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Chinese J Magn Reson,2024,41(1):9-18 第 41 卷第 1 期 2024 年 03 月 Vol.41 No.1 Mar.2024 波波 谱谱 学学 杂杂 志志 Chinese Journal of Magnetic Resonance doi:10.11938/cjmr20233075 b 值范围对 6 种体部扩散模型在前列腺应用的影响评估 周敏雄1,2,3，戚轩1，杜兵1，齐东1，王海杰4，杨光4，蔡文梅2，刘孟潇5，张会婷5，严序5，聂生东3，何永胜1 1.马鞍山市人民医院，安徽 马鞍山 243099；2.上海健康医学院，上海 201318；3.上海理工大学，上海 200093；4.上海市磁共振重点实验室 华东师范大学，上海 200062；5.西门子医疗系统有限公司，上海 201318 摘 要：论文研究了不同 b 值采集范围对 6 种体部扩散模型定量参数计算的影响研究涉及扩散模型包含单指数模型（Mono）、扩散峰度成像（DKI）、体素内非相干运动模型（IVIM）、扩散拉伸指数模型（SEM）、分数微积分模型（FROC）和随机游走模型（CTRW），b 值范围 02 500 s/mm2通过扩散模型参数之间的相关性、t 检验以及前列腺病灶良恶性鉴别能力三个维度，评估了不同 b 值采集范围对参数计算的影响结果显示与参考采样方案相比，随着最大 b 值降低，所得同一扩散参数感兴趣区域（ROI）均值的差异逐渐增大，但相关性降低不明显，且前列腺病灶良恶性的鉴别能力也保持相似水平基于实验结果，建议在临床实践中采用 b 值范围为 01 500 s/mm2的采集方案这一方案在具备较高采集效率的同时，一半以上参数与参考采样方案结果的相关性不低于 0.98，且良恶性鉴别能力指标曲线下面积（AUC）值的差别小于 0.01此外，不同扩散模型对于 b 值方案的敏感性存在差异，其中 SEM 和 CTRW 模型的参数受 b 值范围的影响相对较小 关键词：磁共振成像；数据采集方法；扩散模型；分数微积分模型；随机游走模型 中图分类号：O482.53 文献标识码：A Evaluation of the Impact of b-Value Ranges on Six Body Diffusion Models in Prostate Application ZHOU Minxiong1,2,3，QI Xuan1，DU Bin1，QI Dong1，WANG Haijie4，YANG Guang4，Cai Wenmei2，LIU Mengxiao5，ZHANG Huiting5，YAN Xu5，NIE Shengdong3，HE Yongsheng1*1.Maanshan Peoples Hospital,Maanshan 243099,China;2.Shang Hai University of Medicine&Health Sciences,Shanghai 201318,China;3.University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,China;4.Shanghai Key Laboratory of Magnetic Resonance,East China Normal University,Shanghai 200062,China;5.Siemens Healthineers,Shanghai 201318,China Abstract:This paper investigated the impact of different b-value acquisition ranges(from 0 to 2 500 s/mm2)on the quantitative parameter calculation of six body diffusion models,including mono-exponential(Mono),diffusion kurtosis imaging(DKI),intravoxel incoherent motion(IVIM),stretch exponential model(SEM),fractional-order calculus model(FROC),and