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(Department of Radiology, the Affiliated Jiangmen Traditional Chinese MedicineHospital of Jin'an University, Jiangmen 529031, China)

Intravoxel incoherent motion imaging in subacute brain infarction

LURuizhan*，ZHANGJuncheng，HUANGFeiwen，LIFanglian，YANGYanqing，LIANGYanbin

(DepartmentofRadiology,theAffiliatedJiangmenTraditionalChineseMedicineHospitalofJin'anUniversity,Jiangmen529031,China)

Objective To explore the value of intravoxel incoherent motion (IVIM) imaging in evaluating diffusion and perfusion variations in subacute brain infarction. Methods MRI data of 35 patients with subacute brain infarction were analyzed retrospectively, including routine DWI, IVIM imaging and three-dimensional arterial spin labeling (3D-ASL) sequence. The ADC maps were obtained by routine DWI sequence. Pure molecular-based diffusion coefficient (D) maps, pseudo diffusion coefficient of perfusion (D*) maps and perfusion fraction (f) maps were obtained by IVIM sequence. Cerebral blood flow (CBF) maps were obtained by 3D-ASL sequence. ADC, D, D*, f, CBF values and the relative values (rADC, rD, rD*, rf, rCBF) of brain infarction lesion and contralateral mirror area were calculated. All the parameters between brain infarction lesion and contralateral mirror area were compared. The correlations were analyzed between rADC value and rD, rD*, rf values respectively, as well as between rCBF value and rD, rD*, rf values respectively. Results Quantitative analysis showed significant decreases of ADC, D, D*, f and CBF values in the brain infarction lesion compared with those in the contralateral mirror area (allP<0.05). There were positive correlations between rADC value and rD, rf values (r=0.687, 0.601,P=0.005, 0.018). And the positive correlation was found between rCBF value and rf value (r=0.581,P=0.022). Conclusion IVIM imaging can concurrently provide the perfusion and diffusion informations of subacute brain infarction patients, which is helpful to further elucidate the mechanisms of subacute brain infarction.

Brain infarction； Intravoxel incoherent motion； Diffusion magnetic resonance imaging； Cerebral blood flow

目前DWI及MR灌注成像已广泛应用于脑血管疾病诊断，尤其对急性期脑梗死的诊断[1]。体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion， IVIM)成像经后处理可获得弥散及灌注分离的图像。已有学者[2]应用IVIM技术检测组织的灌注信息，将IVIM的灌注相关扩散系数(pseudo diffusion coefficient of perfusion， D*)、灌注分数(perfusion fraction， f)与动态增强MRI(dynamic contrast-enhanced MRI， DCE-MRI)的灌注参数用于乳腺良恶性病变的鉴别诊断，以探索两者的相关性。IVIM技术同样可应用于脑梗死的诊断中，且具有无辐射及无需注射对比剂的优点。通过IVIM技术同时检测急性脑梗死的灌注及扩散信息鲜见报道。本研究探讨利用IVIM技术评价亚急性期脑梗死的扩散和灌注信息的价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2015年11月—2016年10月我院收治的35例亚急性期脑梗死患者的资料，其中男23例，女12例；年龄35～78岁，平均(54.3±5.3)岁。35例患者均接受颅脑DWI、IVIM、三维动脉自旋标记(three-dimensional arterial spin labeling， 3D-ASL)检查。纳入标准：①年龄≥35岁；②大脑半球或基底核区亚急性期期缺血性脑梗死；③首次症状发作至MR检查时间为3～5天；④美国国立卫生研究院卒中量表(national institutes of health stroke scale， NIHSS)评分5～20分。排除标准：①MR检查禁忌证；②脑梗死出血性转化；③大脑幕下及脑干梗死；④病灶最小径<0.5 cm；⑤患者已接受溶栓治疗。本研究经我院医学伦理委员会批准，所有受检者或家属均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法

1.2.1 MR扫描 采用GE Discovery MR750 3.0T超导MR扫描仪，8通道头颈部联合线圈。主要扫描序列及参数：①DWI，采用SE-EPI序列，轴位成像，TR 2 000 ms，TE 65 ms，层厚5 mm，层间距0.5 mm，FOV 24 cm×24 cm，矩阵256×256，NEX 2，b值为0、1 000 s/mm2；②IVIM，采用SE-EPI序列，TR 5 000 ms，TE 60 ms，层厚5 mm，层间距0.5 mm，FOV 24 cm×24 cm，矩阵256×256，16个b值分别为0、20、40、80、110、140、170、200、300、400、500、600、700、800、900、1 000 s/mm2；③3D-ASL，采用3D-ASL-SPIRAL序列，TR 4 590 ms，TE 10 ms，层厚4 mm，层间距0，FOV 24 cm×24 cm，分辨力 512(point)×8(arms)，NEX 3，标记延迟时间(post-labeling delay， PLD)为1 525 ms。

1.2.2 图像分析 采用AW 4.6工作站进行图像后处理，以Functool 2软件分别获得DWI(b=1 000 s/mm2)序列的ADC图、IVIM序列纯水分子扩散系数(pure molecular-based diffusion coefficient， D)、D*、f及3D-ASL序列脑血流量(cerebral blood flow， CBF)参数图。

