第一部份:以動態顯影磁振造影研究良性與病理性脊椎壓迫性骨折病灶血管

第一部份: 以動態顯影磁振造影研究良性與病理性脊椎壓迫性骨折病灶血管新 生血液灌流之差別

第二部份: 以動態顯影磁振造影葉酸接受體標靶影像偵測具有葉酸接受體之腫 瘤

第三部份: 以動態顯影磁振造影整合素 integrin α^vβ³標靶影像偵測腫瘤血管 新生並早期評估抗血管新生藥物治療後之反應

茲分述如下:

1.1 第一部份:以動態顯影磁振造影研究良性與病理性脊椎壓迫性骨折病灶血管 新生血液灌流之差別

1.1.1 背景、文獻回顧、欲研究的問題及其重要性

細胞生長所需的氧氣與營養是經由血液所供應，血管新生(angiogenesis)是 許多正常和病態過程的關鍵要素， Cell 雜誌在千禧年特輯內 “ The hallmarks of cancer”中將持續性血管新生(sustained angiogenesis)列為癌細胞六大基 本改變之一(Hanahan & Weinberg, 2000)(圖 1A)。 但血管新生並非只在惡性腫 瘤中才能觀察到，人類從胚胎階段就開始一連串有秩序有條理的血管新生以配合 各組織器官之發育增生，到了成人階段各種類型的血管新生過程仍持續發生 (如 在骨折癒合的過程中，新生血管量可高達平時的二十倍以上(如圖 1B)，其他如 女性月經週期及懷孕，傷口癒合及腫瘤生長等)。在許多良性腫瘤內(如血管瘤)，

或是在其他良性的血管新生(如骨折的癒合)，我們可見到豐富的血管新生，此與 惡性腫瘤之血管新生究竟有何不同?是很有興趣的課題。

隨著科技的進步，影像醫學日新月異，加上先進不倦的努力研究，吾人如今 可利用能量都卜勒超音波 (power Doppler ultrasound) 計算腫瘤內之血管係數 (vascularity index)，藉以有效地評估腫瘤血管新生的程度以及反應出惡性腫

瘤的侵襲力和轉移力。但是目前即使是最靈敏的能量都卜勒超音波，其解析力仍 未能看到腫瘤的新生血管以及供給或匯流小靜脈。至於腫瘤新生血管和其供給或 匯流血管之間的相互關係，亦即腫瘤組織內血液灌流(blood perfusion)的情 形，我們目前也不甚明瞭。

血管新生同時也會伴隨血流量增加，腫瘤內動靜脈分流，血液流過微血管床 (capillary bed)的時間會改變，然而組織內部因血管新生過程而產生的組織顯 微血流的動態變化目前卻少有相關的研究與觀察。惡性腫瘤內血液灌流的情形是 否與良性的病灶有所差別? 惡性腫瘤內組織血液灌流的是否有量化的機會? 其 是否可反應出惡性腫瘤的侵襲力和轉移力? 此方向之研究應具有臨床上的價 值。以上這些問題能量都卜勒超音波並無法回答，同時超音波對某些系統之病灶 無法評估(因超音波會被其他物質如空氣,骨骼，…所阻斷)， 是否有其他方法可 評估病灶內血管新生程度，或是否有方法可了解進而定性或定量組織內顯微血管 通透性的動態變化? 檢視目前醫學所使用的診斷工具，利用動態顯影磁振造影 (contrast-enhanced dynamic, DCE MRI)來評估組織內血管新生程度及血液灌流 (blood perfusion)被認為是一頗具潛力的工具(Polverini, 2002)。

磁振造影所使用的顯影劑 Gadolinium –DTPA，是一具有複磁性

(paramagnetic effect)之稀有金屬嵌合物。該顯影劑因有 T1 鬆弛作用 (T1 relaxation effect) 而在 T1 影像呈現高訊號之顯影效果(Strich, Hagan et al., 1985)，加上其安全性高，固在臨床上被廣泛使用作為磁振造影顯影劑。該物質 在進入組織血管後會快速由血管內空間(intravascular space)進入血管外空間 (extravascular space)，亦即間質空隙 (interstitial space) (Brasch, Weinmann et al., 1984)。 此種特性使吾人有機會一方面檢查組織內血管組織 之多寡程度(vascularization)，並可藉快速磁振造影觀察到血液如何從開始經 血管進入組織(first-pass)， 灌流入細胞間質， 何時且如何流出組織，以達到 觀察組織血液灌流的目的。Bock 等人 (Bock, Henrikson et al., 1995)運用定 量分析模式發現運用高速(每秒 1-2 張)動態顯影磁振造影觀察組織血液灌流，發

