MR體素內(nèi)不相干運動成像對復(fù)發(fā)-緩解型多發(fā)性硬化微循環(huán)的研究

尹 平 周津如 韓永良 羅 琦 曾 春 王靜杰 李詠梅

MR體素內(nèi)不相干運動成像對復(fù)發(fā)-緩解型多發(fā)性硬化微循環(huán)的研究

尹 平 周津如 韓永良 羅 琦 曾 春 王靜杰 李詠梅

目的 MR體素內(nèi)不相干運動（IVIM）成像是一種無創(chuàng)、定量評估組織微環(huán)境的擴散及灌注特點的成像方法。本研究旨在探討IVIM在復(fù)發(fā)-緩解型多發(fā)性硬化（RRMS）診斷中的應(yīng)用價值。資料與方法 回顧性分析2015年6月－2016年1月重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院確診的27例RRMS患者的臨床資料。所有患者均行常規(guī)MRI和IVIM掃描，取多個b值（10、20、30、40、50、100、150、200、350、500、650、800、1000 s/mm2），獲取反映RRMS病灶及白質(zhì)（NAWM）區(qū)組織擴散特點的表觀擴散系數(shù)（ADC）、ADCslow、ADCfast及組織微血管灌注分?jǐn)?shù)（f）。結(jié)果非強化病灶區(qū)、病灶旁NAWM區(qū)與遠(yuǎn)離病灶的NAWM區(qū)兩兩比較，非強化病灶區(qū)ADC、ADCslow、ADCfast、f值明顯高于病灶旁及遠(yuǎn)離病灶的NAWM區(qū)，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＆lt;0.05）。但病灶旁NAWM區(qū)與遠(yuǎn)離病灶的NAWM區(qū)比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＆gt;0.05）。結(jié)論 MR IVIM成像可定量分析RRMS病灶與NAWM區(qū)組織的擴散及灌注特點，有助于推測病灶的病理改變，為損傷分類及鑒別提供幫助。

多發(fā)性硬化；磁共振成像；擴散加權(quán)成像；體素內(nèi)不相干運動

多發(fā)性硬化（multiple sclerosis，MS）是一種常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)慢性脫髓鞘疾病，具有病灶多發(fā)、病程反復(fù)發(fā)作的特征，是青少年致殘的主要原因[1]。目前其發(fā)病機制仍存在爭議，Kipp等[2]認(rèn)為此類疾病屬于自身免疫性疾病，臨床表現(xiàn)多樣，較多患者表現(xiàn)為復(fù)發(fā)-緩解型。MR體素內(nèi)不相干運動（intravoxel incoherent motion，IVIM）成像是近年來發(fā)展的一種無創(chuàng)、定量評估人體內(nèi)體素規(guī)模運動的成像方法，可準(zhǔn)確反映組織微環(huán)境的擴散及灌注特點。目前該方法已得到廣泛應(yīng)用，而對MS擴散及灌注特點的研究較少[3-5]。本研究旨在探討運用IVIM定量分析MS病灶微血管灌注及分子擴散狀態(tài)的可行性。

1 資料與方法

1.1 研究對象 收集2015年6月－2016年1月重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院確診的復(fù)發(fā)-緩解型MS（relapsing-remitting MS，RRMS）患者27例，其中男10例，女17例；年齡19～78歲，平均（42.8±14.4）歲。在接受MRI檢查時處于緩解期21例，臨床癥狀復(fù)發(fā)6例。所有患者檢查前3個月內(nèi)均未接受激素治療。所有患者均符合2010年McDonald臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)[6]；并于檢查前簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE Signa HDxt 3.0T MR掃描儀，采用頭部8通道相控陣線圈。平掃軸位T1WI FLAIR：TR 1750 ms，TE 24 ms，矩陣320×224，激勵次數(shù)1；軸位T2WI FLAIR：TR 3900 ms，TE 98 ms，矩陣 288×224，激勵次數(shù)1；掃描范圍由顱頂至枕骨大孔，層厚 5.0 mm，層間距 0 mm，視野240 mm×240 mm。常規(guī)掃描后進行IVIM擴散成像掃描，取b值（10、20、30、40、50、100、150、200、350、500、650、800、1000 s/mm2），掃描參數(shù)：TR 5000 ms，TE 72.5 ms，層厚 4.0 mm，層間距0 mm，矩陣128×128，視野240 mm×240 mm，激勵次數(shù)1。病灶數(shù)量由T2WI FLAIR像高信號病灶決定，病灶＆gt;5 mm納入研究對象。

