Diffusion tenseur imagerie par résonance magnétique dans la compression de la moelle épinière chronique
7 mai 2019
Ici, nous présentons un protocole pour l’application des paramètres d’imagerie de tenseur de diffusion pour évaluer la compression de la moelle épinière.
Le détail anatomique de microstructure de moelle épinière fourni par MRI conventionnel n’estime pas exactement les dommages neuronaux réels ou le potentiel neuronal de rétablissement dans les patients chroniques de compression de moelle épinière. L’imagerie par tenseurs de diffusion, ou DTI, peut nous aider à obtenir des informations pronostiques plus spécifiques en détectant le changement de microstructure quantité dans les tissus par la diffusion de molécules d’eau. La compression chronique de moelle épinière peut causer des dommages ischémiques récurrents à la moelle épinière, ayant pour résultat le changement histopathologique dans les fibres nerveuses en aval.
Ce changement peut être visualisé avec le DTI. Le DTI est une technique sensible qui peut fournir une mesure de la direction et de l’ampleur de diffusion des molécules d’eau dans les tissus. Ici, nous démontrons l’application des paramètres d’imagerie de tensor de diffusion dans l’évaluation de la moelle épinière comprimée pour l’utilisation dans les scanners cliniques de MRI de haute performance fonctionnant un système de MR de 3.0T.
Avant de commencer la procédure d’imagerie, fournir des bouchons d’oreilles au participant et aider le participant dans une position de supination confortable. Placez une bobine de tête/cou au-dessus de la région cervicale et un point de repère au niveau de cartilage thyroïde. Lorsque le participant est en position, utilisez l’écho de gradient de perturbation rapide pour obtenir des cartes de position axiale, sagittale et coronale.
Localisez le plan sagittal pondéré en T2 et copiez et coller la ligne de positionnement sagittale pondérée T1 à la ligne de positionnement pondérée T2 à l’aide des cartes de position coronale pour s’assurer que la ligne de base de positionnement est parallèle au canal rachidien. Réglez le champ de vision pondéré T1 et T2 à 240 par 240 millimètres, la taille du voxel à un par 0,8 par trois millimètres, l’écart de tranche à 0,3 millimètre, l’épaisseur de la tranche à trois millimètres, le nombre d’excitation à deux, la direction pliante à la tête des pieds, le temps d’écho de la répétition à 10 plus de 700 millisecondes pour le champ pondéré T1, et 101 sur 2 , 500 pour le champ pondéré T2. Ensuite, obtenez neuf images sagittales couvrant l’ensemble de la moelle épinière cervicale, et placez la ligne de positionnement axial sur l’image sagittale T2 W.
Ensuite, couvrez le disque intervertébrar de C2-3 à C6-7, centrée sur le diamètre entéroposterior de l’espace intervertébral, et a placé le champ de vision à 180 par 180 millimètres, la taille du voxel à 0,7 par 0,6 par trois millimètres, l’épaisseur de la tranche à trois millimètres, la direction pliante à antérieure-postérieure, le nombre d’excitation à deux, et le temps d’écho de répétition à 120 sur 3 , 000 millisecondes. Ensuite, placez la ligne de positionnement axial sur l’image sagittale pondérée en T2, centrée sur le diamètre antéroposterior de l’espace intervertébral, avec 45 tranches couvrant la moelle épinière cervicale de C1 à C7. Pour obtenir l’imagerie tensor de diffusion, utilisez l’imagerie écho-planaire spin-écho à un seul coup avec 20 directions orthogonales et des directions de diffusion non coplanaires avec des valeurs b égales à 800 secondes par millimètre au carré, et mettre le champ de vision à 230 par 230 millimètres, la matrice d’acquisition à 98 par 98, la résolution reconstruite à 1,17 par 1,17, l’épaisseur de la tranche à trois millimètres, la direction pliante à antérieur-postérieur , le nombre d’excitation à deux, le facteur d’imagerie écho-planaire à 98, et le temps d’écho de la répétition à 74 sur 8300 millisecondes. Pour le post-traitement de l’image, exportez les images vers l’analyseur et chargez les images sagittales et axials pondérées par T2 de l’espace intervertébral dans l’interface de tournage.
Localisez la partie la plus comprimée de la moelle épinière cervicale et chargez l’image fractionnelle de l’anisotropie dans l’interface visuelle à deux contre un. Cliquez sur La série d’affichage de position et déterminez le niveau de compression le plus élevé du haut vers le bas de la carte de localisation. Cliquez sur Fichier pour sélectionner l’image tensor.
Sélectionnez Résonance magnétique Neuro 3D pour créer automatiquement un coefficient de diffusion apparent et des cartes fractionnées des couleurs de l’anisotropie. Avancez sur le côté de la compression la plus élevée, et utilisez le mode d’évaluation de démarrage pour créer des régions sphériques en cubes de six millimètres d’intérêt dans et autour de la moelle épinière interne pour exclure les effets partiels du volume du liquide céphalo-rachidien. Les valeurs fractionnelles d’anisotropie et de coefficient de diffusion apparente seront calculées automatiquement.
