דיפוזיה זנסור הדמיה מגנטית באמצעות דחיסת חוט השדרה כרונית
7 במאי 2019
כאן, אנו מציגים פרוטוקול ליישום של מדיפוזיית הדמיה פרמטרים כדי להעריך את הדחיסה בחוט השדרה.
פירוט מיקרו-מבנה חוט השדרה האנטומי המסופק על ידי MRI קונבנציונלי אינו מעריך במדויק את הנזק העצבי בפועל או את פוטנציאל ההחלמה העצבי בחולי דחיסה כרוניים של חוט השדרה. דימות טנזור דיפוזיה, או DTI, עשוי לעזור לנו להשיג מידע פרוגנוסטי ספציפי יותר על ידי גילוי שינוי מיקרו-מבנה כמותי ברקמות באמצעות דיפוזיה של מולקולות מים. דחיסה כרונית של חוט השדרה עלולה לגרום לנזק איסכמי חוזר לחוט השדרה, וכתוצאה מכך לשינוי היסטופטולוגי בסיבי העצב במורד הזרם.
ניתן לדמיין שינוי זה באמצעות ה- DTI. DTI היא טכניקה רגישה שיכולה לספק מידה של כיוון ואת גודל דיפוזיה של מולקולות מים ברקמות. כאן, אנו מדגימים את היישום של פרמטרי דימות טנזור דיפוזיה בהערכת חוט השדרה דחוס לשימוש בסורקי MRI קליניים בעלי ביצועים גבוהים המפעילים מערכת MR 3.0T.
לפני תחילת הליך ההדמיה, לספק אטמי אוזניים למשתתף ולעזור למשתתף לתוך תנוחת עלות נוחה. מניחים סליל ראש/ צוואר מעל אזור צוואר הרחם וציון דרך ברמת הסחוס בבלוטת התריס. כאשר המשתתף נמצא בעמדה, השתמש בהד הדרגתי של הפרעה מהירה כדי לקבל מפות מיקום צווחני, קשתי וקורונה.
אתרו את מישור הסגיטל משוקלל ה-T2, והעתיקו והדביקו את קו המיקום משוקלל הסגיטל T1 לקו המיקום משוקלל ה-T2 באמצעות מפות המיקום של קורונאל כדי להבטיח שקו הבסיס למיקום מקביל לתעלת עמוד השדרה. הגדר את שדה הצפייה משוקלל T1 ו- T2 ל- 240 על 240 מילימטרים, גודל הווקסל לאחד על 0.8 על ידי שלושה מילימטרים, פער הפרוסה ל 0.3 מילימטרים, עובי הפרוסה לשלושה מילימטרים, מספר העירור לשניים, הכיוון המתקפל לרגליים, זמן ההד של החזרה ל -10 מעל 700 אלפיות השנייה לשדה משוקלל T1, ו 101 מעל 2 , 500 עבור השדה משוקלל T2. לאחר מכן, השג תשע תמונות קשתיות המכסות את כל חוט השדרה הצווארי, והצב את קו המיקום של בית הספר בתדמית Sagittal T2 W.
לאחר מכן, כסו את הדיסק הבין חולייתי מ-C2-3 ל-C6-7, שבמרכזו קוטר anteroposterior של החלל הבין חולייתי, ולהגדיר את שדה התצוגה ל 180 על ידי 180 מילימטרים, גודל voxel ל 0.7 על ידי 0.6 על ידי שלושה מילימטרים, עובי הפרוסה לשלושה מילימטרים, הכיוון המתקפל אל הקדמי-אחורי, מספר העירור לשניים, ואת הזמן של זמן הד של חזרה על 120 על 3 , 000 אלפיות שניה. לאחר מכן, מקם את קו המיקום של האשכים על התמונה המשוקלל של Sagittal T2, שבמרכזה קוטר anteroposterior של החלל הבין חולייתי, עם 45 פרוסות המכסות את חוט השדרה הצווארי מ- C1 ל- C7. כדי להשיג הדמיית טנזור דיפוזיה, השתמש בהדמיית הד-תפל של ספין-הד חד-יר עם 20 כיוונים אורתוגונליים וכיווני דיפוזיה לא-כוכביים עם ערכי b השווים ל- 800 שניות למילימטר בריבוע, והגדר את שדה הצפייה ל-230 על 230 מילימטרים, מטריצת הרכישה ל-98 על 98, הרזולוציה המשוחזרת ל-1.17 על 1.17, עובי הפרוסה לשלושה מילימטרים, הכיוון המתקפל לכיוון האחורי-אחורי מספר העירור לשניים, גורם ההד-פלנארי ל-98, ותם זמן ההד של החזרה ל-74 על 8, 300 אלפיות שנייה. לעיבוד תמונה לאחר עיבוד, לייצא את התמונות למנתח, טען את התמונות sagittal משוקלל T2 וצירים של החלל הבין חולייתי לתוך ממשק הצילום.
