IVIM对急性胰腺炎状态下脾脏功能的评估价值

刘翠兰， 黄小华， 吴杰， 徐红霞， 刘梦苓， 刘念

急性胰腺炎(acute pancreatitis，AP)时，大量的胰酶被腹膜吸收，血液中淀粉酶和脂肪酶迅速升高。胰酶升高，势必导致多器官损害甚至功能不全[1-3]。目前，评价多脏器损害的方法多局限于影像形态学和生化指标的变化，一旦评定，治疗效果较差，因此早期评估AP状态下多脏器功能代谢的变化尤为重要。随着影像技术的进展，多b值多模态扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)已广泛应用于活体组织内生理、病理及代谢信息变化的评估，但文献多报道器官疾病本身或基于高斯分布模型的研究，少有疾患脏器外的非高斯分布研究。为此，本文采用非高斯分布的双指数扩散加权模型体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion，IVIM)评估AP状态下脾脏功能代谢的早期变化，并探讨其参数值的诊断效能。

材料与方法

1.一般资料

前瞻性按纳入和排除标准随机搜集本院2015年11月-2016年9月AP患者(实验组)57例，男30例，女27例，年龄23～78岁，平均(48±16)岁；正常胰腺组(对照组)19例，男11例，女8例，年龄18～69岁，平均(48±14)岁。根据MRSI评分标准，AP患者中轻症胰腺炎17例，中症胰腺炎32例，重症胰腺炎8例。

AP诊断标准：①典型上腹部疼痛，伴有恶心、呕吐及发热等；②血清淀粉酶和脂肪酶水平值升高正常值3倍以上，排除其它原因引起酶的升高；③相关影像学检查提示胰腺有或无形态学改变；④排除其它的急腹症。

纳入标准：①初次发病；②无MRI扫描禁忌证，发病与MRI检查间隔时间在72 h之内；③脾脏DWI图像显示清晰，无明显呼吸伪影及噪声干扰，可用于诊断。排除标准：①金属异物等干扰上腹部成像者；②临床症状较重难以配合检查者、图像质量较差难以进行测量者、临床资料不全者；③合并肝硬化门静脉高压者；④脾脏增大、脾脏肿瘤、血液系统疾患等脾脏疾病史。

2.检查方法

采用GE Discovery 750 3.0T扫描仪(最大梯度场强度为50 mT/m，最大梯度场切换率为200 mT/m/s)及32通道体部专用相控阵线圈。受试者扫描前禁食6 h，扫描时取仰卧位，嘱受试者做平静呼吸并尽量保持呼吸频率及幅度一致。检查前签署知情同意书。

行常规MRI序列：T1WI、T2WI、LAVA三期动态增强扫描。DWI采用横轴面单次激发自旋平面回波扩散加权成像(SS、EPI、DWI)，采取14个b值设定(0、25、50、75、100、150、200、400、600、800、1000、1200、1500、2000 s/mm2)；TE选择Min TE 61～64.9 ms；TR 3333～5000 ms；带宽+250 kH；在三个方向上施加扩散梯度；b值为25～100 s/mm2，激励次数4；b值为150～800 s/mm2，激励次数1；b值为1000～1200 s/mm2，激励次数3；b=1500～2000，激励次数4；视野36 cm×36 cm～40 cm×40 cm，PHASE 视野0.8～0.9；矩阵192×192，重建矩阵256×256；层厚5 mm；间距1 mm；扫描层数24层；扫描方式为呼吸触发连续扫描。扫描范围为上腹部。

3.图像后处理和数据测量

将多b值DWI扫描图像上传至GE Advantage Workstation 4.5工作站，选择Function Tool中MADC软件对其进行图像后处理，用阈值法去除周围的脂肪、骨、气体等组织影像，自动生成相应的slowADCmono(单侧慢速水分子扩散ADC)、fastADCmono(单侧快速相关血流灌注ADC)、FfADCmono(单侧快速相关血流灌注ADC分数)、slowADCbi(双侧慢速水分子扩散ADC)、fastADCbi(双侧快速相关血流灌注ADC)、FfADCbi(双侧快速相关血流灌注ADC分数)。选取脾脏的最大观察层面图像进行多点测量，脾脏的上、下极以及中间区域各放置大小一致的兴趣区(ROI)。ROI设置时需避开边缘、邻近血管、胃肠道蠕动伪影。ROI放置由甲、乙两名从事腹部MRI诊断五年以上的医师完成，并分别多点测量2次，最后结果取平均值。

4.统计学方法

采用SPSS 13.0和Medcalc软件进行统计学分析。偏态分布以中位数±四分位间距(M±Q)表示。数据的正态性检验用Kolmogorov-Smirnov方法检验；采用组内相关系数(intraclass correlation coefficient，ICC)对两名观察者间数据的一致性进行检验。数据符合正态分布的资料采用独立样本t检验，不符合正态分布的资料采用秩和检验。本实验的数据符合偏态分布，脾脏的各参数值slowADCmono、fastADCmono、FfADCmono、slowADCbi、fastADCbi、FfADCbi的比较采用Wilcoxon两样本秩和检验。有统计学差异的参数值绘制受试者操作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲线并分析其诊断效能以及诊断效能的差异，计算曲线下面积(area under curve，AUC)，分析各参数指标的诊断阈值、敏感度和特异度。

