Hệ số khuếch tán biểu kiến adc là gì? Các công bố khoa học

Định nghĩa hệ số khuếch tán biểu kiến (Apparent Diffusion Coefficient – ADC)

Hệ số khuếch tán biểu kiến (ADC) là một thông số vật lý quan trọng trong kỹ thuật cộng hưởng từ khuếch tán (diffusion-weighted MRI – DWI), phản ánh khả năng di chuyển của các phân tử nước trong mô sống. Đây là đại lượng đo lường độ khuếch tán của nước tại chỗ trong môi trường mô sinh học, bị ảnh hưởng bởi cấu trúc tế bào, mật độ mô và mức độ phù.

Trên ảnh DWI, sự suy giảm tín hiệu theo mức độ khuếch tán được mã hóa bằng hệ số b (b-value). Từ dữ liệu ảnh ở nhiều mức b khác nhau, giá trị ADC được tính toán bằng mô hình suy giảm tín hiệu theo phương trình mũ:

$S(b) = S_0 \cdot e^{-b \cdot ADC}$

Trong đó:

• $S(b)$: cường độ tín hiệu DWI tại hệ số b cụ thể
• $S_0$: tín hiệu nền khi b = 0
• $b$: thông số xác định độ nhạy khuếch tán (đơn vị s/mm²)
• $ADC$: hệ số khuếch tán biểu kiến, đơn vị mm²/s

ADC giúp phân biệt các vùng mô có đặc điểm vi mô khác nhau, từ đó hỗ trợ chẩn đoán các bệnh lý như đột quỵ, ung thư, viêm, và hoại tử.

Nguyên lý vật lý của khuếch tán trong MRI

Kỹ thuật DWI trong MRI dựa trên nguyên lý khuếch tán Brown của phân tử nước – chuyển động ngẫu nhiên của nước trong môi trường vi mô. Trong mô sinh học, quá trình này bị giới hạn bởi màng tế bào, bào quan và các cấu trúc nền, khiến sự khuếch tán không còn tự do như trong dung dịch đồng nhất.

Khi chụp MRI, chuỗi xung có thể được thiết kế để nhạy với chuyển động khuếch tán bằng cách áp dụng các gradient từ tính đặc biệt. Các phân tử nước di chuyển càng nhiều thì tín hiệu bị triệt tiêu càng mạnh, dẫn đến tín hiệu trên ảnh DWI giảm theo mức độ khuếch tán, từ đó cho phép tính toán ADC.

Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển động của phân tử nước bao gồm:

• Mật độ tế bào: mô càng dày đặc thì khuếch tán càng hạn chế
• Tình trạng phù: phù ngoại bào làm tăng khuếch tán, phù tế bào làm giảm khuếch tán
• Thành phần mô: mô xơ hóa, hoại tử hoặc có hoại tử lỏng ảnh hưởng đến đặc tính di chuyển của nước

Ý nghĩa sinh lý và bệnh lý của giá trị ADC

Giá trị ADC có thể được sử dụng như một chỉ số phản ánh tính chất mô. Các mô với mật độ tế bào cao hoặc màng tế bào nguyên vẹn sẽ hạn chế sự khuếch tán của nước, dẫn đến giá trị ADC thấp. Ngược lại, các mô có ít tế bào, mô hoại tử hoặc giàu dịch ngoại bào thường cho giá trị ADC cao hơn.

Một số tình huống điển hình:

• ADC thấp: nhồi máu não cấp, u ác tính (do mật độ tế bào cao), viêm mô cấp
• ADC cao: hoại tử lỏng, u lành tính, phù ngoại bào

Do đó, ADC cung cấp một dạng “dấu ấn sinh học hình ảnh” (imaging biomarker) giúp phân biệt tổn thương lành – ác, cấp – mạn, và hỗ trợ đánh giá mức độ tổn thương mô.

Cách đo và đơn vị của hệ số ADC

ADC được đo từ dữ liệu ảnh DWI với ít nhất hai mức hệ số b khác nhau (ví dụ: b = 0, b = 1000 s/mm²). Từ hai hoặc nhiều ảnh với giá trị b khác nhau, ADC được tính tại từng voxel của ảnh bằng phương trình logarit của tín hiệu:

$ADC = -\frac{1}{b} \cdot \ln\left(\frac{S(b)}{S_0}\right)$

Giá trị này sau đó được ánh xạ thành ảnh bản đồ ADC (ADC map), nơi các vùng có ADC thấp xuất hiện sẫm màu, còn vùng ADC cao có màu sáng hơn. Việc định lượng thường thực hiện bằng cách đo ROI (vùng quan tâm) trong phần mềm phân tích hình ảnh.

Bảng minh họa giá trị ADC tham khảo theo mô:

Loại mô	Giá trị ADC (x10⁻³ mm²/s)	Ý nghĩa lâm sàng
Mô não bình thường	0.7–0.9	Giới hạn khuếch tán ở mức sinh lý
Nhồi máu não cấp	<0.6	Giảm khuếch tán do phù tế bào
U ác tính	0.6–0.8	Mật độ tế bào cao, khuếch tán hạn chế
Hoại tử mô	1.2–2.0	Khuếch tán tăng do mất cấu trúc mô

Đơn vị chuẩn quốc tế của ADC là $mm^2/s$, nhưng thường được biểu diễn dưới dạng $\times 10^{-3}$ để thuận tiện so sánh.