אתר את החלק הדחוס ביותר של חוט השדרה הצווארי, וטען את תמונת האניסוטרופיה החלקית בממשק הצפייה של שניים לאחד. לחץ על מקם סידרת תצוגה וקבע את רמת הדחיסה הגבוהה ביותר מהחלק העליון לתחתית מפת המיקום. לחצו על 'קובץ' לבחירת תמונת הטנזור.
בחרו 'תהודה מגנטית תלת-ממדית של נוירו' כדי ליצור באופן אוטומטי מקדם דיפוזיה לכאורה ומפות צבע אניסוטרופיה חלקיות. התקדם לצד הדחיסה הגבוהה ביותר, ולהשתמש במצב הערכה התחלה כדי ליצור כדורי שישה מילימטר קוביות אזורים של עניין סביב חוט השדרה הפנימי כדי לא לכלול את ההשפעות נפח חלקי של נוזל השדרתי. ערכי מקדם ההשבתה של שברים ומקדם דיפוזיה לכאורה יחושבו באופן אוטומטי.
לאחר מכן, לחץ על דיפוזיה ובחר E1, E2 ו- E3 כדי להציג את הערכים שלהם. כאן מוצגות מפות דימות טנזור מפוזרות מייצגות של מתנדבים בריאים. מפות דימות טנזור דיפוזיה אלה של חולי דחיסה כרונית של חוט השדרה מאפשרות למדוד את המצב התפקודי של הדחיסה בחולים אלה כפי שהודגם זה הרגע.
הדמיה לאחר הניתוח של חולי דחיסה כרונית של חוט השדרה שעברו ניתוח מאפשרת הערכה תפקודית של ההקלה בדחיסה כדי לסייע בעקוב אחר התאוששות המטופל. אזורי עניין חייבים להיות לצייר בחוט השדרה הפנימי כדי לא לכלול את ההשפעות נפח חלקי של הנוזלים השדרתיים. הנתונים הכמותיים המתקבלים על ידי DTI מאפשרים שיפוט מדויק של היקף הנזק שנגרם ומספקים אינדיקציות אובייקטיביות מדויקות בזמן לטיפול במרפאה.
לפני הסריקה, אנו מבקשים מכל משתתף למלא ולחתום על טופס הסכמה המתאר את פרוטוקול ההדמיה ואת הנחיות הבטיחות של MRI.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה מציג פרוטוקול מפורט המשתמש בפרמטרים של דימוי טנזור דיפוזיה (DTI) להערכת לחץ על חוט השדרה בחולים. על ידי מענה למגבלות של MRI קונבנציונלי בקביעת נזק נוירונלי, פרוטוקול זה שואף לשפר הערכות פרוגנוסטיות ולעקוב אחר ההחלמה לאחר הניתוח.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי המוח
- טכניקות דימות
- מחקר של חוט השדרה
רקע
- בדיקות MRI קונבנציונליות אינן מצליחות למדוד במדויק נזק נוירונלי בדחיסה כרונית של חוט השדרה.
- דחיסה כרונית גורמת לנזק איסכמי חוזר, המוביל לשינויים היסטופתולוגיים מתמשכים.
- דימות טנזור של דיפוזיה (Diffusion tensor imaging) מספק גישה רגישה יותר להדמיה של שינויים מיקרו-מבניים.
- הערכת פרמטרי DTI עשויה לספק תובנות פרוגנוסטיות במסגרות קליניות.
מטרת המחקר
- להדגים כיצד DTI יכול להעריך דחיסה של חוט השדרה ביעילות רבה יותר מאשר MRI קונבנציונלי.