continuous time random walk model(CTRW).The influence of different b-value acquisition ranges on parameter calculation was evaluated through correlation between diffusion model parameters,t-test,and the ability to differentiate benign and malignant prostate lesions.The results showed that compared with that of the reference sampling scheme(02 500 s/mm2),the difference of the mean value of region of interest(ROI)with the same diffusion parameters gradually increases as the maximum b-value decreases,but the correlation decreases only slightly,and the ability to differentiate between benign and malignant prostate lesions remains at a similar level.Based on the experimental results,a b-value range of 01 500 s/mm2 is recommended for clinical practice,because this scheme takes collection efficiency into account,the correlation of more than half of its parameters with those of the reference sampling scheme is not less than 0.98,and the difference in the values of area under the curve(AUC)between benign and malignant differentiation is less than 0.01.In addition,the sensitivity of different diffusion models to the b-value scheme varies,with the parameters of SEM and CTRW models being relatively less affected by the b-value range.Keywords:MR imaging,Data sampling,Diffusion models,FROC,CTRW 收稿日期收稿日期:2023-07-20;在线在线发表发表日期日期:2023-10-18 基金项目基金项目:安徽省重点研究与开发计划项目(2022e07020065)；皖南医学院教学医院科研项目(JXYY202128)；上海高校教师产学研见习计划.通信通信作者作者(Corresponding author):*Tel:[phone],E-mail:.10 波 谱 学 杂 志 第 41 卷 引 言 扩散成像是一种无创的成像技术，其通过测量水分子在组织中的扩散运动，得到反映组织微观结构信息的扩散系数等参数，从而可以反映生物组织的微观结构1扩散成像在神经科学、肿瘤学等领域有着广泛的应用在神经科学领域，扩散成像可用于观察神经轴突、髓鞘和纤维束等的结构变化，为研究大脑发育、病理和功能提供了非常有价值的信息2,3在肿瘤学领域，扩散成像可以鉴别不同组织的生物学特性，帮助评估肿瘤的侵袭性和治疗效果4 随着扩散成像技术发展，除了常规的单指数模型（mono-exponential，Mono），近年来涌现出了一系列新模型，更好地揭示组织的微观结构和量化非高斯性扩散现象例如，体素内非相干运动模型（intravoxel incoherent motion，IVIM）可以分离组织中的快、慢两种扩散成分，即 IVIM_D 和 IVIM_D*，分别反应灌注和纯扩散信息，以及快扩散的比例系数或灌注分数 