Imagen de resonancia magnética del tensor de difusión en compresión de médula espinal crónica
7 de mayo de 2019
Aquí, presentamos un protocolo para la aplicación de parámetros de imagen tensor de difusión para evaluar la compresión de la médula espinal.
El detalle anatómico de la microestructura de la médula espinal proporcionado por la RMN convencional no estima con precisión el daño neuronal real o el potencial de recuperación neuronal en pacientes crónicos de compresión de la médula espinal. Las imágenes de tensores de difusión, o DTI, pueden ayudarnos a obtener información de pronóstico más específica mediante la detección del cambio de microestructura de cantidad en los tejidos a través de la difusión de moléculas de agua. La compresión crónica de la médula espinal puede causar daño isquémico recurrente en la médula espinal, lo que resulta en un cambio histopatológico en las fibras nerviosas aguas abajo.
Este cambio se puede visualizar con el DTI. DTI es una técnica sensible que puede proporcionar una medida de la dirección y la magnitud de difusión de las moléculas de agua en los tejidos. Aquí, demostramos la aplicación de parámetros de imagen de tensores de difusión en la evaluación de la médula espinal comprimida para su uso en escáneres de RMN clínicos de alto rendimiento que operan un sistema de RM 3.0T.
Antes de comenzar el procedimiento de diagnóstico por imágenes, proporcione tapones para los oídos al participante y ayude al participante a una posición supina cómoda. Coloque una bobina de cabeza/cuello sobre la región cervical y un punto de referencia a nivel de cartílago tiroideo. Cuando el participante esté en posición, utilice eco de gradiente de perturbación rápida para obtener mapas de posición axial, sagital y coronal.
Localice el plano sagital ponderado en T2 y copie y pegue la línea de posicionamiento ponderada por T1 sagital en la línea de posicionamiento ponderada T2 utilizando los mapas de posición coronal para asegurarse de que la línea de base de posicionamiento es paralela al canal espinal. Establezca el campo de visión ponderado T1 y T2 en 240 por 240 milímetros, el tamaño del voxel a uno por 0,8 por tres milímetros, el espacio de corte a 0,3 milímetros, el espesor de la rebanada a tres milímetros, el número de excitación a dos, la dirección plegable a la cabeza de los pies, el tiempo de eco de repetición a 10 sobre 700 milisegundos para el campo ponderado T1, y 101 sobre 2 , 500 para el campo ponderado T2. A continuación, obtenga nueve imágenes sagitales que cubran toda la médula espinal cervical y coloque la línea de posicionamiento axial en la imagen Sagital T2 W.
A continuación, cubra el disco intervertebral de C2-3 a C6-7, centrado en el diámetro anteroposterior del espacio intervertebral, y establecer el campo de visión en 180 por 180 milímetros, el tamaño de voxel a 0,7 por 0,6 por tres milímetros, el espesor de la rebanada a tres milímetros, la dirección de plegado a anterior-posterior, el número de excitación a dos, y el tiempo de tiempo de eco de repetición a 120 sobre 3 , 000 milisegundos. A continuación, coloque la línea de posicionamiento axial en la imagen sagital ponderada T2, centrándose en el diámetro anteroposterior del espacio intervertebral, con 45 rodajas que cubren la médula espinal cervical de C1 a C7. Para obtener imágenes tensor de difusión, utilice imágenes de ecoplanar de eco-eco de eco de un solo disparo con 20 direcciones ortogonales y direcciones de difusión no coplanares con valores b iguales a 800 segundos por milímetro al cuadrado, y establecer el campo de visión en 230 por 230 milímetros, la matriz de adquisición a 98 por 98, la resolución reconstruida a 1.17 por 1.17, el espesor de la rebanada a tres milímetros, la dirección de plegado a anterior-posterior , el número de excitación a dos, el factor de imagen ecoplanar a 98, y el tiempo de tiempo de eco de repetición a 74 sobre 8.300 milisegundos. Para el postprocesamiento de imágenes, exporte las imágenes al analizador y cargue las imágenes sagitales y axiales ponderadas en T2 del espacio intervertebral en la interfaz de filmación.
Localice la porción más comprimida de la médula espinal cervical y cargue la imagen de anisotropía fraccionaria en la interfaz de visualización de dos a uno. Haga clic en Serie de visualización de posición y determine el nivel de compresión más alto desde la parte superior hasta la parte inferior del mapa de ubicación. Haga clic en Archivo para seleccionar la imagen tensor.
