多成分灌注特征的新IVIM模型构建及其对肝细胞癌发生发展各阶段的鉴别意义研究

It has been shown that multiple perfusion components exist in the liver and the characteristics of multi-component perfusion are different for different hepatocarcinogenesis (HCG) stages. The intravoxel incoherent motion (IVIM) diffusion weighted imaging (DWI) technique can measure the perfusion information without the injection of contrast agent and thus it is safe and non-invasive for diagnosis. However, since existing IVIM models cannot characterize the multi-component perfusion of each of HCG stages, it is difficulty to differentiate HCG stages using the IVIM-DWI technique. Our previous study found that there were significant differences in the contribution of different perfusion components to DW signals, and the degree of the differences was different, depending on the DW signals at different b-values. The present proposal aims to establish a new IVIM model by accounting for these differences and investigate the significance of the new model for differentiating HCG stages. It includes three issues: 1) establish a new IVIM model for characterizing the multi-component perfusion; 2) quantitatively and qualitatively evaluate the new model based on virtual microcirculation network and flow-compensated technique; 3) propose a new method capable to differentiate HCG stages and evaluate it. The achievement of our research can provide new ideas and means for the super-early imaging diagnosis of hepatocellular carcinoma without contrast agent.

研究发现肝组织内存在多种灌注成分且肝细胞癌发生发展(Hepatocarcinogenesis, HCG)各阶段的多成分灌注特征存在差异。体素内不相干运动(IVIM)扩散加权成像(DWI)技术能够不依赖造影剂获取灌注信息，具有安全无创的诊断优势。但现有IVIM模型无法揭示HCG各阶段的多成分灌注特征，因而难以利用IVIM-DWI技术对各阶段进行鉴别。我们前期研究发现不同灌注成分对DW信号的贡献存在明显差异，并且这种差异在不同b值的DW信号中被不同程度地体现。因此，本项目拟利用这种差异化特征构建新IVIM模型，并探讨其对HCG各阶段的鉴别意义。本项目研究内容包括：1) 构建揭示HCG各阶段多成分灌注特征的新IVIM模型；2) 利用虚拟微循环网络和流补偿技术定量定性评价新模型；3) 提出鉴别HCG各阶段的新方法，并评价其准确性。本项目能够为不依赖造影剂的肝细胞癌超早期影像学诊断提供新思路和手段。

精准解析不同类型肝结节灌注成分的复杂性和多样性，对其病理特征研究及鉴别诊断具有重要的科学意义和临床价值。体素内不相干运动(Intra-Voxel Incoherent Motion，IVIM)成像是目前唯一不依赖造影剂无创获取组织灌注信息的医学影像手段。但现有IVIM模型尚无法准确描述肝结节的多成分灌注特征。.鉴于此，本项目主要围绕揭示肝结节多成分灌注特征的新IVIM模型构建及相应的模型结构自适应调整策略设计展开研究，并系统地评估了新IVIM模型在鉴别不同类型肝结节方面的有效性。此外，针对在研究过程中发现的新问题，本项目将研究内容进行了拓展，新增了基于非单指数扩散模型的肝结节微环境异质性研究和基于IVIM Tensor模型的组织各向异性分布特征研究。新增的研究内容有望实现对新IVIM模型的进一步优化，以期达到对肝结节病理特征全面、精准解析的目的。.本项目主要取得了以下研究成果：1)建立了能够描述肝结节多成分灌注特征的自适应多指数IVIM模型并提出了相应的模型参数解析方法；2)评估了自适应多指数IVIM模型对肝局灶性结节的鉴别诊断性能；3)研究了非单指数扩散加权成像在肝细胞癌检测方面的可行性和可重复性；4)分析了非单指数扩散模型对肝结节微环境异质性变化的敏感性；5)分析了组织多成分灌注特征对IVIM Tensor模型参数估计的影响。相关研究结果已发表8篇国际高质量期刊论文。.本项目的研究结果为肝结节的鉴别诊断提供了一个全新视角，并为日后建立能够同时描述肿瘤组织多成分灌注特性，微环境异质性以及细胞和微血管分布各向异性的超融合IVIM模型奠定坚实的理论与实验基础。

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