IVIM_f 5；扩散峰度模型（diffusion kurtosis imaging，DKI）可以进一步揭示并定量化组织的非高斯性扩散现象，获得扩散峰度值 DKI_K 和校正后的扩散系数DKI_D6；扩散拉伸指数模型（stretch exponential model，SEM）在不同组织的扩散成分之间引入了一个体素内异质性参数 SEM_，用于描述各扩散成分的分布情况，以及 SEM_DDC 反应平均扩散系数7；分数微积分模型（fractional-order calculus model，FROC）是一种基于分数阶微积分理论的扩散模型，其将传统的扩散模型中的整数阶微积分改为分数阶微积分，从而更好地描述扩散现象的复杂性，该模型计算体素内异质性参数 FROC_、平均扩散系数 FROC_D 以及扩散的微观尺度 FROC_，已被用于肝脏、脑等多种组织中的扩散研究8,9；随机游走模型（continuous time random walk model，CTRW）是一种用于描述扩散过程的数学模型，该模型认为弥散是一个离散的、随机的过程，可以用一个随机游走模型来描述，因此 CTRW模型可以通过模拟扩散在多种组织中的行为，从而更好地描述其扩散时的非高斯性，该模型分别计算体素内时间和空间异质性参数 CTRW_、CTRW_，以及平均扩散系数 CTRW_D，目前已被应用于脑肿瘤、乳腺癌的研究10-13 不同的扩散模型可以反映出不同的组织微观结构，其数据采集方案也有所不同IVIM 模型和 DKI 模型通常采用不同的 b 值方案，IVIM 模型通常使用低 b 值（0200 s/mm）和高 b 值（8001 000 s/mm）的数据，而 DKI 模型则在该基础上增加了更高的 b 值范围（2 000 s/mm）从而更好地描述组织微观结构相比之下，SEM、FROC 和 CTRW 模型则更关注多种扩散成分的分布情况，因此通常需要使用较大的 b 值范围建模（例如，02 500 s/mm）这些模型在 b 值采集方面的差异反映了不同的假设和建模方法，因此需要根据研究问题选择合适的模型和 b 值范围 近年来，多种扩散模型的联合应用能够更全面地描述组织的多种微观结构和生理状态，提高对疾病的准确诊断和治疗，在临床疾病的诊断和治疗中展现出极大的价值14-18例如，一项多个扩散模型联合的脑胶质瘤研究发现多个扩散参数可有效预测肿瘤基因型分型，且多模型联合应用可提升预测准确性16 SEM、FROC 和 CTRW 模型均可用于描述非高斯扩散现象和体素内组织异质性，对于肿瘤的定量研究具有重要意义15其中，SEM 和 FROC 模型专注于描述不同的空间异质性，而 CTRW 模型则在空间异质性的基础上增加了时间异质性的参数，对于复杂组织的研究具有较大的价值 本文旨在评估不同 b 值采集方案对各扩散模型定量计算的影响，一方面提供扫描方案的参考依据，并尝试推荐效率更高的采集方案，从而推动未来高级扩散模型的联合应用以及多中心研究；另一方面，评估不同模型对采集方案的敏感性，为后续临床研究中扩散模型选择提供参考 第 1 期 11 何永胜等：b 值范围对 6 种体部扩散模型在前列腺应用的影响评估 1 实验部分 1.1 临床数据 本研究总共采集了 73 例前列腺患者 MRI 数据，其中包含 48 例前列腺增生病例，25 例前列腺癌病例，并收集了其临床数据，包括患者的年龄、临床分期、组织学等级等信息其中，患者的年龄范围在 5080岁，临床分期为 T1 至 T3a，组织学等级为格利森（Gleason）评分 69 分临床数据的纳入标准为：（1）患者进行前列腺磁共振检查前均未做过内分泌、放射、化疗或手术治疗，未针对病灶做过穿刺；（2）磁共振检查 2 个月内经穿刺活检或手术得到病理结果；（3）图像无明显伪影、失真或变形，病灶直径不小于5 mm且与周围背景组织对比清晰该研究获马鞍山市人民医院伦理委员会批准（2021 第 006-008 号）1.2 数据采集 MRI 数据采集是在西门子 3T MAGNETOM Prisma 磁共振仪上完成的扩散数据采用小视野自旋回波-平面回波成像序列，具体扫描参数如下：重复时间（TR）和回波时间（TE）分别为 3 500 ms 和 74 ms，采用b 值为 0、50、100、200、500、1 000、1 500、2 000 和 2 500 s/mm，在三个不同方向上采集，并进行几何平均层厚为 3 mm，体素尺寸为 0.90.9 