行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
擴散影像於兒童肌肉疾病之應用
計畫編號：
NSC90-2314-B-002-333-執行期限：90 年 08 月 01 日至 91 年 07 月 31 日
主持人：
李瑤華
執行機構
國立臺灣大學醫學院放射線科
共同主持人：彭信逢 執行機構
國立臺灣大學醫學院放射線科
一、中文摘要 有關以磁振掃描應用於評估原發 性或次發性肌肉與神經肌肉病症的研究到 目前為止，對於指出各種肌肉疾病的各種 病理變化型態或那種特定的肌肉疾病，並 無顯著的幫助，尤其對於各群肌肉纖維走 向的變化目前的各種傳統脈序多無幫助。 肌纖維的分佈、走向與神維纖維的分佈、 走向相當的類似，因此將擴散影像應用於 肌肉疾病是在原理上是十分可行的。 目前有關於擴散影像在肌肉疾病的應用研 究在文獻上仍然十分少見[1-4] ，值得研 究。 本研究研究組為罹患原發性或次發性肌肉 與神經肌肉病症十六歲以下兒童，疑似侵 犯前臂或小腿以上肌肉組織者，另外對照 組為因為非因肌肉疾病接受磁振掃描且在 傳統Ｔ２影像無可見訊號變化的十六歲以 下兒童；磁振掃描儀為 1.5T, Magnetom Visionplus echoplanar scanner 以下各 脈序進行成像包括: 1) Single-shot echo-planar DW imaging sequence 使用 body-array 線圈。兩側肢體同時受檢。實驗組與對照組的所有擴散影像依 Stejskal and Tanner equation 得出 Isotropic 擬似 擴散係數圖。就 FSE with fat saturation, 擴散影像以及擬似擴散係數圖計算對比雜 訊比 (CNRs) ，比較各種脈序對於病灶的 影像品質。與正常側相似的區域對比雜訊 值及對照組相當年齡個體的相似肌肉區域 量取對比雜訊值比較。 十六位研究組罹患原發性或次發 性肌肉與神經肌肉病症十六歲以下兒童磁 振掃描檢查並完成其統計分析。進一步研 究各種不同的原發或次發性肌肉疾病所具 有的不同影像上的訊號表現，了解各種肌 肉疾病發生時，肌纖維內外水份分佈的大 致情形。並可依擴散影像的變化得到肌肉 疾病的大致分類。尋找適當的切片位置所 在，預期可熟悉較高難度的四肢擴散影像 檢查如何取得較佳的影像。瞭解擬似擴散 係數圖的計算，並進一步瞭解肌肉疾病在 fast T2 影像、擴散影像與擬似擴散係數圖 的大致表現分類。 關鍵詞：磁振掃描、擴散影像、擬似擴散 係數值
Abstract
Until recently, studies employing conventional magnetic resonance imaging in the primary or secondary pediatric muscle disorders still cannot help to point out the pathologic changes or specific muscular disease entity, especially for the orientatio n of muscle fibers. In effect, the structures and distribution of muscle tissues are quite similar to those of nerve tissues. Application of
diffusion-weighted images to evaluate muscle disorders is quite feasible in principle. However, studies using diffusion-weighted images in muscular disorders are rarely found.
This study will include 20 children under the age of 16 years, suffering from primary or secondary muscular disorder which involved proximal or mid limbs. In addition, the control group will include 10 patients who were free from signal changes on conventional T2-weighted images. All patients will receive magnetic resonance imaging with 1.5 T scanner. The following pulse sequences will be performed: 1) Single-shot echo-planar DW imaging sequence in the coronal plane, using
body-array coil. Bilateral limbs will be included in the field of view. According to the Stejskal and Tanner equation, isotropic apparent diffusion coefficient maps will be derived from diffusion images. Contrast-to-noise ratios of diffusion-weighted and apparent diffusion coefficient maps were calculated.
This study accomplished the
statistical analysis of comparison in both study and control groups of patients. Manifestations of primary and secondary muscular disorders on fast spin-echo T2, diffusion-weighted images and apparent diffusion
coefficient maps will be classified according to the signal changes. In addition, results of this study will help understand the distribution of water in the intra- and extracellular compartments. Imaging findings will help to localize the suitable location for biopsy.