由2名具有多年MRI诊断经验的副主任医师采用盲法对数据及图像进行分析。DWI高信号阈值设置为大于对侧镜像区平均信号强度+2倍标准差[3]。通过工作站自带的ADC软件获取ADC伪彩图及ROI的ADC值。以MACD软件获取D值、D*值及f值伪彩图，并测量病灶ROI的D值、D*值及f值。以3D-ASL后处理工具获取脑血流CBF伪彩图，设置伪彩图低灌注的阈值为23 ml/(min·100 g)[4]，测量低灌注色彩区域的CBF值。在ADC图、IVIM参数图、CBF图病灶最大层面选取病灶的ROI，对照侧镜像区ROI可根据需要适当微调，避开血管及脑脊液，各测量值均取3次测量的平均值。计算相对ADC值(relative apparent diffusion coefficient， rADC)，rADC=病灶ADC值/对照侧镜像区ADC值；并计算获得相对D值(rD)、相对D*值(rD*)、相对f值(rf)和相对CBF值(rCBF)。

1.3 统计学分析 采用SPSS 19.0统计分析软件，计量资料以±s表示。对2名医师的测量结果进行组内相关系数(intraclass correlation，ICC)分析，ICC>0.75为相关性好。病灶与对照侧镜像区各参数的比较采用配对t检验。rADC值、rCBF值与rD值、rD*值、rf值的相关性采用Pearson相关分析，r>0.75为相关性好，0.40

2 结果

对2名医师各测量值的一致性检验结果显示数据可重复性好，ADC、CBF、D、D*、f值及rADC、rCBF、rD、rD*、rf值的ICC值分别为0.97、0.93、0.96、0.86、0.89及0.95、0.94、0.96、0.84、0.86，取二者的平均值进行分析。35例患者亚急性期脑梗死灶12例累及额叶，6例累及顶叶，3例累及颞叶，4例累及枕叶，11例累及基底核区；病变范围55～1 160 mm2，平均(441.56±47.29)mm2。脑梗死灶DWI均呈高信号，ADC值、D值参数图均显示病灶弥散受限，D*值、f值、CBF值伪彩图病灶信号均较对照侧镜像区减低，信号均匀度、轮廓清晰度以ADC值、D值参数图显示最佳，CBF值伪彩图次之，见图1。

图1 患者女，58岁，亚急性期脑梗死 A.DWI图示右侧额顶叶交界区小片状高信号； B.ADC图示病变弥散受限； C.D值图示病变弥散受限，范围与ADC图相仿； D.D*值图，箭示黑色区域为相应灌注受损区，范围较DWI高信号小； E.f值图，箭示浅蓝色区域为灌注受损区，范围与DWI高信号灶相仿； F.ASL-CBF图，箭示深蓝色及周围浅蓝色区域为灌注受损区，范围较DWI高信号灶大

2.1 弥散及灌注参数比较 亚急性期脑梗死灶ADC、CBF、D、D*、f值均较对照侧镜像区减低，差异均有统计学意义(P均<0.05)，见表1。

2.2 相关性分析 亚急性脑梗死灶的rADC值与rD、rf值呈正相关(r=0.687、0.601，P=0.005、0.018)，与rD*值无相关性(r=0.365，P=0.214)；rCBF值与rf值呈正相关(r=0.581，P=0.022)，与rD、rD*值无

相关性(r=0.327、0.275，P=0.233、0.329)。

IVIM技术采用双指数模型算法，通过高b值(b值≥200 s/mm2)DWI可获得D值，通过低b值(b值<200 s/mm2)DWI可获得D*值，f值可反映灌注成分在不相干信号中的比例[5]。D、D*、f值均可独立用于评价组织内水分子的扩散及组织微血管灌注。

3 讨论

亚急性期脑梗死时脑细胞发生细胞毒性水肿，细胞外水分子进入细胞，细胞肿胀致细胞间隙变小，水分子可运动空间减少，使布朗运动受限；且脑梗死灶内由于毛细血管内物质循环受限，毛细血管血容量减少，导致毛细血管密度减小，血液黏稠度增高，甚至发生凝血，水分子弥散明显受限。亚急性期脑梗死ADC值下降，是由毛细血管内外水分子弥散受限所致；D值下降系因毛细血管外的水分子弥散受限；D*值下降系因毛细血管内的水分子弥散受限；f值下降为病灶内灌注成分占不相干信号的比例下降所致。本研究结果显示，亚急性期脑梗死灶IVIM参数指标(D值、D*值、f值)均较对照侧镜像区下降(P均<0.05)。

脑血流灌注参数CBF是反映脑缺血病理生理学特征的指标之一[6]。研究[7]显示，f值与组织微血管的血容量密切相关，也与毛细血管密度评分有关。Yao等[5]对脑梗死灶进行研究，发现f值与CBF值呈中度相关。本研究结果显示，rf值与rCBF值呈正相关(r=0.581，P=0.022)，提示f值可反映微血管循环。D*值反映毛细血管内水分子弥散，但D*值测量的重复性较差[8]，量化分析方面不及D值、f值[9]。