mm2，视野为 200109 mm2，总共采集 23 层，带宽为 1 568 Hz/Pixel，总采集时间为 6 min 18 s采用在线动态场校正技术以消除涡流导致的图像变形 1.3 扩散模型计算 针对每个方案的数据，同时计算 Mono、IVIM、DKI、SEM、FROC 和 CTRW 模型的定量参数使用自主开发的软件 BoDiLab 进行所有定量参数的计算，该软件基于 Python 3.5 平台开发，集成了上述 6 种扩散模型的计算扩散数据的预处理流程包括以下两个步骤：1）去除背景：基于 b=0 的 T2加权图，通过设置灰度阈值 30 去除背景区域；2）图像平滑：基于 3D 高斯滤波，平滑核 sigma=1.25模型定量参数计算方面，IVIM 使用分段拟合算法，即首先假设在较高 b 值下灌注成分可以忽略，然后通过线性拟合和较高b 值扩散数据计算扩散系数 D 和灌注分数 f，最后将计算得到的 D 和 f 参数带入 IVIM 模型，通过线性拟合计算伪扩散系数 D*这里使用 b 值 200 s/mm作为 IVIM 模型的 b 值分段阈值Mono 使用线性拟合，DKI、SEM、FROC 和 CTRW 模型的计算均采用非线性拟合算法，具体算法可参考 BoDiLab 相关的前期成果13,18-23 1.4 数据分析 本研究回顾性地使用原始多 b 值扩散数据，模拟了 4 组不同 b 值范围的采集方案，并计算了不同 b 值范围下各扩散模型的定量参数，以比较不同 b 值范围对各扩散模型的影响这 4 组方案选用不同的 b 值范围（即 bmax值不同），分别为 01 000 s/mm、01 500 s/mm、02 000 s/mm和 02 500 s/mm（其中02 500 s/mm为参考采样方案），在后文中将简要表示为 b01 000、b01 500、b02 000 和 b02 500 针对原始的弥散数据和重建定量参数图，本研究采用感兴趣区（region of interest，ROI）分析，ROI 勾画于 b 值为 1 500 s/mm的图像，包含完整的前列腺增生和前列腺癌病灶区域，由一位具有 5 年以上临床经验的放射科医师勾画 ROI，并由另一位具有 5 年以上临床经验的医师校验和复核ROI 勾画使用开源多平台应用软件 ITK-SNAP（www.itksnap.org）将勾画的 ROI 拷贝到所有定量参数图，计算 ROI 内的平均值和方差，并进行比较 4 组不同 b 值方案下的扩散参数比较，主要包括两方面内容：12 波 谱 学 杂 志 第 41 卷（1）ROI 数值差异比较：在 ROI 区域内，计算不同方案下的扩散参数与全 b 值扩散参数的相关系数和 t 检验相关系数高于 0.95 被判定为相关性较高，t 检验 p 值低于 0.05 被判定为有显著差异（2）临床鉴别效能比较：比较不同方案下的扩散参数在前列腺增生和前列腺癌的鉴别效能，将前列腺癌作为正样本，前列腺增生作为负样本，计算受试者工作特征曲线（receiver operating characteristic，ROC）的曲线下面积（area under the curve，AUC），并通过 Delong 检验看不同的采集方案有无显著差异，阈值为0.05 2 结果与讨论 2.1 ROI 数值差异比较 本节旨在比较不同 b 值范围下的扩散参数 ROI 均值的相关性和差异 图 1 为不同 b 值范围计算的多个扩散模型定量参数差异图.图 1 不同 b 值范围计算的多个扩散模型定量参数差异图，参考图为以 b 值 0 2 500 s/mm2计算所得图中每行显示不同扩散定量参数和 bmax值扩散加权图像，每列显示不同 b 值采集方案的定量参数以及其与参考图像的残差 Fig.1 Comparisons between quantitative parameters of multiple diffusion models based on different ranges of b-values,with parameters from b-value 02 500 s/mm2 serving as the reference image.Each row displays different diffusion quantitative parameters and the diffusion-weighted image with the maximum b-value,while