分组slowADCmonofastADCmonoFfADCmonoslowADCbifastADCbiFfADCbi对照组 ICC0.7830.5610.9340.9520.5570.825 95%CI0.533～0.9100.056～0.8170.859～0.9730.874～0.9810.047～0.8160.624～0.927实验组 ICC0.7580.6210.9210.9510.6510.849 95%CI0.588～0.8570.411～0.7640.878～0.9510.916～0.9710.459～0.7830.766～0.906

表2 两组双指数模型脾脏各参数ADC值比较

结 果

两名医师测量实验组和对照组脾脏双指数模型各参数值(slowADCmono、fastADCmono、FfADCmono、slowADCbi、fastADCbi、FfADCbi)的ICC分析结果见表1。

实验组和对照组脾脏双指数模型DWI及伪彩图见图1、2。两组双指数模型脾脏的参数slowADCmono、slowADCbi、fastADCbi、fastADCmono、FfADCmono、FfADCbi值均呈偏态分布，采用秩和检验分析，以中位数±四分位间距(M±Q)表示，平均秩次T/N比较大小(表2)。两组间slowADCmono、slowADCbi、fastADCbi值差异均具有统计学意义(P<0.05)，实验组脾脏的slowADCmono、slowADCbi、fastADCbi的平均秩次较对照组均略小，因此实验组三个参数ADC值均比正常对照组有所降低；实验组fastADCmono值较对照组偏小，而FfADCmono、FfADCbi值较对照组偏大，但两组fastADCmono、FfADCmono、FfADCbi值差异均不具有统计学意义(P>0.05)。

图2 对照组脾脏双指数模型DWI及伪彩图。女，54岁，正常健康志愿者。a) DWI图; b) 脾脏的DWI图; c) slowADCmono伪彩图; d) fastADCmono伪彩图; e) FfADCmono伪彩图; f) slowADCbi伪彩图; g) fastADCbi伪彩图; h) FfADCbi伪彩图。

图3 双指数参数slowADCmono、slowADCbi、fastADCbi 的ROC曲线。

参数AUCSE95%CIZP诊断阈值(×10-3mm2/s)slowADCmono0.6840.0750.537～0.8312.4610.01390.596slowADCbi0.6560.0770.505～0.8082.0180.04360.537fastADCbi0.6550.0770.505～0.8052.0190.043520.4

表4 slowADCmono、slowADCbi、fastADCbi诊断效能比较

对slowADCmono、slowADCbi、fastADCbi分别绘制ROC曲线(图3)，计算AUC、诊断最佳阈值、敏感度及特异度(表3)。slowADCmono、slowADCbi、fastADCbi的AUC分别为0.684、0.656和0.655 mm2，诊断最佳阈值分别为0.596×10-3、0.537×10-3和20.4×10-3mm2/s，敏感度分别为92.98%、70.18%和47.37%；特异度分别为42.11%、63.16%和84.21%(表4)。

slowADCmono、slowADCbi、fastADCbi间诊断效能差异无统计学意义(P>0.05)。

讨 论

脾脏作为胰周脏器之一，其血管和胰腺的解剖关系决定了胰腺发生炎症时，脾脏不可避免地会受到影响，特别是胰腺体部和尾部发生炎症时。胰腺的炎症导致脾脏功能的变化，脾脏功能的变化反过来又影响胰腺炎病情的进展。文献报道[4-6]，对脾脏采取干预治疗措施，对胰腺炎的病情进展有一定的影响。因此研究胰腺炎状态下脾脏功能的改变，对指导和评估胰腺炎的治疗有着极为重要的临床意义。

目前，评价胰腺炎状态下脾脏功能的方法主要依赖于CT、MRI和生化指标，但CT多基于形态学变化，且辐射剂量偏大；生化指标有一定价值，但其敏感性和特异性较差；MRI相对来说是评价脏器功能变化较为有效的方法之一，但以往评价的方式多局限于高斯分布为前提的脏器损伤进展到晚期的度量，其结果有其不确定性。实际上病理状态下脏器组织水分子的分布多为非高斯分布，因此寻求合适的MRI检查方法和早期评估AP状态下多脏器功能代谢的变化尤为重要。IVIM作为MR扩散加权的双指数模型，能在非高斯分布的状态下反映组织水分子的运动状态，反映脏器功能代谢变化。已有文献报道[7-10]IVIM在腹部肝脏、胰腺、肾脏、前列腺等脏器的研究，并提示IVIM对脏器病变的诊断及临床评估较单指数模型DWI更有优势。