Seleccione Neuro 3D Magnetic Resonance para crear automáticamente un coeficiente de difusión aparente y mapas de color de anisotropía fraccionaria. Avance al lado de la compresión más alta y utilice el modo de evaluación de inicio para crear regiones esféricas en cubos de seis milímetros de interés en y alrededor de la médula espinal interna para excluir los efectos de volumen parcial del líquido cefalorraquídeo. La anisotropía fraccionaria y los valores del coeficiente de difusión aparente se calcularán automáticamente.
A continuación, haga clic en Difusión y seleccione E1, E2 y E3 para mostrar sus valores. Aquí, se muestran mapas representativos de imágenes de tensores de difusión de voluntarios sanos. Estos mapas de imágenes de tensores de difusión de pacientes con compresión crónica de la médula espinal permiten medir el estado funcional de la compresión en estos pacientes como se acaba de demostrar.
La imagen postoperatoria de pacientes crónicos con compresión de la médula espinal que se sometieron a cirugía permite una evaluación funcional del alivio de la compresión para ayudar a realizar un seguimiento de la recuperación del paciente. Las regiones de interés deben dibujarse en la médula espinal interna para excluir los efectos de volumen parcial de los fluidos cefalorraquídeos. Los datos cuantitativos obtenidos por DTI permiten un juicio preciso del alcance del daño de la lesión y proporcionan indicaciones objetivas oportunas y precisas para el tratamiento clínico.
Antes de escanear, pedimos a cada participante que llene y firme un formulario de consentimiento que describa el protocolo de imágenes y las pautas de seguridad de la RMN.
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Descripción general
Este estudio presenta un protocolo detallado que utiliza parámetros de la imagen de tensores de difusión (DTI) para evaluar la compresión de la médula espinal en pacientes. Al abordar las limitaciones de la resonancia magnética convencional para determinar el daño neuronal, este protocolo tiene como objetivo mejorar las evaluaciones pronósticas y el seguimiento de la recuperación tras la cirugía.
Componentes Principales del Estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Técnicas de Imagen
- Investigación de la Médula Espinal
Antecedentes
- La RM convencional no logra medir con precisión el daño neuronal en la compresión crónica de la médula espinal.
- La compresión crónica provoca daños isquémicos recurrentes, que conducen a cambios histopatológicos permanentes.
- La imagen de tensor de difusión ofrece un enfoque más sensible para visualizar los cambios microestructurales.
- La evaluación de los parámetros de la ITD puede proporcionar información pronóstica en entornos clínicos.
Objetivo del estudio
- Demostrar cómo la DTI puede evaluar la compresión de la médula espinal de manera más efectiva que la RM convencional.
- Crear protocolos de imagen estandarizados para escáneres de RM clínicos de alto rendimiento.
- Proporcionar datos cuantificables para evaluar el estado funcional de la médula espinal en pacientes.
Métodos Utilizados
- Se utilizó la imagen de tensores de difusión para analizar la compresión de la médula espinal cervical.
- El modelo biológico incluyó pacientes con compresión crónica de la médula espinal.
- La adquisición de imágenes utilizó sistemas de RMN de 3,0 T con protocolos específicos para imágenes ponderadas en T1 y T2.
- El análisis de datos incluyó la creación de mapas de anisotropía fraccional y mediciones del coeficiente aparente de difusión.
Resultados principales
- La aplicación de parámetros de DTI ayudó a visualizar el grado de compresión y daño neuronal.
- Los datos cuantitativos apoyan el seguimiento de la recuperación y el estado funcional en pacientes quirúrgicos.
- Los resultados proporcionan indicadores objetivos para las decisiones clínicas de tratamiento.
Conclusiones
- Este estudio establece un protocolo de DTI para mejorar la evaluación de la compresión de la médula espinal.
- Demuestra la eficacia de las técnicas avanzadas de imagen para comprender el daño neuronal y la recuperación.
- Los hallazgos destacan la utilidad de las imágenes en las evaluaciones clínicas y en los enfoques terapéuticos potenciales.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
La imagen de tensor de difusión (DTI) proporciona una evaluación microestructural cuantitativa del tejido de la médula espinal, abordando una brecha crítica en la resonancia magnética convencional para evaluar el daño neuronal y el potencial de recuperación en la compresión crónica de la médula espinal. Esta capacidad apoya la validación preclínica de objetivos al permitir un monitoreo objetivo y no invasivo de los cambios histopatológicos relevantes para estrategias terapéuticas neuroprotectoras o neurorestauradoras. Métricas derivadas de DTI, como la anisotropía fraccional y el coeficiente aparente de difusión, ofrecen biomarcadores predictivos para reducir riesgos en las vías de traslación en la investigación de lesiones medulares.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite la evaluación de hipótesis terapéuticas mediante la visualización de cambios patológicos microestructurales en el tejido de la médula espinal a través de una disminución en la anisotropía fraccional y un aumento en los coeficientes aparentes de difusión.