- ליצור פרוטוקולי דימות סטנדרטיים עבור סורקי MRI קליניים בעלי ביצועים גבוהים.
- לספק נתונים מדידים להערכת המצב התפקודי של חוט השדרה בחולים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- הסריקה בשיטת דימות טנזור דיפוזיה (Diffusion tensor imaging) שימשה לניתוח דחיסת חוט השדרה הצווארי.
- המודל הביולוגי כלל מטופלים עם דחיסה כרונית של חוט השדרה.
- רכישת הדמיות בוצעה באמצעות מערכות MRI בעוצמה של 3.0T, עם פרוטוקולים ספציפיים להדמיה משוקללת T1 ו-T2.
- ניתוח הנתונים כלל יצירת מפות של אניסוטרופיה פראקציונלית (fractional anisotropy) ומדידות של מקדם דיפוזיה גלוי (apparent diffusion coefficient).
תוצאות עיקריות
- היישום של פרמטרי DTI סייע להמחשת מידת הדחיסה והנזק העצבי.
- נתונים כמותיים תומכים במעקב אחר ההחלמה והמצב התפקודי של מטופלים לאחר ניתוח.
- התוצאות מספקות מדדים אובייקטיביים לקבלת החלטות טיפוליות קליניות.
מסקנות
- מחקר זה מבסס פרוטוקול DTI להערכה משופרת של לחץ על חוט השדרה.
- הוא מדגים את יעילותן של טכניקות דימות מתקדמות בהבנת נזק נוירונלי והחלמה.
- הממצאים מדגישים את התועלת של הדימות בהערכות קליניות ובגישות טיפוליות פוטנציאליות.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית ניהולית
דימות טנזור דיפוזיה (DTI) מספק הערכה מיקרו-מבנית כמותית של רקמת חוט השדרה, ובכך נותן מענה לפער קריטי ב-MRI קונבנציונלי בהערכת נזק עצבי ופוטנציאל התאוששות בדחיסה כרונית של חוט השדרה. יכולת זו תומכת בתיקוף יעדים פרה-קליני על ידי מתן אפשרות לניטור אובייקטיבי ולא פולשני של שינויים היסטופתולוגיים הרלוונטיים לאסטרטגיות טיפוליות נוירו-פרוטקטיביות או נוירו-רסטורטיביות. מדדים המופקים מ-DTI, כגון anisotropy פראקציונלית ומקדם דיפוזיה גלוי, מציעים ביו-מרקרים חזויים להפחתת סיכונים בתהליכי תרגום קליני (translational pipelines) במחקר של פגיעות בחוט השדרה.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של היפותזות טיפוליות על ידי הדמיה של שינויים פתולוגיים מיקרו-מבניים ברקמת חוט השדרה, באמצעות ירידה ב-fractional anisotropy ועלייה ב-apparent diffusion coefficients.
- ערך תפעולי: מספק מדדים כמותיים וניתנים לשחזור להערכת מעורבות המטרה (target engagement) והפחתת סיכונים ביולוגיים במודלים פרה-קליניים של דחיסת חוט השדרה.
סריקה ופיתוח בדיקה
- ערך מדעי: מכין מערכות ביולוגיות שעברו תיקוף עבור זרימות עבודה המשך, זאת באמצעות קביעת פרוטוקולי DTI סטנדרטיים המונעים השפעות של נפח חלקי של נוזל חוט השדרה באמצעות מיקום מדויק של אזורי העניין (ROI).
- ערך תפעולי: מבטיח הדירות ויכולת הרחבה של הבדיקה במסנני MRI קליניים בעלי ביצועים גבוהים מסוג 3.0T, תוך שימוש בפרמטרי רכישה מוגדרים (b-value 800 s/mm², 20 כיוונים אורתוגונליים).
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- ערך מדעי: תומך במידול מערכות הרלוונטי למחלה על ידי קישור שינויים היסטופתולוגיים הנגזרים מ-DTI לתוצאות תפקודיות, מה שמאפשר סטרטיפיקציה פרוגנוסטית וניטור של התאוששות עצבית לאחר התערבות.