Cliquez ensuite sur Diffusion et sélectionnez E1, E2 et E3 pour afficher leurs valeurs. Ici, des cartes d’imagerie de tensor de diffusion représentatives des volontaires en bonne santé sont montrées. Ces cartes d’imagerie de tensor de diffusion des patients chroniques de compression de moelle épinière permettent l’état fonctionnel de la compression dans ces patients pour être mesuré comme juste démontré.
La formation image postopératoire des patients chroniques de compression de moelle épinière qui ont subi la chirurgie permet une évaluation fonctionnelle de l’allégement de la compression pour aider à suivre le rétablissement patient. Les régions d’intérêt doivent être dessiner à la moelle épinière interne pour exclure les effets partiels du volume des fluides céphalo-rachidiens. Les données quantitatives obtenues par DTI permettent un jugement précis de l’étendue des dommages de lésion et fournissent des indications objectives opportunes et précises pour le traitement de clinique.
Avant de numériser, nous demandons à chaque participant de remplir et de signer un formulaire de consentement qui décrit le protocole d’imagerie et les lignes directrices en matière de sécurité de l’IRM.
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Aperçu
Cette étude présente un protocole détaillé utilisant des paramètres d'imagerie par tenseur de diffusion (DTI) pour évaluer la compression de la moelle épinière chez les patients. En s'attaquant aux limites de l'IRM conventionnelle dans la détermination des lésions neuronales, ce protocole vise à améliorer les évaluations pronostiques et à suivre la récupération après une chirurgie.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Techniques d'imagerie
- Recherche sur la moelle épinière
Contexte
- L'IRM conventionnelle ne parvient pas à mesurer précisément les lésions neuronales dans la compression chronique de la moelle épinière.
- La compression chronique provoque des lésions ischémiques récidivantes, entraînant des modifications histopathologiques durables.
- L'imagerie en tenseur de diffusion offre une approche plus sensible pour visualiser les modifications microstructurales.
- L'évaluation des paramètres de l'ITD peut fournir des indications pronostiques dans les contextes cliniques.
Objectif de l'étude
- Démontrer comment l'IRM de diffusion peut évaluer plus efficacement la compression de la moelle épinière que l'IRM conventionnelle.
- Élaborer des protocoles d'imagerie normalisés pour les appareils IRM cliniques à haute performance.
- Fournir des données quantifiables pour évaluer l'état fonctionnel de la moelle épinière chez les patients.
Méthodes utilisées
- L'imagerie par tenseur de diffusion a été utilisée pour analyser la compression de la moelle épinière cervicale.
- Le modèle biologique impliquait des patients souffrant d'une compression chronique de la moelle épinière.
- L'acquisition des images a utilisé des systèmes IRM de 3,0 T avec des protocoles spécifiques pour les séquences pondérées en T1 et en T2.
- L'analyse des données comprenait la création de cartes d'anisotropie fractionnelle et la mesure du coefficient de diffusion apparent.
Résultats principaux
- L'application de paramètres de l'IRM de diffusion a permis de visualiser l'ampleur de la compression et des lésions neuronales.
- Les données quantitatives permettent le suivi de la récupération et du statut fonctionnel chez les patients opérés.
- Les résultats fournissent des indicateurs objectifs pour les décisions thérapeutiques cliniques.
Conclusions
- La présente étude établit un protocole d'imagerie par tenseur de diffusion (DTI) pour une évaluation améliorée de la compression de la moelle épinière.
- Elle démontre l'efficacité des techniques d'imagerie avancées pour comprendre les lésions neuronales et le rétablissement.
- Les résultats soulignent l'utilité de l'imagerie dans les évaluations cliniques et les approches thérapeutiques potentielles.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
L'imagerie par tenseur de diffusion (DTI) permet une évaluation microstructurale quantitative des tissus de la moelle épinière, comblant ainsi un manque crucial de l'IRM conventionnelle dans l'évaluation des lésions neuronales et du potentiel de récupération en cas de compression chronique de la moelle épinière. Cette capacité soutient la validation préclinique des cibles thérapeutiques en permettant une surveillance objective et non invasive des modifications histopathologiques liées aux stratégies thérapeutiques neuroprotectrices ou neurorestauratrices. Les paramètres dérivés de la DTI, tels que l'anisotropie fractionnelle et le coefficient de diffusion apparent, offrent des biomarqueurs prédictifs permettant de réduire les risques dans les filières translationnelles de la recherche sur les lésions médullaires.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Valeur scientifique : Permet l'interrogation d'hypothèses thérapeutiques en visualisant les modifications pathologiques microstructurales dans le tissu de la moelle épinière par une anisotropie fractionnelle diminuée et des coefficients de diffusion apparents augmentés.