表1 亚急性期脑梗死灶与对照侧镜像区弥散和灌注参数比较(±s)

表1 亚急性期脑梗死灶与对照侧镜像区弥散和灌注参数比较(±s)

位置ADC(×10-3mm2/s)CBF(ml/(min·100g))D(×10-4mm2/s)D∗(×10-2mm2/s)f脑梗死灶0．50±0．0717．54±2．934．04±1．121．77±1．040．14±0．01对照侧镜像区0．67±0．0253．21±9．219．27±0．662．16±0．860．25±0．09t值-23．81-33．62-51．60-13．42-9．61P值<0．001<0．001<0．001<0．001<0．001

本研究结果显示，rCBF值、rADC值均与rD*值无相关性(r=0.275、0.365，P=0.329、0.214)，可能与本研究D*值参数图的信噪比较低有关。本研究中rCBF值与rD值无相关性(r=0.327，P=0.233)，可能因D值为弥散参数，不能提供灌注信息。因此，笔者认为f值较D*值更有利于反映病灶内微血管循环特性。

本研究发现rADC值与rD值呈较好的相关性 (r=0.687，P=0.005)，分析原因为组织毛细血管外水分子的弥散为组织全部水分子弥散的主要组成部分，是ADC值的主要影响因素。本研究中rADC值与rf值呈较好的正相关，原因在于脑组织血流灌注下降使脑细胞毒性水肿，因此反映水分子弥散的ADC值与反映血流灌注的f值同时下降。

基于DWI的IVIM技术，与传统脑灌注成像技术相比，具有以下优势：①与灌注成像相比，IVIM无需对比剂，对肾衰竭患者亦可进行IVIM检查，且一次成像可同时获得弥散及灌注信息；②IVIM技术不受脑血管病变(如颈动脉、椎动脉病变)影响，亦不受心输出量影响，而3D-ASL可因动脉血传输时间偏差而影响其评估脑血流的准确性，传输时间延长则会低估CBF值[10]，而IVIM不受此限制；③通过IVIM获得的灌注信息来自营养交换级别的微细血管，更能从分子水平反映脑梗死的病理生理改变，而灌注成像、3D-ASL对较大血管水平的脑灌注具有优势。IVIM灌注相关参数可反映脑组织微循环灌注[11]，有别于较大脑血管血流灌注[12]。因此，IVIM对诊断急性脑梗死有重要意义。

本研究的不足：①后处理软件不能将ADC图、IVIM参数图、CBF图相互融合，且各种图像显示的病灶大小、形态有所差异，使病灶的ROI选取、定位存在偏差；②3D-ASL采用单一的PLD测量CBF，可能高估缺血程度；③样本量较小。

总之，应用IVIM技术对亚急性脑梗死患者一次成像且无需使用对比剂，可同时获得分离的弥散及灌注的信息，有助于进一步阐明亚急性脑梗死的机制。

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江门市科技计划资助项目(201610029)。

卢瑞沾(1978—)，男，广东江门人，学士，副主任医师。研究方向：中枢神经系统功能磁共振研究。

卢瑞沾，暨南大学附属江门中医院医学影像科，529031。E-mail: wyzhyyu@sina.com

2016-10-22

2017-05-22

亚急性期脑梗死的体素内不相干运动扩散加权成像

卢瑞沾*，张俊成，黄飞文，黎方莲，杨艳清，梁燕滨

(暨南大学附属江门中医院医学影像科，广东 江门 529031)

目的 探讨体素内不相干运动(IVIM)成像评价亚急性期脑梗死弥散和灌注情况的价值。方法 回顾性分析35例亚急性期脑梗死患者的MR影像资料，包括常规DWI、IVIM成像及三维动脉自旋标记(3D-ASL)序列检查。通过常规DWI序列获得ADC图，IVIM序列获得纯水分子扩散系数(D)图、灌注相关扩散系数(D*)图、灌注分数(f)图，3D-ASL序列获得脑血流量(CBF)图。分别测量脑梗死灶及对照侧镜像区ADC值、D值、D*值、f值、CBF值及其相对值(rADC、rD、rD*、rf、rCBF)。比较脑梗死灶与对照侧镜像区各参数的差异，并分析rADC值与rD、rD*、rf值的相关性及rCBF值与rD、rD*、rf值的相关性。结果 脑梗死灶ADC、D、D*、f、CBF值均较对照侧镜像区减低(P均<0.05)。rADC值与rD、rf值呈正相关(r=0.687、0.601，P=0.005、0.018)；rCBF值与rf值呈正相关(r=0.581，P=0.022)。结论 IVIM成像能同时提供亚急性期脑梗死的灌注及弥散信息，有助于进一步阐明亚急性期脑梗塞的机制。

脑梗死；体素内不相干运动；扩散磁共振成像；脑血流

R651.1； R445.2

A

1003-3289(2017)08-1181-04

10.13929/j.1003-3289.201610096