- ערך תפעולי: מסייע ברציפות תרגומית (translational) משלב הגילוי ועד לאישור פרה-קליני, על ידי אספקת מדדים כמותיים ואובייקטיביים להיקף הנגע ולהערכת התגובה לטיפול.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
DTI משתלב ברצף הגילוי על ידי מתן אפשרות לבדיקת היפותזות בשלב מוקדם של תיקוף מטרות, תמיכה במוכנות של בדיקות (assays) במהלך סריקה, וסיוע בקבלת החלטות על קידום מותאם-סיכון במחקר תרגומי באמצעות מדדים מיקרו-מבניים כמותיים.
- ביולוגיה של גילוי: תומך בבדיקת היפותזות ובבירור מסלולים על ידי זיהוי שינויים בדיפוזיה של מולקולות מים המשקפים את השלמות האקסונלית ודה-מיאלינציה ברקמת חוט שדרה דחוסה.
- סינון: מספק מוכנות לבדיקה באמצעות פרוטוקולים סטנדרטיים המניבים מפות אניזוטרופיה שבריתית ומקדמי דיפוזיה גלויה הניתנים לשחזור לצורך ניתוח השוואתי של מצבים.
- אנליטיקה: מייצר מדידות כמותיות של משתנים תלויים (FA, ADC, ערכי וקטור עצמי) המאפשרות השוואה סטטיסטית בין מצבי חוט שדרה בריא, דחוס ואחרי טיפול.
- מחקר תרגומי: מקשר לרציפות פרה-קלינית על ידי אספקת תובנות פרוגנוסטיות לגבי נזק נוירונלי ופוטנציאל התאוששות, ומסייע בקבלת החלטות go/no-go עבור מועמדים לטיפולים נוירו-תרפויטיים.
- שימוש חוזר ארגוני: משמש כבדיקת דימות הניתנת לשימוש חוזר בסביבות פרה-קליניות וקליניות בשל אופיו הבלתי פולשני ותאימותו לפלטפורמות MRI סטנדרטיות של 3.0T.
השפעה תפעולית ועסקית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי על ידי הפחתת העמימות המכניסטית במודלים של פגיעה בחוט השדרה באמצעות ויזואליזציה ישירה של פתולוגיה מיקרו-מבנית.
- ערך תפעולי: מספק סטנדרטיזציה ויכולת שחזור באמצעות שלבי רכישה ועיבוד לאחר-צילום מפרוטוקול, כולל מיקום ROI כדורי כדי למזער זיהום של נוזל מוחי-שדרתי.
- ערך אסטרטגי: משפר את קבלת ההחלטות לגבי המשך הפיתוח (go/no-go) על ידי אספקת נתונים כמותיים ואובייקטיביים על חומרת הנגע ופוטנציאל ההחלמה התפקודית, ובכך מפחית סיכון ביולוגי בשלבים מאוחרים של פיתוח נוירו-תרפויטי.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תעדוף של תרופות לפגיעה בחוט השדרה בהתאם לסיכון, בהתבסס על ביומרקרים מ-DTI של שימור אקסוני ושל שלמות מיקרו-מבנית.
שיקולי יישום
- נדרשת מומחיות בדימוי עצבי, עיבוד טנזור דיפוזיה ואנטומיה של חוט השדרה לביצוע מדויק של הפרוטוקול ולפירוש הנתונים.
- תלוי בגישה למערכות MRI 3.0T בעלות ביצועים גבוהים, המסוגלות לבצע דמיון אקו-פלנרי של ספין-אקו בבתים אחת (single-shot spin-echo echo-planar imaging) עם 20 כיווני דיפוזיה שאינם קופלנריים.
- מחייב סטנדרטיזציה בין-צוותית של פרוטוקולי שרטוט אזורי עניין (region-of-interest) כדי להחריג השפעות נפח חלקי של נוזל בצורה (cerebrospinal fluid) במחקרי אורך.
- כולל שיקולי התאמה בעת תרגום פרוטוקולים בין מודלים שונים של פגיעות חוט שדרה או עוצמות שדה שונות, תוך שמירה על ערכי b ודגימה כיוונית עקביים.
- כולל מגבלות מעשיות כגון רגישות לארטיפקטים של ססביבליות מגנטית סמוך לממשקי רקמה-עצם, והצורך בזמני סריקה ממושכים להשגת יחס אות-רעש מספיק באזורים קטנים של חוט השדרה הצווארי.