1.3 圖像分析 將原始圖像數(shù)據(jù)傳輸至GE AW4.5工作站，采用FuncTool軟件包中的MADC軟件進行后處理。本研究將離病灶≤5 mm確定為病灶旁看似正常的白質(zhì)（normal-appearing white matter，NAWM）區(qū)[7]，在b值為0的IVIM擴散圖像上手動定位，分別選取腦內(nèi)非增強病灶、病灶旁NAWM及遠(yuǎn)離病灶NAWM區(qū)最大中心層面勾畫多個感興趣區(qū)（ROI），盡量避開大血管，多點、多次測量。后處理軟件自動復(fù)制ROI至其他b值不為0的IVIM擴散圖像，獲取病變區(qū)及NAWM區(qū)的表觀擴散系數(shù)（ADC）、ADCslow、ADCfast及f值圖像。ROI由2名放射科主任醫(yī)師進行勾畫，意見不一致時協(xié)商統(tǒng)一。選取對側(cè)相應(yīng)大腦半球無病灶的區(qū)域為遠(yuǎn)離病灶NAWM區(qū)，以排除因生理性灌注差異導(dǎo)致的假陽性結(jié)果。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 21.0軟件，對數(shù)據(jù)進行正態(tài)分布檢驗及方差齊性分析，結(jié)果顯示數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布。對ADC、ADCslow、ADCfast及f值采用中位數(shù)（四分位間距）形式表示。采用Kruskal-Wallis H秩和檢驗進行分析，并采用Nememyi法對秩和檢驗顯示有統(tǒng)計學(xué)差異的指標(biāo)行組間的兩兩比較。P＆lt;0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 RRMS病灶 27例RRMS平掃T2 FLAIR觀察共發(fā)現(xiàn)＆gt;5 mm的病灶120個，最大者直徑約2.5 cm。病灶主要位于額頂顳葉，以側(cè)腦室旁病灶數(shù)量最多，部分病灶融合，可見典型“Dawson's fngers”征（圖1）。

2.2 各組參數(shù)值比較 非強化病灶與病灶旁NAWM區(qū)及遠(yuǎn)離病灶的NAWM區(qū)兩兩比較，非強化病灶區(qū)ADC、ADCslow、ADCfast、f值均明顯高于病灶旁及遠(yuǎn)離病灶的NAWM區(qū)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＆lt;0.05）；而病灶旁NAWM區(qū)與遠(yuǎn)離病灶的NAWM區(qū)各參數(shù)比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＆gt;0.05）。見表1、圖1。

圖1 男，45歲，RRMS。A～D分別為ADC、ADCslow、ADCfast、f值圖；右側(cè)腦室旁斑片狀病灶；ROI 1位于病灶區(qū)，ROI 2位于病灶旁NAWM區(qū)，ROI 3位于遠(yuǎn)離病灶的NAWM區(qū)；ADC、ADCslow、ADCfast圖顯示非強化病灶（綠色）高于病灶旁及遠(yuǎn)離病灶的NAWM區(qū)（藍色為主）；f值圖顯示非強化病灶（黑色）明顯低于病灶旁及遠(yuǎn)離病灶的NAWM區(qū)（紅色為主）

表1 MS患者非強化病灶及NAWM區(qū)的各參數(shù)值比較[M（P25，P75）]

3 討論

Le Bihan等[3]最早于20世紀(jì)80年代提出運用MR IVIM同時掃描組織內(nèi)血流灌注及分子擴散狀態(tài)。傳統(tǒng)的擴散加權(quán)成像（DWI）采用單指數(shù)模型計算ADC值，可反映組織細(xì)胞內(nèi)外的布朗運動；而多b值MR IVIM擴散成像序列掃描，結(jié)合雙指數(shù)衰減模型，可以分離水分子擴散及組織的血流灌注，較單指數(shù)模型更接近生物組織實際的ADC值[8]。DWI雙指數(shù)模型假設(shè)認(rèn)為組織擴散由兩部分組成：一是緩慢的擴散成分（ADCslow），代表純的水分子擴散運動；二是偽擴散運動成分（ADCfast），代表體素內(nèi)不相干運動或快速擴散的運動成分。根據(jù)以下公式可進行灌注分析[8-9]：