- Valeur opérationnelle : Fournit des mesures quantitatives et reproductibles pour évaluer l'engagement de la cible et la réduction du risque biologique dans les modèles précliniques de compression de la moelle épinière.
Développement de criblages et de tests
- Valeur scientifique : Prépare des systèmes biologiques validés pour des analyses ultérieures en établissant des protocoles standardisés d'imagerie de diffusion en tenseur (DTI) qui excluent les effets de volume partiel du liquide céphalorachidien grâce à un positionnement précis des régions d'intérêt.
- Valeur opérationnelle : Garantit la reproductibilité et l'extensibilité des tests sur des appareils d'IRM cliniques haute performance à 3,0 T en utilisant des paramètres d'acquisition définis (valeur b de 800 s/mm², 20 directions orthogonales).
Recherche translationnelle et préclinique
- Valeur scientifique : Permet la modélisation de systèmes pertinents pour les maladies en reliant les modifications histopathologiques dérivées de l'IRM de diffusion aux résultats fonctionnels, permettant ainsi la stratification pronostique et le suivi de la récupération neuronale après une intervention.
- Valeur opérationnelle : Facilite la continuité translationnelle, de la découverte à la validation préclinique, en fournissant des indicateurs objectifs et quantitatifs pour évaluer l'étendue des lésions et la réponse au traitement.
Intégration des pipelines et des flux de travail
L'IRM de diffusion s'intègre à la chaîne de découverte en permettant la vérification d'hypothèses lors de la validation précoce des cibles, en soutenant la préparation des tests lors du criblage et en orientant les décisions d'avancement ajustées au risque dans la recherche translationnelle grâce à des métriques quantitatives de la microstructure.
- Biologie de la découverte : Soutient la vérification d'hypothèses et la clarification des voies biologiques en détectant les modifications de la diffusion des molécules d'eau, qui reflètent l'intégrité axonale et la démyélinisation dans les tissus médullaires comprimés.
- Dépistage : Assure la préparation aux tests grâce à des protocoles standardisés produisant des cartes reproductibles d'anisotropie fractionnée et de coefficient de diffusion apparent, permettant l'analyse comparative entre différentes conditions.
- Analyse : Génère des mesures quantitatives de variables dépendantes (anisotropie fractionnée, coefficient de diffusion apparent, valeurs des vecteurs propres) permettant des comparaisons statistiques entre des états médullaires sains, comprimés et post-traitement.
- Recherche translationnelle : S'inscrit dans la continuité préclinique en fournissant des indications pronostiques sur les lésions neuronales et le potentiel de récupération, éclairant ainsi les décisions d'aller ou de ne pas aller de l'avant pour des candidats neurothérapeutiques.
- Réutilisation institutionnelle : Fonctionne comme une capacité d'imagerie réutilisable dans des contextes précliniques et cliniques en raison de son caractère non invasif et de sa compatibilité avec les plateformes IRM standard de 3,0 T.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Renforce la confiance prédictive en réduisant l'ambiguïté mécanistique des modèles de lésion médullaire grâce à la visualisation directe de la pathologie microstructurale.
- Valeur opérationnelle : Assure la standardisation et la reproductibilité par des étapes protocolisées d'acquisition et de post-traitement, incluant le positionnement d'une ROI sphérique afin de minimiser la contamination par le liquide céphalorachidien.
- Valeur stratégique : Améliore la prise de décision « aller/ne pas aller » en fournissant des données objectives et quantitatives sur la gravité de la lésion et le potentiel de récupération fonctionnelle, réduisant ainsi les risques biologiques en phase avancée du développement de neurothérapeutiques.
- Impact sur le portefeuille : Permet une priorisation ajustée au risque des thérapeutiques pour les lésions médullaires, fondée sur des biomarqueurs dérivés de l'IRM de diffusion quantifiant la préservation axonale et l'intégrité microstructurale.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en imagerie neurologique, en traitement des tenseurs de diffusion et en anatomie de la moelle épinière pour une exécution précise du protocole et une interprétation correcte des données.
- Dépend de l'accès à des systèmes IRM haute performance de 3,0 T capables d'imagerie écho-planar en écho de spin monopulse avec 20 directions de diffusion non coplanaires.
- Exige une standardisation interéquipes des protocoles de délimitation des régions d'intérêt afin d'exclure les effets de volume partiel liés au liquide céphalorachidien dans les études longitudinales.
- Implique des ajustements à prendre en compte lors de la transposition des protocoles entre différents modèles de lésion médullaire ou différentes intensités de champ, tout en maintenant des valeurs b et un échantillonnage directionnel constants.
- Comprend des limites pratiques telles que la sensibilité aux artefacts de susceptibilité magnétique près des interfaces os-tissu et la nécessité de temps d'acquisition prolongés pour obtenir un rapport signal/bruit suffisant dans les petites régions de la moelle épinière cervicale.