- Valor operativo: Proporciona lecturas cuantitativas y reproducibles para evaluar la interacción con el objetivo y la reducción del riesgo biológico en modelos preclínicos de compresión de la médula espinal.
Desarrollo de Cribado y Ensayos
- Valor científico: Prepara sistemas biológicos validados para procesos posteriores mediante el establecimiento de protocolos estandarizados de imágenes de tensores de difusión que excluyen los efectos de volumen parcial del líquido cefalorraquídeo mediante una colocación precisa de la región de interés.
- Valor operativo: Asegura la reproducibilidad y escalabilidad del ensayo en escáneres clínicos de resonancia magnética de alto rendimiento de 3,0 T, utilizando parámetros de adquisición definidos (valor b de 800 s/mm², 20 direcciones ortogonales).
Investigación Traductacional y Preclínica
- Valor científico: Apoya la modelización de sistemas relevantes para enfermedades al vincular cambios histopatológicos derivados de la DTI con resultados funcionales, permitiendo la estratificación pronóstica y el seguimiento de la recuperación neural tras una intervención.
- Valor operativo: Facilita la continuidad traslacional desde el descubrimiento hasta la validación preclínica al proporcionar indicadores objetivos y cuantitativos para evaluar la extensión de la lesión y la respuesta al tratamiento.
Integración de la tubería y flujo de trabajo
La DTI se integra en el continuo de descubrimiento al permitir la comprobación de hipótesis en la validación temprana de dianas, apoyar la preparación de ensayos en la selección y orientar decisiones de avance ajustadas al riesgo en la investigación traslacional mediante métricas cuantitativas de la microestructura.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la comprobación de hipótesis y la aclaración de vías al detectar cambios en la difusión de moléculas de agua que reflejan la integridad axonal y la desmielinización en tejido medular comprimido.
- Examen: Proporciona disponibilidad para ensayos mediante protocolos estandarizados que generan mapas reproducibles de anisotropía fraccional y coeficiente aparente de difusión para el análisis comparativo de condiciones.
- Análisis: Genera mediciones cuantitativas de variables dependientes (valores de FA, ADC y vectores propios) que permiten comparaciones estadísticas entre estados medulares sanos, comprimidos y posteriores al tratamiento.
- Investigación Traducional: Se conecta con la continuidad preclínica al ofrecer información pronóstica sobre el daño neuronal y el potencial de recuperación, orientando decisiones de avance o interrupción para candidatos neuroterapéuticos.
- Reutilización Empresarial: Funciona como una capacidad de imagen reutilizable en entornos preclínicos y clínicos debido a su naturaleza no invasiva y compatibilidad con plataformas estándar de RM de 3,0 T.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Mejora la confianza predictiva al reducir la ambigüedad mecanicista en modelos de lesión de la médula espinal mediante la visualización directa de la patología microestructural.
- Valor operativo: Proporciona estandarización y reproductibilidad mediante pasos protocolizados de adquisición y posprocesamiento, incluida la colocación esférica de ROI para minimizar la contaminación por líquido cefalorraquídeo.
- Valor estratégico: Mejora la toma de decisiones de avance o interrupción del desarrollo al aportar datos objetivos y cuantitativos sobre la gravedad de la lesión y el potencial de recuperación funcional, reduciendo el riesgo biológico en fases avanzadas del desarrollo de neuroterapias.
- Impacto en la cartera: Permite la priorización ajustada al riesgo de terapias para la lesión de la médula espinal basada en biomarcadores derivados de la DTI que reflejan la preservación axonal y la integridad microestructural.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en neuroimagen, procesamiento de tensores de difusión y anatomía de la médula espinal para la ejecución precisa del protocolo y la interpretación de datos.
- Depende del acceso a sistemas de MRI de alto rendimiento de 3.0T capaces de realizar imágenes eco-planar de eco de spin en un solo disparo con 20 direcciones de difusión no coplanares.
- Necesita la estandarización entre equipos de los protocolos de trazado de regiones de interés para excluir los efectos de volumen parcial del líquido cefalorraquídeo en estudios longitudinales.
- Implica consideraciones de adaptación al trasladar los protocolos entre diferentes modelos de lesión medular o diferentes intensidades de campo, manteniendo valores b y muestreo direccional consistentes.
- Incluye limitaciones prácticas, como la sensibilidad a los artefactos de susceptibilidad magnética cerca de las interfaces hueso-tejido y la necesidad de tiempos prolongados de escaneo para lograr una relación señal-ruido suficiente en regiones pequeñas de la médula espinal cervical.