現二者間之相關係數(r)可高達 0.98。

動態顯影磁振造影目前在臨床上已有一些相關運用，如研究心肌之血液灌流 以了解心肌梗塞之範圍與找尋有機會存活之心肌組織，利用動態顯影磁振造影於 手術前定位經化療後惡性腫瘤存活位置以利完全切除，Verstraete 等人曾用以 區分在骨骼肌肉系統良性與惡性腫瘤血液灌流之差別(Verstraete, De Deene et al., 1994)，該篇文章以顯影強度隨時間作 time-intensity curve(圖 2)，然後 以顯影劑在第一次流入組織之顯影斜率(enhancement slope)來代表組織之血管 密度(vascularity)，發現顯影斜率與血管密度(vascularity)有很好的線性相 關，二者之相關係數 r = 0.93；同時也發現惡性腫瘤之顯影斜率平均大於良性 腫瘤，但是良性與惡性腫瘤二者之間其顯影斜率有重疊的區域，使鑑別診斷有時 也會發生困難。回顧此篇文章，作者只對顯影劑流入組織(wash-in)的量及速度 作探討，並未探討進入組織間係之後顯影劑留在組織內的情形及其如何流出組織 (wash-out)。 Daniel 等人(Daniel, Yen et al., 1998)後來運用動態顯影磁振 造影在乳房腫瘤，以顯影劑早期流出組織(early wash-out)的表現來鑑別良性與 惡性乳房腫瘤(圖 3)，他們發現顯影劑有在早期就流出組織的現象。此表現在侵 犯性乳癌(invasive cancers)之特異度(specificity)可達 93%，而顯影劑早期 流出組織現象在原位癌出現的比率則不高。但是一旦有顯影劑在早期流出組織現 象，其鑑別良性與惡性乳房腫瘤的敏感度可達 91%。動態顯影磁振造影目前已常 規用於乳癌之影像診斷 (El Khouli, Macura et al., 2009; Pickles, Manton et al., 2009; Turnbull, 2009)。事實上顯影劑早期流出組織的現象在其他系統之 惡性腫瘤也有報告，如在三相顯影電腦斷層(tri-phasic CT)或注射顯影劑之磁 振造影，都發現肝癌在早期動脈相(early arterial phase)會快速顯影，而在實 質期(parenchymal phase)腫瘤訊號即降低，此亦為 early washout 之表現,為 診斷肝癌之一重要影像診斷工具，良性的肝臟血管瘤則有延遲顯影(delayed enhancement)的現象，與肝癌恰好相反。

由以上研究可知良性與惡性腫瘤之血液灌流，存在有意義之差別。但 Daniel

並未在組織病理學上找到可以解釋的理由。 Woude 等人(van der Woude, Bloem et al., 1995)曾經用動態顯影磁振造影在惡性骨肉瘤發現顯影劑早期流出組織 的現象， 並將其與組織病理作對照，發現顯影劑早期流出之腫瘤組織在組織病 理學上表現為緻密高細胞密度之區域，細胞間質(interstitial space)較少，作 者將該現象解釋為在此類組織細胞因間質較少，故顯影劑流入組織後無法堆積在 不多的組織間質內，而馬上流出組織。此種推論頗為合理，同時腫瘤血管不同於 一般成熟血管，他們缺乏血管內膜的肌肉層並會產生動靜脈間的分流 (C. C. Wu, Lee et al., 1994)，這也許也是造成顯影劑早期流出組織的原因之一。

組織的血管灌流除了 early washout-out 外還有其他什麼模式? Daniel 等人 (Daniel, Yen et al., 1998)提出了五種模式(圖 4)。但是該篇文章只對 early wash-out 在惡性乳房腫瘤之表現加以討論，對於其他四種模式並未多有著墨。

回顧文獻發現其餘模式也有在別人的研究出現。 Ross 等人(Ross, Delamarter et al., 1989)曾以動態顯影磁振造影來觀察脊椎手術後 epidural scar 的表現，

發現 epidural scar 在早期會快速顯影，接著可見緩慢而持續地顯影，其表現 恰如 Daniel 觀察到之第三類曲線，同樣的曲線我們可在 Konig 等人(Konig, Sieper et al., 1990)對類風濕性關節炎之血管翳(pannus)在動態顯影磁振造影 的 time-intensity curve 上看到，但作者並未特別討論此種顯影模式，只強調 pannus 有極強之顯影，可作為類風濕性關節炎在動態顯影磁振造影的診斷依據。