each column displays quantitative parameters from different b-value acquisition schemes and their residuals compared to the reference image 第 1 期 13 何永胜等：b 值范围对 6 种体部扩散模型在前列腺应用的影响评估 从图 1 可以观察到，各扩散参数在不同 bmax方案之间呈现了不同程度的残差，并且随着 bmax值的减小而逐渐增加，其中 DKI_K 对 bmax的响应最为显著图 2 为基于不同 b 值采集范围计算的前列腺增生和癌灶中扩散模型定量参数的 ROI 均值，从图中可见在所有参数中，Mono_D、DKI_D、DKI_K、IVIM_D、IVIM_f 和 FROC_D 的 ROI 均值变化相对较大，表明了 Mono、DKI、IVIM 和 FROC 模型的定量参数 ROI均值受到不同 b 值范围的影响相对较大与此相对，SEM 和 CTRW 模型的各扩散参数表现出其 ROI 均值对不同 b 值方案的敏感性较低的特点由于不同扩散参数的取值范围差异较大，图中使用了归一化参数，即以参考采样方案扩散参数对各方案扩散参数数据进行归一化因此，参考采样方案的所有参数取值均为1.00 图 2 基于不同 b 值采集范围计算的前列腺增生和癌灶中扩散模型定量参数的 ROI 均值扩散模型包括 Mono、DKI、IVIM、SEM、FROC 和 CTRW Fig.2 Differences between the diffusion parameters calculated based on different b-value ranges,using ROI mean values in prostate hyperplasia and cancer.The diffusion models include Mono,DKI,IVIM,SEM,FROC,and CTRW models 表 1 为各 b 值方案扩散参数的相关性分析结果，由表中数据可见，不同 b 值方案所得扩散参数与 b0 2 500 扩散参数之间的相关性整体较高，同时随着 bmax值的降低，扩散参数的相关性整体下降.其中 b02 000和参考采样方案之间所有参数的相关系数不低于 0.98.b01 500 除 DKI_D 之外的所有参数不低于 0.95.b01 000 相对略低，在所有参数中，CTRW_、DKI_D、IVIM_D*、IVIM_f 的相关系数略低，其中整体最低为 CTRW_参数，其在前列腺增生和前列腺癌组中与参考采样方案之间的相关性系数分别为 0.70 和 0.88.即便如此，b01 000 大部分参数的相关系数仍在 0.86 以上.14 波 谱 学 杂 志 第 41 卷 表表 1 各各b b值方案扩散参数相关性分析值方案扩散参数相关性分析 Table 1 Correlation analysis of diffusion parameters between different b-value ranges 扩散参数 前列腺增生 前列腺癌 b01000 b01500 b02000 b01000 b01500 b02000 Mono_D 0.97 0.99 1.00 0.98 0.99 1.00 DKI_D 0.93 0.98 1.00 0.77 0.94 0.99 DKI_K 0.90 0.97 0.99 0.93 0.95 0.99 IVIM_D 0.96 0.99 1.00 0.96 0.98 0.99 IVIM_D*0.86 0.96 0.98 0.91 0.95 0.99 IVIM_f 0.90 0.97 0.99 0.89 0.96 0.99 SEM_ 0.93 0.98 1.00 0.97 0.99 1.00 SEM_DDC 0.99 1.00 1.00 0.96 0.99 1.00 FROC_ 0.97 0.99 1.00 0.89 0.96 0.99 FROC_ 0.91 0.97 0.99 0.96 0.98 0.99 FROC_D 0.98 1.00 1.00 0.99 1.00 1.00 CTRW_ 0.70 0.97 0.99 0.88 0.98 1.00 CTRW_ 1.00 1.00 1.00 0.99 1.00 1.00 CTRW_D 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 表 2 为各 b 值方案间扩散系数差异的 t 检验结果从表中可见，随着 bmax值的降低，越来越多的扩散参数呈现出显著差异（p 0.05）在 b02 000 组中，只有 IVIM 模型的部分参数显示出显著差异.