Keywords: diffusion weighted images, apparent diffusion coefficient, magnetic resonance imaging 二、緣由與目的 一、背景 有關以磁振掃描應用於評估原發性或
次發性肌肉與神經肌肉病症的研究到目前 為止，顯示：磁振掃描對於各種過勞性、 代謝性、發炎性肌肉疾病，神經肌肉疾病 以及各種肌肉異生等等肌肉疾病的評估可 扮演相當重要的角色，尤其可以清楚分辦 出受侵犯的肌肉群、區分出肌肉萎縮、脂 肪浸潤與急性發炎反應、追蹤治療後反 應、以及指定出適合切片的區域。然而， 對於指出各種肌肉疾病的各種病理變化型 態或那種特定的肌肉疾病，並無顯著的幫 助，尤其對於各群肌肉纖維走向的變化目 前的各種傳統脈序多無幫助。進一步的研 究對於各種肌肉疾病的了解相當重要。 以往有關擴散影像的研究多集中在腦 部缺血病灶的偵測; 其原理主要是根據細 胞內外水份分佈的不同所引起的擬似擴散 係數值高低變化而偵測所得，然而不同纖 維走向在不同方向的擴散磁梯度有不同黑 白度等等的現象所顯示出來的所謂非對稱 性也是早已觀察到的現象。事實上，肌纖 維的分佈、走向與神維纖維的分佈、走向 相當的類似，因此將擴散影像應用於肌肉 疾病是在原理上是十分可行的。 二、目的 將擴散影像、擬似擴散係數值圖應用 於評估兒童的原發性及次發性肌肉疾病以 顯示出肌纖維的分佈、走向。 三、重要性 目前有關於擴散影像在肌肉疾病的應 用研究在文獻上仍然十分少見[1-4]。這些 研究尤其多著重在擴散影像與局部溫度或 局部組織的血液灌注之間的關係[1-4]，並 未提到擴散影像於肌肉病症的應用。因 此，有關擴散影像及擬似擴散係數值圖於 肌肉疾病評估的應用值得研究。 三、結果與討論 研究方法 一、共蒐集十六例罹患原發性或次發性肌 肉與神經肌肉病症十六歲以下兒童， 疑 似 侵 犯 前 臂 或 小 腿 以上肌肉組 織 者，另外對照組為因為非因肌肉疾病 接受磁振掃描且在傳統Ｔ２影像無可 見訊號變化的十六歲以下兒童；在取 得 家 屬 同 意 之 下 ， 接 受磁振掃描 檢 查，無法合作的兒童施以口服適當量 之 鎮 靜 劑 (chloral hydrate, 0.5-1cc/kg body weight) ，並配合 睡眠時間減半。 二、磁 振 掃 描 儀 為 1.5T, Magnetom Visionplus (Siemens, Germany), echoplanar scanner 以下各脈序進行 成像包括: 1)coronal fast spin-echo (FSE) T2WI with fat saturation (TR/effective TE = 3700–5552 ms/96-128 ms), echo train length = 24, One excitation was obtained and the matrix size was 256 x 192 for FSE images, 2) Single-shot echo-planar DW imaging sequence a TE of 123 msec; one excitation; and a matrix size of 128 x 200 , in the
axial plane. a b value of 1000
sec/mm2 依序施於 x-, y-, z- 三個方 向 。 所 有 脈 序 均 為 5-mm-thick sections with gaps of 1.5 mm, or 6-mm-thick sections with gaps of 2 mm and a 15 - to 20-cm field of view. 使用body-array線圈。兩側肢體同時 受檢，且須稍加固定，以利於兩側比 較。
三、所有擴散影像依Stejskal and Tanner equation as the negative slope of the linear regression line best fitting the points for b versus ln
(SI); where SI is the signal intensity from a region of interest of the images acquired at each
b-value. 可得出Isotropic擬似擴散 係數圖 四、就擴散影像以及擬似擴散係數圖計算 對比雜訊比 (CNRs) ，即以病灶處訊 號平均值減去正常組織的訊號平均值 除以背景訊號的標準差。以對比雜訊 值的絕對值比較各種脈序對於病灶的 影像品質。而對於只侵犯單側的肌肉 疾病則量取正常側相似的區域計算出 對比雜訊值，另外對照組則尋求相當 年齡個體的相似肌肉區域量取對比雜 訊值。各種雜訊對比值的比較都採用T Student's t-test, p value 小於0.05