Vai trò trong chẩn đoán nhồi máu não

Trong lâm sàng thần kinh, cộng hưởng từ khuếch tán (DWI) và bản đồ ADC là phương pháp chẩn đoán chuẩn trong giai đoạn sớm của nhồi máu não cấp. Vùng não bị thiếu máu cấp tính sẽ có phù tế bào, làm giảm khuếch tán nước và gây giảm giá trị ADC. Điều này tạo ra tín hiệu đặc trưng: tăng sáng rõ rệt trên ảnh DWI, kèm giảm tín hiệu tương ứng trên ảnh ADC.

Phân biệt giữa vùng mô còn khả năng hồi phục (penumbra) và vùng tổn thương không hồi phục (core infarct) có thể thực hiện bằng so sánh DWI và perfusion MRI. Trong đó, vùng giảm ADC dưới 600 x10⁻³ mm²/s thường phản ánh hoại tử mô không phục hồi được.

So sánh đặc điểm hình ảnh:

Thông số	DWI	ADC map
Nhồi máu cấp	Tăng tín hiệu	Giảm tín hiệu (ADC giảm)
Nhồi máu bán cấp	Tăng hoặc trung bình	ADC tăng dần trở lại
Nhồi máu mạn	Ít tín hiệu	ADC bình thường hoặc tăng cao

Ứng dụng trong đánh giá u não và mô ác tính

Giá trị ADC có thể phân biệt u lành và u ác tính nhờ khả năng phản ánh mật độ tế bào trong khối u. Các u có mật độ tế bào cao (glioblastoma, lymphoma, medulloblastoma) thường làm hạn chế khuếch tán nước, dẫn đến giá trị ADC thấp. Ngược lại, u lành hoặc u có vùng hoại tử sẽ cho giá trị ADC cao hơn.

ADC còn giúp phân loại mô học và đánh giá mức độ biệt hóa. U biệt hóa kém thường có ADC thấp hơn. Bên cạnh đó, khi kết hợp với các chỉ số khác như CBV (cerebral blood volume) trong MRI tưới máu, hiệu quả phân loại tăng đáng kể.

Ứng dụng chính:

• Phân loại u não (WHO grade)
• Phát hiện tái phát sau xạ trị
• Theo dõi đáp ứng điều trị hóa trị

Nghiên cứu cho thấy ADC trung bình dưới 0.8 x10⁻³ mm²/s có độ nhạy và độ đặc hiệu cao trong phát hiện u ác tính hệ thần kinh trung ương.

Hạn chế và nhiễu trong đánh giá ADC

Giá trị ADC có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố kỹ thuật và sinh học. Hiện tượng “T2 shine-through” là điển hình, khi một tổn thương có tín hiệu tăng trên DWI nhưng ADC không giảm, do tín hiệu T2 kéo dài thay vì do hạn chế khuếch tán. Điều này gây nguy cơ dương tính giả nếu chỉ dựa trên ảnh DWI.

Các yếu tố kỹ thuật ảnh hưởng đến độ chính xác của ADC gồm:

• Chuyển động bệnh nhân (motion artifact)
• Artefact từ kim loại (metal susceptibility)
• Chọn hệ số b không phù hợp (quá thấp hoặc quá cao)

Vì vậy, việc phân tích đồng thời cả DWI và bản đồ ADC là bắt buộc trong đánh giá lâm sàng.

ADC trong các bệnh lý ngoài hệ thần kinh

ADC không chỉ ứng dụng trong bệnh lý thần kinh mà còn được dùng rộng rãi trong hình ảnh học toàn thân, đặc biệt trong đánh giá khối u, viêm và xơ hóa.

Các lĩnh vực ứng dụng:

• Gan: phát hiện u gan, đánh giá xơ gan, theo dõi xơ hóa
• Thận: phân biệt u lành và ác, hoại tử ống thận cấp
• Tiền liệt tuyến: phát hiện ung thư, đánh giá Gleason score
• Vú: sàng lọc ung thư và phân biệt khối u lành
• Ruột: theo dõi bệnh Crohn và viêm đại tràng

Trong MRI tuyến tiền liệt, ADC dưới 0.9 x10⁻³ mm²/s thường liên quan đến vùng nghi ngờ có ung thư. MRI đa thông số (mpMRI) kết hợp T2, DWI và ADC là tiêu chuẩn trong sàng lọc và phân tầng nguy cơ.

Vai trò của bản đồ ADC trong tiên lượng và theo dõi

ADC còn đóng vai trò theo dõi tiến triển bệnh và đánh giá hiệu quả điều trị, đặc biệt trong ung thư. Trước và sau hóa trị, giá trị ADC có thể thay đổi phản ánh đáp ứng tế bào học. Mô hoại tử hoặc nhạy trị liệu sẽ có xu hướng tăng ADC do mất mật độ tế bào.

Vai trò tiên lượng của ADC:

• Đánh giá vùng mô có nguy cơ hoại tử
• Phân biệt tái phát u với hoại tử sau xạ trị
• Dự đoán mức độ đáp ứng hóa trị liệu

Xu hướng hiện nay là tích hợp ADC vào hệ thống trí tuệ nhân tạo (AI) hoặc mô hình học máy (radiomics) để tự động hóa phân tích ảnh và cá thể hóa điều trị bệnh nhân.

Tài liệu tham khảo

1. Radiopaedia. “Apparent diffusion coefficient.” Link
2. NIH. “Diffusion-weighted MRI: applications in stroke and cancer.” Link
3. RSNA RadiologyInfo. “MRI - Diffusion Weighted Imaging.” Link
4. Koh DM, Collins DJ. “Diffusion-weighted MRI in the body: applications and challenges.” Am J Roentgenol, 2007.
5. Le Bihan D, et al. “Diffusion MR imaging: clinical applications.” Radiology, 2001.
6. Taouli B, Koh DM. “Diffusion-weighted MR imaging of the liver.” Radiology, 2010.