在 b01 500组中，IVIM 的参数差异更为显著，同时 Mono 和 DKI 模型的部分参数也呈现出显著差异在 b01 000 组中，除了上述三个模型的参数差异显著性进一步提升之外，FROC_D 和 CTRW_参数也呈现出差异由此，在扩散模型中 Mono、DKI 和 IVIM 模型的大部分参数受到 b 值范围的影响较显著，特别是 IVIM 模型，而FROC 和 CTRW 模型的大部分参数受到影响整体相对前述模型较小，只有在 bmax值为 1 000 和 1 500 s/mm2时部分参数才呈现出显著差异而 SEM 模型受 b 值范围变化影响最小 表表 2 各各 b 值方案间扩散参数差异的值方案间扩散参数差异的 t 检验检验 p 值值 Table 2 p value of t-test for diffusion parameters between different b-value ranges 扩散参数 前列腺增生 前列腺癌 b01000 b01500 b02000 b01000 b01500 b02000 Mono_D 0.001 0.002 0.143 0.001 0.013 0.226 DKI_D 0.003 0.107 0.463 0.006 0.126 0.471 DKI_K 0.001 0.010 0.250 0.001 0.047 0.400 IVIM_D 0.001 0.001 0.031 0.001 0.006 0.157 IVIM_D*0.122 0.036 0.317 0.482 0.246 0.493 IVIM_f 0.001 0.001 0.013 0.001 0.001 0.078 SEM_ 0.170 0.090 0.300 0.680 0.846 0.792 SEM_DDC 0.939 0.850 0.897 0.813 0.970 0.955 FROC_ 0.170 0.173 0.445 0.707 0.859 0.804 FROC_ 0.065 0.73 0.081 0.084 0.847 0.356 FROC_D 0.003 0.110 0.764 0.026 0.230 0.813 CTRW_ 0.001 0.027 0.361 0.467 0.976 0.936 CTRW_ 0.085 0.341 0.700 0.395 0.664 0.891 CTRW_D 0.993 0.993 0.993 0.951 0.951 0.951 第 1 期 15 何永胜等：b 值范围对 6 种体部扩散模型在前列腺应用的影响评估 2.2 临床鉴别效能比较 本节比较了不同 b 值范围方案下的扩散参数在鉴别前列腺增生和癌灶方面的效能，并计算了各参数的AUC，结果如图 3 所示由图 3 可见，IVIM_f 和 FROC_ 受采集方案 b 值范围的影响较大，随着 bmax值的降低，IVIM_f 和 FROC_ 的 AUC 也逐渐降低，分别由 0.75 和 0.65 下降为 0.61 和 0.46同时 DKI_D、DKI_K、IVIM_D*、FROC_和 CTRW_也受到采集方案中 b 值范围的小幅影响意外的是，CTRW_随着 bmax值的下降，AUC 有所提升，由 0.84 升高到 0.92，成为所有参数中 AUC 最大的参数其他参数的AUC 基本不受 b 值方案的影响总体而言，Mono、SEM 和 CTRW 模型定量参数受 b 值范围的影响较小 在前列腺增生和癌灶的鉴别效能方面，所有模型的扩散系数参数（Mono_D、IVIM_D、SEM_DDC、FROC_D、CTRW_D）均呈现出高 AUC（不低于 0.83），其中 FROC_D 和 CTRW_D 稳定性最高，AUC 的变化小于 0.01 图 3 基于不同 b 值范围的多扩散参数在鉴别前列腺增生与癌灶中的 AUC 比较 Fig.3 The AUC of quantitative parameters of multiple diffusion models based on different b-value ranges in