IVIM基于人体内水分子在空间上的随机分布、各向同性及血液中的水分子扩散速率快于组织内水分子扩散的假设，将血液中的水分子和组织内的水分子的扩散区分开来[11]。通常采用三个参数来描述机体内灌注和扩散，分别为Dfast(快速扩散系数)、Dslow(慢速扩散系数)、f(灌注分数)，其双指数模型公式：Sb/S0=ffastexp(-boDfast)+fslowexp(-boDslow)。

本研究通过上述数学模型衍生出单边卡方检验的参数slowADCmono、fastADCmono、FfADCmono和双边卡方检验的参数slowADCbi、fastADCbi、FfADCbi，分别与公式中的Dfast、Dslow、f对应。结果显示，胰腺炎状态下脾脏的slowADCmono、slowADCbi、fastADCbi均有所降低，与正常组相应参数值差异有统计学意义(P=0.017、0.043、0.045)，各参数诊断阈值分别0.596×10-3、0.537×10-3和20.4×10-3mm2/s，而fastADCmono、FfADCmono和FfADCbi差异无统计学意义。IVIM技术可以诊断并量化AP状态下脾脏功能的生理、病理改变。此外，单边slowADCmono和双边slowADCbi诊断效能差异无统计学意义(P>0.05)。

1.单边slowADCmono和双边slowADCbi

有研究[4]结果表明，在AP发生发展过程中，脾脏有促进炎性介质增多的趋势，炎症介质的释放阻碍了脾脏内水分子的运动，因此导致其扩散受限，单边slowADCmono和双边的slowADCbi同时降低。这与本次实验结果相符。

2.fastADCmono和fastADCbi

AP释放的炎症介质，刺激脾脏的血管，导致脾血管不同程度的收缩[12-13]，胰腺炎引起门脉高压[14]等因素致使脾脏内的血流瘀滞，脾脏毛细血管中的微循环障碍，扩散受限。因此fastADCmono、fastADCbi值会降低。这与本次研究脾脏fastADCbi在胰腺炎情况下降低相吻合，但两组fastADCmono差异无统计学。王丽雯等[15]研究发现，单边的slowADCmono、fastADCmono、FfADCmono较双边的slowADCbi、fastADCbi、FfADCbi变异度小。本实验中fastADCbi差异有统计学意义，fastADCmono差异无统计学意义，其一可能是前者的变异度较大的原因；其二可能是反映血流灌注的fastADC参数原本就比反应水分子扩散的slowADC稳定性差[16]。

3.FfADCmono和FfADCbi

脾脏由大小不等的血窦组成，血流灌注所占的成份远多于水分子扩散，AP时，因微循环阻力增加，导致脾血管内血流回流受阻，储存在脾脏的血流量增多，从而FfADCmono和FfADCbi均有所增高，但与对照组相比，差异无统计学意义(P>0.05)，可能因为以下两点：①胰腺炎释放的炎症介质刺激脾动脉收缩，导致脾脏供血量的减少与脾静脉扩张和门脉高压导致血流瘀滞；②本次研究搜集的样本数量偏少、病情轻，轻症或中症AP所引起的脾脏微循环改变不显著。

4.单边和双边诊断效能

本研究中slowADCmono、slowADCbi、fastADCbi有诊断效能，其AUC分别为0.684、0.656和0.655 mm2，三个参数值slowADCmono、slowADCbi、fastADCbi间诊断效能差异无统计学意义(P>0.05)。双指数模型参数slowADCmono较slowADCbi对AP状态下脾脏的水分子扩散诊断效能较高，但差异无统计学意义；这与石林等[17]研究的AP的FfADCmono较FfADCbi诊断效能高并不完全吻合，即单边参数的诊断效能较双边的诊断效能高。从数学模型算法分析，双指数模型的单边参数的获得是按照b值在200以下和200以上分别拟合计算而得出，而其双边参数是把上述两部分综合在一起拟合计算而求得的参数值。理论上，应该双指数模型的单边参数比其双边参数的拟合算法更精确，但本实验与理论不完全一致的原因可能与病例较少、参数测量的稳定性、位置匹配等因素有关，有待于进一步研究。

本研究不足：①IVIM多b值、高b值成像，图像低保真，SNR降低，测量影像数据是否有偏差，有待进一步研究；②本研究样本量较小，未对不同类型和不同严重程度的胰腺炎状态下的脾脏进行分类比较。

AP状态下，炎性介质的释放将导致脾脏功能的变化，脾脏功能变化的评估对指导胰腺炎治疗方案的选择和预后具有重要的临床意义。IVIM是基于非高斯分布的双指数扩散加权成像，能较好地反映脾脏功能的变化，其参数slowADCmono、slowADCbi、fastADCbi值有助于变化的早期定量分析，并具有一定的诊断效能。但也有学者[18]认为IVIM的灌注参数稳定性稍欠佳，水分子扩散基于高斯分布，精准的定量分析需结合其它功能成像DSC、ASL、MRE等[19-21]，基于此，有待扩大样本，与上述功能成像进行对比研究，旨在进一步多模态探讨AP状态下脾脏功能的变化。总之，IVIM为临床对AP状态下胰周脏器功能变化的诊断、治疗和预后评估提供更可靠信息。