)。

IVIM是用于描述体素微观运动的一种成像方法，其技术前提是假设血液的微循环和灌注是非一致性、无条理的随机运动。

生物体内微观运动包括水分子的扩散和血液的微循环，血液的微循环反映组织的灌注情况。IVIM成像通过定量参数分别评价其中的扩散运动成分和血流灌注成分。

原理

    其中Sb 和S0分別代表b取某个b值(b≠0)及b = 0 时的信号强度。b值为依赖于扫描序列的扩散敏感因子(gradient factor)，单位为s/mm²；

S为不同值（b>0）IVIM图像信号强度，S0为b=0时IVIM图像信号强度；

f值为灌注分数，代表感兴趣区内局部微循环所致的灌注效应占总体的扩散效应的容积比率，大小介于0-1之间; 

D值(ADC slow)为纯扩散系数，代表纯的水分子扩散运动(缓慢的扩散运动成分)单位为mm²/s；

D*值(ADC fast)为血液微循环产生的假扩散系数，代表体素内微循环的不相干运动(灌注相关的扩散运动或快速的扩散运动成分)单位为mm²/s。

为了得到这些参数值至少应用4个不同加权的b值(包括b = 0 s/mm²)来获得信号。当b值在 0-200 s/mm²的范围内变化时，通过双指数模型拟合算法即可得到灌注相关信息。

参数设置

图1.b值设置

    IVIM参数设置在Contrast栏中

• nr of b-factors可以自由根据需求设置b值个数

• b-factor order 选择user defined，可以设置b值大小，一般由小至大排列

• Average high b 选择yes，或者手动设置高b值多次激发。

图2.Average high b

    SNR是IVIM成像的一个难题，IVIM中灌注与扩散的分离需良好SNR，SNR会直接影响IVIM参数的准确性，我们可以通过图2上下图进行对比，图像SNR在低b值时差距不大，b值越高，SNR越低。我们可以通过图2下看出打开Average high b选项的高b值图像SNR明显改善。因此我们在参数设置时，应合理对高b值图像给予多次激发。

图3.鼻咽癌IVIM设置

    b值设置时，可以多设置200以下的小b值。是采用较多小ｂ值，DWI图像更接近T2WI，能更好地反映组织内血流灌注信息。

临床应用

图4.前列腺癌^[1]

    67岁，前列腺癌患者。a) 轴面T2WI示前列腺右叶移行带内可见结节样低信号区（箭），边界不清；b) Ｄ值的伪彩图显示前列腺右叶相应区域表现为结节样高信号（箭），D值的平均值为0.79×10^-3mm²/s;c）ｆ值的伪彩图显示前列腺右叶相应区域表现为结节样高灌注（箭），f值的平均值为0.27％。

图5.乳腺癌^[2]

    患者，女，４６岁，右侧乳腺纤维腺瘤。a) DWI（b=1000s/mm²）示右侧乳腺内类圆形小结节，呈明显高信号（箭）；b) D值伪彩图，显示结节呈黄色（箭），提示D值较高；c) D*值伪彩图，显示病灶呈浅蓝色（箭），D*值与正常乳腺相当；d) ｆ值伪彩图，示结节呈红色信号（箭），提示ｆ值增高；e) DCE-MRI图像，显示病灶呈明显强化（箭）；f) K_trans值伪彩图，显示病灶信号（箭）稍高于乳腺腺体，提示 K_trans值稍增高；g) K_ep值伪彩图，病灶信号（箭）与乳腺背景相当，K_ep值不高；h) Ve值伪彩图，显示病灶呈红色（箭），提示 Ve值增大。

    乳腺恶性肿瘤的D值低于良性肿瘤，多数恶性肿瘤具有高细胞密度和高灌注的特点，传统 DWI通过分析水分子扩散受限程度来区分良、恶性肿瘤，其采用的单指数模型测量的ADC值实际上反映的是水分子扩散和微循环灌注的综合效应。而IVIM模型中的D值剔除了微循环灌注效应，反映水分子真实的扩散特征，能更准确地反映组织内的细胞密度，因而诊断价值更高。

图6.肝癌^[3]

    男，57岁，肝细胞性肝癌，MVI阴性。Gd-EOB-DTPA增强扫描动脉期(A)及肝胆期(B)显示肿瘤包膜(箭)完整，未见动脉期瘤周强化和肝胆期瘤周低信号；图C～F为IVIM-DWI影像，standard ADC值为1.68×10-3 mm²/s，D值为1.19×10-3 mm²/s，D*值为5.08×10-3 mm²/s，f值为0.34。

Reference

[1]   冷晓明,韩晓蕊,赵曼,刘宇,张佳,刘斯润.IVIM-DWI在前列腺癌与前列腺增生鉴别诊断中的应用价值及其与Gleason评分的相关性[J].放射学实践,2016,31(08):760-763.DOI:10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.08.020.

[2]   王志远, 吴海龙, 李淑豪,等. IVIM-DWI与DCE-MRI定量参数鉴别乳腺良恶性肿瘤的对照研究[J].放射学实践,2021, 36(12):6.

[3]   李晓凤,庄羽翔,周新杰,周代全,旷连勤,曾燕.IVIM-DWI联合Gd-EOB-DTPA增强磁共振对肝细胞癌微血管侵犯的预测价值[J].磁共振成像,2021,12(12):75-78+88.