distinguishing prostate hyperplasia and cancer 2.3 讨论 近年来，越来越多的体部扩散模型被应用于临床，然而，这些模型的参数计算受到 b 值采集方案的影响，目前尚未有全面的评估因此，本文旨在研究不同 b 值采集范围对 Mono、DKI、IVIM、SEM、FROC和 CTRW 这 6 种扩散模型定量参数计算的影响通过模型参数之间的相关性、t 检验以及前列腺增生和癌灶鉴别效能 3 个维度评估，试图确定适用于大部分扩散模型的推荐 b 值采集方案，并评估不同模型对 b 值方案的鲁棒性 不同 b 值范围对各模型参数的均值存在一定影响，其对 Mono、IVIM、DKI 和 FROC 模型的影响大于SEM 和 CTRW 模型特别是在 b01 500 方案中，IVIM 模型的多个参数间存在显著差异然而，不同 b 值范围对各参数之间的相关性影响较小，当 bmax值在 1 500 s/mm2及以上时，各模型参数之间的相关性均高于 0.94同时，前列腺增生和癌灶的鉴别结果受不同 b 值范围的影响也较小这一发现表明，扩散模型参数的均值受 b 值范围影响会产生系统性偏差，但该偏差并不会显著影响组织之间的定量参数差异，从而对诊断效能影响较小 16 波 谱 学 杂 志 第 41 卷 不同 b 值范围组与参考采样组之间的相关性分析结果表明，bmax值在 1 500 s/mm2及以上时，除 DKI_D之外的其他模型参数与 b02 500 方案的相关性均较高，前列腺癌诊断效能接近，而 DKI_D 的相关系数虽略低于其他参数，也达到了 0.94因此，b01 500 和 b02 000 的采集方案也可用于多个扩散模型的临床应用中在之前的工作中15，高级模型如 DKI、SEM、FROC 和 CTRW 均要求使用较高 b 值，例如 DKI 要求使用 bmax值不低于 2 000 s/mm2，而 FROC 和 CTRW 模型在之前的神经应用中则使用了更高的 b 值 然而，与神经应用不同，体部组织的 T2弛豫时间较短，因此高 b 值将导致较低的图像信噪比，使得扩散数据的质量下降或采集时间增加，这将限制多 b 值扩散模型体部的应用本文发现，b 值范围对各模型参数计算产生的系统误差对组织鉴别影响较小，因此在实际临床应用中，可使用较小的 bmax值因此，为平衡采集时间和诊断效能，本文推荐 bmax值为 1 500 s/mm2，可显著提升数据采集效率，将采集时间从 6 min 18 s降低为 3 min 9 s，时间缩短 50%而即使将 bmax值设为 2 000 s/mm2，采集时间也可以缩短至 4 min 33 s虽然将 bmax值进一步降为 1 000 s/mm2时采集时间还可以进一步缩短，但部分模型参数如 IVIM_f、FROC_以及 DKI_D 的诊断效能逐渐降低，所以在实际应用中不推荐 在以往的研究中 DKI、SEM、FROC 和 CTRW 模型通常需要 bmax值不小于 2 000 s/mm2 15，而根据前列腺影像报告和数据系统（Prostate Imaging Reporting and Data System，PI-RADS），其临床扩散数据 b 值范围选择会考虑前文提到的信噪比原因，bmax值通常设置在 1 500 s/mm2以下，因此将导致大量临床扩散数据无法进行这些扩散模型的分析本文实验分析证明 01 500 s/mm2的扩散数据也可以获得 02 500 s/mm2数据高度一致的模型计算结果和诊断效能，这将使更多的临床数据可以满足回顾性研究的要求，从而充分挖掘扩散模型的价值，并有望获得更高的临床诊断效能 此外，不同扩散模型对于 b 值方案的敏感性存在差异，正如上文中所述 SEM 模型的总体受影响程度小于其他模型相比之下，DKI 模型反映了扩散非高斯性，随着 bmax值的增加，非高斯效应更加明显，因此其定量受 b 值影响更大IVIM 模型将扩散分为快和慢两个成分，慢成分的扩散系数 IVIM_D 的计算受b 值范围的影响，同时也会间接影响快慢成分的比例即 IVIM_f 的计算，因此该模型参数对 b 值相对较敏感SEM、FROC 和 CTRW 都是反映体素内异质性的扩散模型，其中 SEM 和 CTRW 模型参数受 b 值范围影响的程度略小于 FROC，这得益于扩散模型本身的计算稳定性而与它们相比，FROC 模型为了获得更稳定的拟合结果，在其计算过程中需要先基于常规单指数模型获得 FROC_D 值，因此模型参数对于 b 值的范围也比较敏感总体来说，Mono、SEM 和 CTRW 受 b 值范围影响小于 IVIM、DKI 和 FROC 模型 一个有趣的发现是大部分扩散参数随着 bmax的降低，前列腺良恶性诊断效能也随之降低，或者呈随机变化，但 CTRW_参数随着 bmax值的下降，AUC 反呈上升趋势，由 0.84 升高到 0.92，基于 b01 000 的CTRW_具有所有参数中最高的 AUC.