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擴散權重影像
(Diffusion-weighted image) |
亞東醫院影像醫學科主治醫師 李瑞瑛 醫師 |
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核磁共振影像應用於腫瘤篩檢及治療的新發展 ---
核磁共振檢查 (Magnetic resonance imaging) 現今已廣泛運用於各種疾病的檢查及治療，隨著科技的進步，除了可了解組織解剖結構的傳統影像(如T1-weighted images)，藉由最新的擴散權重影像(diffusion-weighted images)，更可進一步得知組織的細微構造以及其功能組成。
何謂擴散權重影像？
西元1827年，英國植物學家勞伯‧布朗 (Robert Brown) 利用一般的顯微鏡觀察懸浮於水中的花粉粒時，發現這些花粉粒會做連續快速而不規則的隨機移動，經過許多的實驗與探討，科學家發現這現象應該是微小粒子受到週遭液體分子從四面八方的連續撞擊，而產生連續但不規則地隨機移動，這種移動稱為布朗運動 (Brownian motion)。
水是構成人體最主要的成分，人體中的水分子同樣也會產生微小的布朗運動，但是人體中的細胞壁形成天然障壁，阻擋了水分子的自由運動，細胞內的水分子所受到的限制較多，水分子的運動較小，細胞外的水分子所受到的限制較少，水分子的運動較大。所以，細胞越密集越完整的區域所形成的障礙越多，水分子的運動所受的限制越大(圖1左)；相反的，細胞越稀疏，細胞壞死越多的區域所形成的障礙越少，水分子的運動所受的限制越小(圖1右)。
 
藉由測量水分子的自由運動，可以了解組織內細胞構造的數量及完整性。
如何產生擴散權重影像？
一般最常用的掃描序列是施予一對雙極脈衝梯度場(bipolar pulsed gradient)，水分子訊號開始產生衰減，靜止的水分子衰減較慢，所以在擴散權重影像上訊號較強。
在不同梯度場下的訊號衰減的程度，取得表觀擴散係數(apparent diffusion coefficient, ADC)圖。細胞密度越高的組織，表觀擴散係數越低，因此可以得到定量的影像。
擴散權重影像的臨床應用
早期的擴散權重影像受限於取像技術，最常運用於比較不受心跳、呼吸影響的頭部檢查，對於腦部缺血性中風的早期診斷有很好的敏感度及正確率。最近幾年隨著核磁共振檢查取像技術的進步，身體其他部位器官的檢查也逐漸不再受到限制。
擴散權重影像在癌症醫學上目前及將來可能的運用，包括以下幾各方向：
1.偵測體內腫瘤
腫瘤是體內細胞的異常增生，所以細胞密度會比正常組織高。因此，在擴散權重影像上的訊號比正常組織高。藉由擴散權重影像將正常組織的訊號降低，腫瘤組織就可以被檢查出來。
左圖：T2權重影像發現雙側骨盆腔轉移性淋巴結。右圖：擴散權重影像上顯現高訊號的轉移性淋巴結，可以和正常軟組織明顯區別。
左圖：傳統肝臟的T2權重影像並無法看到腫瘤。右圖：擴散權重影像上清楚顯示出肝臟右葉中有高訊號的轉移性腫瘤。根據國外的報告，擴散權重影像對於肝臟內大腸癌轉移性腫瘤偵測的敏感性甚至高達86%。
2.區別腫瘤的特性，以區別可能的病理型態
良性腫瘤和惡性腫瘤治療方法不盡相同，如果可以藉由非侵入性檢查得組織型態，對於治療前的評估有很大幫忙。不同的腫瘤有不同的組織型態以及細胞密度，所以取得的擴散權重影像和表觀擴散係數(ADC)也完全不同。例如肝臟內的良性腫瘤(例如：肝內水泡和血管瘤)的表觀擴散係數就比惡性肝臟腫瘤(例如：肝癌和轉移性肝臟腫瘤)高；而壞死性肝臟腫瘤的表觀擴散係數也比感染性膿瘍高。
圖：肝臟的擴散權重影像顯示肝內水泡(箭頭)隨著b值增加，訊號明顯降低。而轉移性腫瘤(星號)的訊號則無明顯改變。
3.區別器官內腫瘤以及非腫瘤的區域
攝護腺癌和正常的攝護腺組織在傳統T2權重影像上常常同樣都是低訊號的，所以在界定腫瘤區域可能會產生困難。而攝護腺癌有較低的表觀擴散係數(ADC)，以區別正常攝護腺組織。
左圖：T2權重影像上攝護腺癌和正常組織都是低訊號。右圖：表觀擴散係數影像(ADC map)上，攝護腺癌明顯比正常組織低。
4.腫瘤接受治療中，監測治療效果
腫瘤接受治療時會產生細胞的腫脹或者壞死，因此治療前後可能產生擴散係數的改變。
在肝癌和神經膠質瘤、軟組織肉瘤治療有效的個案中，都被報告過表觀擴散係數(ADC)會比治療前明顯增加，表示腫瘤治療後產生顯著的壞死。
5.腫瘤治療前，預測治療的效果
有些對直腸癌和神經膠質瘤、轉移性大腸癌研究顯示，治療前表觀擴散係數(ADC)越低的腫瘤，對於化學治療或者放射治療的反應越好。這可能是因為表觀擴散係數越高的腫瘤，細胞缺血壞死越嚴重，因此治療的效果較差。
另外一些對於乳癌和神經膠質瘤的研究發現，開始接受治療後一星期內，腫瘤的表觀擴散係數(ADC)如果增加，治療的效果都會比較好。
全身性擴散權重影像
由於取像技術的進步，擴散權重影像可以同時作全身性的檢查，避免漏失病灶，尤其對於罹患腫瘤的病患，可以評估體內不同器官是否有轉移性腫瘤，尤其是分部全身的淋巴結，以往傳統的影像僅只能依淋巴結的大小猜測是否已經被腫瘤侵犯，而擴散權重影像可以分析淋巴結內可能的組織結構，更有診斷的依據。
全身性擴散權重影像顯示右肺尖高訊號的腫瘤(星號)，左側後腹膜腔有各高訊號的病灶(箭頭)，可能是轉移性淋巴結。
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