Sb和S0分別代表b值為0和不為0的信號強度，f為血流灌注比例。

MS是一種以病灶多發(fā)、病程復(fù)發(fā)-緩解交替發(fā)作為特征的中樞神經(jīng)系統(tǒng)脫髓鞘疾病，其發(fā)病機制尚不完全清楚[10-11]。其主要病理過程包括炎性脫髓鞘、軸突消失及膠質(zhì)細(xì)胞再生[2]。MS非活動期病灶的病理改變[2,7]：①膠質(zhì)細(xì)胞增生，膠原纖維增殖而形成血管閉塞；②損傷后炎癥活動的重建導(dǎo)致部分血管擴張。有研究報道NAWM區(qū)存在病理改變[12-13]。Moll等[7]提出NAWM區(qū)的病理改變與離病灶的距離有關(guān)。本研究旨在分析MS病灶、病灶周圍及遠(yuǎn)離病灶的NAWM區(qū)微血管的擴散系數(shù)及灌注異常，以推測MS腦內(nèi)NAWM區(qū)的微循環(huán)改變。

本研究結(jié)果顯示，非強化病灶A(yù)DC、ADCslow及ADCfast值均明顯高于病灶旁與遠(yuǎn)離病灶的NAWM區(qū)，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＆lt;0.05）。這可能與病灶區(qū)病理改變主要為膠質(zhì)細(xì)胞增生有關(guān)。非強化病灶膠質(zhì)細(xì)胞增多，組織細(xì)胞外血管外間隙減少，水分子擴散受限程度就會相應(yīng)增加，ADC值可準(zhǔn)確反映出微循環(huán)的改變。

f值代表灌注因素在組織擴散中所占比例，可反映組織內(nèi)血管密集程度。本研究顯示非強化病灶f值也明顯低于病灶旁與遠(yuǎn)離病灶的NAWM區(qū)，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＆lt;0.05）。提示非強化病灶內(nèi)血管較NAWM區(qū)稀疏，也進一步反映非強化病灶的病理改變是以膠質(zhì)細(xì)胞增生為主，而不是以血管擴張為主。

盡管Moll等[7]的研究顯示病灶旁的NAWM區(qū)存在小膠質(zhì)細(xì)胞的增多及炎性細(xì)胞浸潤，而遠(yuǎn)離病灶的NAWM區(qū)則不會。但本研究顯示病灶旁NAWM區(qū)的ADC、ADCslow、ADCfast及f值與遠(yuǎn)離病灶的NAWM區(qū)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＆gt;0.05），可能與本研究納入的病灶處于非活動期，病灶旁NAWM區(qū)膠質(zhì)細(xì)胞增生及炎性細(xì)胞浸潤不明顯有關(guān)。

本研究納入的病灶為非活動期病灶，活動期病灶的擴散值與灌注參數(shù)是否與非活動期病灶及NAWM區(qū)存在差異將在后續(xù)的研究中進行討論。另外，本研究納入的樣本量較少，可能對結(jié)果產(chǎn)生一定影響，今后的研究中將適當(dāng)加大樣本量以使研究數(shù)據(jù)更加完善。

總之，非強化病灶區(qū)的擴散及灌注值明顯高于病灶旁及遠(yuǎn)離病灶的NAWM區(qū)，反映了MR IVIM成像能定量分析MS病灶與NAWM區(qū)組織的微循環(huán)特點，并有助于評估病灶的病理改變，對損傷進行分類及鑒別提供幫助。

[1]尹平, 劉義, 周津如, 等.動態(tài)對比增強MRI Tofts模型在復(fù)發(fā)-緩解型多發(fā)性硬化中的應(yīng)用.中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志, 2015, 23(12): 892-895.

[2]Kipp M, Van der Valk P, Amor S.Pathology of multiple sclerosis.CNS Neurol Disord Drug Targets, 2012, 11(5): 506-517.

[3]Le Bihan D, Breton E, Lallemand D, et al.Separation of diffusion and perfusion in intravoxel incoherent motion MR imaging.Radiology, 1988, 168(2): 497-505.

[4]Dyvorne HA, Galea N, Nevers T, et al.Diffusion-weighted imaging of the liver with multiple b values: effect of diffusion gradient polarity and breathing acquisition on image quality and intravoxel incoherent motion parameters--a pilot study.Radiology, 2013, 266(3): 920-929.

[5]尹茵, 甘潔.體素內(nèi)不相干運動成像.中國臨床醫(yī)學(xué)影像雜志, 2013, 24(5): 353-356.