我们认为这可能与前列腺多个扩散成分在不同 b 值范围中其信号强度有关.在低 b 值范围中，扩散信号来源于灌注伪随机扩散、细胞外和细胞内扩散三个成分，产生信号异质性较大，而随着 b 值范围增加，这前两种成分均完全衰减，取而代之的是细胞内扩散单成分，因此扩散的异质性随之降低.本文首次针对 Mono、IVIM、DKI、SEM、FROC 和 CTRW 6 个扩散模型同时分析 b 值范围对其定量参数计算的影响结果表明，对于所有模型，bmax值采集范围在 1 5002 500 s/mm2之间时，各模型参数的相关性和诊断效能接近因此，在不影响诊断结果的情况下，通过优化 b 值采集范围可以大幅降低数据采集时间同时，不同扩散模型受 b 值采集方案的影响也不同其中，SEM 和 CTRW 模型的定量参数对 b 值范围的依赖较其他模型更小近年的研究表明，扩散多模型联合应用具有广阔的应用前景本文通过系统性的研究 b 值采集方案对多种扩散模型定量的影响，对于未来多扩散模型的前列腺应用将具有以下实际意义：（1）为后续相关工作在扩散数据采集的 b 值范围选择上提供了参考依据；（2）显著加快了数据采集速第 1 期 17 何永胜等：b 值范围对 6 种体部扩散模型在前列腺应用的影响评估 度，使得多 b 值扩散模型可以在 3 min 左右完成扫描，将推动该技术的临床实用；（3）使新的扩散模型可应用于常规扩散数据，这意味着可以回顾性分析前列腺大样本数据库，进一步挖掘数据潜在价值此外，本文结论是否也适用于其他部位也具有较大实用价值，有待进一步探索 本文也存在一定的局限性，主要表现为：（1）实验中样本量有限，但本文主旨是比较不同 b 值范围对多个模型参数的影响，因此在多个 b 值方案间的比较中样本为前列腺癌与增生病例总和的 73 例数据，较为合理，而在前列腺癌与增生鉴别诊断效能评估中样本量较有限，但多个 b 值方案的诊断效能变化趋势明显（见图 3），因此我们认为该实验结果可以支持本文结论；（2）由于扩散采集时间较长，本研究中仅利用了单个数据进行了不同 b 值方案的模型定量参数计算，而未进行不同 b 值方案的直接采集；（3）实验中 ROI的勾画仅由一位医师完成，但勾画结果通过另一位高年资医师复核，且本文主旨是比较不同 b 值方案之间的差异，因此 ROI 勾画个体差异对本文结论影响较小 3 结论 本文研究了不同 b 值采集范围对 6 种扩散模型定量参数计算的影响，并试图确定适用于大部分扩散模型的推荐 b 值采集方案实验结果显示，b 值范围对模型参数的均值存在一定影响，但对各参数之间的相关性影响较小，且对前列腺癌良恶性鉴别效能影响也较小bmax值在 1 500 s/mm2及以上时，除 IVIM 外的其他模型参数之间的相关性均较高，前列腺癌诊断效能接近，因此均可在临床研究中应用，而考虑到进一步降低数据采集时间从而便于未来扩散模型的推广，本文推荐使用 bmax值为 1 500 s/mm2同时，不同扩散模型定量参数对于 b 值方案的敏感性存在差异，其中 SEM 和 CTRW 模型的定量参数对扩散 b 值范围的依赖较其他模型更小，在研究中推荐使用此外，由于 01 500 s/mm2为常规前列腺扩散数据采集范围，因此本文中的扩散模型均可应用于更多临床数据，如有望用于开展回顾性分析前列腺大样本数据库，进一步挖掘数据潜在价值 致谢 感谢安徽省重点研究与开发计划项目（2022e07020065）、皖南医学院教学医院科研项目（JXYY202128）以及上海高校教师产学研见习计划对本研究的支持.利益冲突 无 参考文献：1 BASSER P J,MATTIELLO J,LEBIHAN D.MR diffusion tensor spectroscopy and imagingJ.Biophys J,1994,66(1):259-267.2 TOURNIER J D.Diffusion MRI in the brain-theory and conceptsJ.Prog