有興趣的是當回顧文獻，發現 early wash-out 多在惡性腫瘤內出現，而早期快 速顯影，接著緩慢而持續地顯影多在良性病灶表現，但在文獻整理中我們無法找 到該項論點(尤其對良性病灶)，也無法找到對不同顯影模式(time-intensity curve)在良性與惡性病灶之統合性研究。由以上之文獻整理，本論文第一部分的 假說是: 良性與惡性病灶之間應該會存在不同之血液灌流模式。

至於為何會選擇脊椎病變作為研究對象? 對於脊椎病變之診斷，目前主 要以素片，核子醫學，電腦斷層，與磁振造影檢查為主，但有時對於某些病 變之診斷，如鑑別單純骨折與病理性骨折，尤其在病人過去病史不能提供線

索下，鑑別診斷早期良性與病理性脊椎壓迫性骨折仍會遭遇到困難。良性壓 迫性脊椎骨折在癒合過程中也會發生大量之血管新生，而使傳統之顯影劑檢 查在二者皆會發生明顯顯影。若是動態顯影磁振造影對良性與惡性乳房腫瘤 有鑑別的能力，是否也可將其用在鑑別良性脊椎壓迫性骨折與病理性脊椎骨 折上?我們查詢文獻，對於各種脊椎本身病變(如良性與惡性腫瘤，骨髓炎，

壓迫性骨折，病理性骨折…)之血液灌流模式，目前並無有系統之研究分析。

同時，動態顯影磁振造影只是在注射顯影劑後馬上增加一組脈衝程序(約八十 多秒的檢查時間)，並不會改變傳統檢查方式，但有可能藉增加對各種脊椎病 灶本身血液灌流之了解以提供更多正確診斷之機會，其實光是了解各種脊椎 病變本身之血液灌流模式即為一很有興趣的課題。

1.1.2 欲研究的問題及其重要性

隨 著 社 會 高 齡 化 ， 骨 質 疏 鬆 及 脊 椎 壓 迫 性 骨 折 的 發 生 率 也 跟 著 增 加 ， 近 十 年 來 台 灣 流 行 病 統 計 調 查 結 果 發 現 ： 65 歲 以 上 台 灣 城 市 婦 女 ， 19%已 有 一 個 以 上 之 脊 柱 體 壓 迫 性 骨 折 ； 男 性 則 為 12%有 一 個 以 上 之 脊 柱 體 壓 迫 性 骨 折 ， 而 脊 椎 壓 迫 性 骨 折 的 鑑 別 診 斷 應 包 括 因 癌 症 轉 移 造 成 之 病理性腰椎壓迫性骨折。對於二 者 之鑑別診斷，當轉 移 性 癌 症 組 織 還 不 是 很 明 顯 時 ， 尤 其 在 還 不 知 道 患 者 具 有 原 發 性 癌 症 時 ， 有時即 使 傳 統 磁振照影檢查在診斷上仍會遭遇困難，甚至連加做顯影劑注射的磁振造影 有時仍不能確定 (Chan, Peh et al., 2002; Harrington, 1993; Moulopoulos, Yoshimitsu et al., 1996; Yuh, Zachar et al., 1989)。而在一位癌症患者身

隨 著 社 會 高 齡 化 ， 骨 質 疏 鬆 及 脊 椎 壓 迫 性 骨 折 的 發 生 率 也 跟 著 增 加 ， 近 十 年 來 台 灣 流 行 病 統 計 調 查 結 果 發 現 ： 65 歲 以 上 台 灣 城 市 婦 女 ， 19%已 有 一 個 以 上 之 脊 柱 體 壓 迫 性 骨 折 ； 男 性 則 為 12%有 一 個 以 上 之 脊 柱 體 壓 迫 性 骨 折 ， 而 脊 椎 壓 迫 性 骨 折 的 鑑 別 診 斷 應 包 括 因 癌 症 轉 移 造 成 之 病理性腰椎壓迫性骨折。對於二 者 之鑑別診斷，當轉 移 性 癌 症 組 織 還 不 是 很 明 顯 時 ， 尤 其 在 還 不 知 道 患 者 具 有 原 發 性 癌 症 時 ， 有時即 使 傳 統 磁振照影檢查在診斷上仍會遭遇困難，甚至連加做顯影劑注射的磁振造影 有時仍不能確定 (Chan, Peh et al., 2002; Harrington, 1993; Moulopoulos, Yoshimitsu et al., 1996; Yuh, Zachar et al., 1989)。而在一位癌症患者身