[6]Selchen D, Bhan V, Blevins G, et al.MS, MRI, and the 2010 McDonald criteria: a canadian expert commentary.Neurology, 2012, 79(23 Suppl 2): S1-S15.

[7]Moll NM, Rietsch AM, Thomas S, et al.Multiple sclerosis normal-appearing white matter: pathology-imaging correlations.Ann Neurol, 2011, 70(5): 764-773.

[8]Nilsen LB, Fangberget A, Geier O, et al.Quantitative analysis of diffusion-weighted magnetic resonance imaging in malignant breast lesions using different b value combinations.Eur Radiol, 2013, 23(4): 1027-1033.

[9]Federau C, Maeder P, O'brien K, et al.Quantitative measurement of brain perfusion with intravoxel incoherent motion MR imaging.Radiology, 2012, 265(3): 874-881.

[10]Liu Y, Meng B, Zeng C, et al.Abnormal baseline brain activity in patients with multiple sclerosis with simple spinal cord involvement detected by resting-state functional magnetic resonance imaging.J Comput Assist Tomogr, 2015, 39(6): 866-875.

[11]尹平, 曾春, 王靜杰, 等.復(fù)發(fā)緩解型多發(fā)性硬化患者腦內(nèi)病灶動態(tài)對比增強MRI灌注及滲透特點.中華放射學(xué)雜志, 2015, 49(10): 731-735.

[12]Bester M, Forkert ND, Stellmann JP, et al.Increased perfusion in normal appearing white matter in high inflammatory multiple sclerosis patients.PLoS One, 2015, 10(3): e0119356.

[13]Lund H, Krakauer M, Skimminge A, et al.Blood-brain barrier permeability of normal appearing white matter in relapsingremitting multiple sclerosis.PLoS One, 2013, 8(2): e56375.

（本文編輯 聞 浩）

Intravoxel Incoherent Motion MRI in Assessment of Microenvironment in Patients with Relapsing-Remitting Multiple Sclerosis

YIN Ping ZHOU Jinru HAN Yongliang LUO Qi ZENG Chun WANG Jingjie LI Yongmei

Purpose Intravoxel incoherent motion (IVIM) MR is a method developed in recent years which can quantitatively evaluate the diffusion and perfusion characteristics of microenvironment .The aim of this study was to investigate the application value of IVIM in assessing relapsing-remitting multiple sclerosis (RRMS).Materials and Methods A retrospective analysis of the clinical data of 27 patients with RRMS confrmed clinically at the First Affliated Hospital of Chongqing Medical University from Jun.2015 to Jan.2016 was carried out in the study.All the patients underwent the conventional MRI and IVIM MRI based on multi-b-factor (b values of 10, 20, 30, 40, 50, 100, 150, 200, 350, 500, 650, 800, 1000 s/mm2) with 3.0T MR scanner.The apparent diffusion coefficient (ADC), ADCslow, ADCfastand f values were evaluated since they could reflect the diffusion and perfusion status of RRMS lesions and normal-appearing white matter (NAWM) regions.Results The ADC, ADCslow, ADCfastand f values of the non-enhancing (NE) lesions were significantly higher than those in the NAWM regions both near and far from NE lesions (P＆lt;0.05).However, the ADC, ADCslow, ADCfastand f values in the NAWM regions close to the NE lesions had no signifcant differences with those in the NAWM regions far from the lesions (P＆gt;0.05).Conclusion The IVIM MRI can measure the diffusion and perfusion status of the lesions and NAWM in RRMS patients, which, therefore, is helpful in speculation of the pathological changes of RRMS lesions and in its injury classifcation and identifcation.

Multiple sclerosis; Magnetic resonance imaging; Diffusion-weighted imaging; Intravoxel incoherent motion

10.3969/j.issn.1005-5185.2016.12.001

重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科 重慶400016

李詠梅

Department of Radiology, the First Affliated Hospital of Chongqing Medical University, Chongqing 400016, China

Address Correspondence to: LI Yongmei

E-mail: lymzhang70@aliyun.com

國家自然科學(xué)基金面上項目（81371523）；國家臨床重點?？平ㄔO(shè)項目（國衛(wèi)辦醫(yī)函[2013]544號）；重慶市衛(wèi)生局醫(yī)學(xué)科研重點項目（2011-1-031，2012-1-017）。

R445.2；R744.51

2016-08-31

修回日期： 2016-10-05

中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志

2016年 第24卷 第12期：881-883，889

Chinese Journal of Medical Imaging

2016 Volume 24 (12): 881-883, 889