則認為是有顯著差異意義。 結果 本研究共有十六病例，七男九女，年齡 90 ±67 months of age (6-190)。其中患骨 肉瘤軟組織侵犯兩位，未分化肉瘤兩位， 滑液膜肉瘤一位，肉芽腫三位，血管瘤兩 位，軟組織炎症三位，合併髓炎一位，多 發脂肪瘤一位，一位 PVNS。並無任何一位 檢查完後門診追縱有後遺症發生。 整體而言，另有至少四位病童雖己完 成檢查但影像鬼影假影過於嚴重而排除在 分析之列。而就所有十六例而言，ADCCNR 平均為 7.01，顯著高於 traceDWICNR1.31 (p= 0.007)。 而就 ADC 分析。ADC 的測量值在惡性腫 瘤為 443.32，在非惡性腫瘤為 838.85，但 兩者並無顯著差異(p=0.35)，尤其在惡性 腫瘤與肉芽腫或肌炎的 ADC 值相近。若以 ADCcnr 分析亦類似。ADCcnr 的測量值在惡 性腫瘤為 5.62，在非惡性腫瘤為 8.22，但 兩者亦無顯著差異(p=0.51)。 此外，DWIcnr 的分析可見：DWIcnr 的 測量值在惡性腫瘤為 1.50，在非惡性腫瘤 為 2.09，但兩者無顯著差異(p=0.60)。 討論 一、原發性肌肉炎或皮肌炎並不常見，本 研究只蒐得一例，其 ADC, ADCcnr 值 等均與惡性腫瘤相近，難以區分，但 何發現病灶處肌肉較對照處 ADC 升高 的現象，可能由於侷限作用的肌纖維 破壞、組織水腫、肌纖維減少等因素 所致。
二、在肌肉組織的擴散影像檢查，由於 ADC map 的 CNR 較 DWI 為高，因此常規的分 析應常納入 ADC map 分析。但 ADCcnr 的昇高，可能起因於運算過程中背景 雜訊小訊號被忽略、稀釋的結果；尤 其磁振掃描工作站的顯示能力不足以 顯示之小訊號區或運算能力不足時， 均將嚴重影響 ADC 值的測量。 三、本研究結果均無法顯示可以使用 ADC, ADCcnr, DWIcnr 等值加以區分良性或 惡性侵犯肌肉病灶，但在急性骨髓 炎、軟組織膿瘍及血管瘤的 ADC 值偏 高(2.348-3.427)，而惡性腫瘤若經治 療後因葯物作用而導致發炎反應時， 其 ADC, ADCcnr, DWIcnr 等值也可能 會有明顯偏高現象。 四、兒童肌肉病病患者須接受各種檢查， 住院排程多緊湊，必須及早進行影像 檢查，磁振檢查也須要能及時檢查。 五、擬似擴散係數圖計算公式較複雜須特 殊影像計算軟體幫助。 六、採用 echoplanar 的四肢部位擴散影像 易受磁場不均勻度的影響，另外 eddy current 所造成的影像扭曲也相當厲 害，因此，若可確定病灶位置於小範 圍內，或者年幼的兒童，可改用 bird-cage cylindrical 表面線圈以 增進磁場在局部區域的均勻度。即使 肢体較壯碩無法使用 bird-cage cylindrical 表面線圈，也至少要使 用 phase-array 表面線圈。另外磁振 掃描儀的磁場校正也要請工程人員注 意。尤其檢查時須盡量將雙腳靠近， 減少雙腳空隙所造成的磁場不均勻現 象，但也常因為兒童因疼童難忍而無 法合作。 四、、計畫成果自評
1.DW images and ADC maps were obtained in 16 children However, follow-up examinations were not performed. 2. Routine calculation of ADCs was
necessary in all patients. ADC maps can do help to identify T2 shine-through effects.
3.The article about ADC maps is on the way and will be performed.
4.FSE T2W, and DW images can also identify those lesions and should be routinely performed also. Postcontrast T1-weighted images can do help to identify these lesions and tell cellulitis from abscess. In addition, the timing of lesions are not included in the study
5.Many artifacts are encountered in the examination. Further refinement of methods of muscle DWI is necessary for a better and reliable demonstration.
五、參考文獻
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