慢性脊髄圧迫における拡散テンソル磁気共鳴画像
2019年5月7日
ここでは、拡散テンソルイメージングパラメータを適用して脊髄圧縮を評価するためのプロトコルを提示する。
従来のMRIによって提供される解剖学的脊髄微細構造の詳細は、慢性脊髄圧迫患者における実際の神経損傷または神経回復の可能性を正確に推定していない。拡散テンソルイメージング(DTI)は、水分子の拡散を介して組織の微細構造変化量を検出することによって、より具体的な予後情報を得るのに役立つ可能性があります。慢性脊髄圧迫は脊椎の脊柱に再発性虚血性損傷を引き起こし、下流神経線維の病理組織学的変化をもたらす。
この変更は DTI で視覚化できます。DTIは、組織における水分子の方向と拡散の大きさの尺度を提供することができる敏感な技術です。ここでは、3.0T MRシステムを操作する高性能臨床MRIスキャナーで使用する圧縮脊髄の評価における拡散テンソルイメージングパラメータの適用を実証する。
イメージング手順を開始する前に、参加者に耳栓を用意し、参加者が快適な座り心地の良い位置に入るのを助けます。頸部領域の上に頭/首のコイルを置き、甲状腺軟骨レベルでランドマークを配置します。参加者が位置に位置しているときは、高速摂動勾配エコーを使用して、軸方向、矢状、およびコロナ位置マップを取得します。
T2重み付けされた矢状平面を見つけ、測位ベースラインが脊柱管に平行であることを確認するために、コロナ位置マップを使用して、矢状T1重み付け位置合わせラインをT2重み付け位置線にコピーして貼り付けます。T1とT2の重み付けされた視野を240×240ミリメートル、ボクセルサイズを0.8×3ミリメートルに1、スライスギャップを0.3ミリメートル、スライスの厚さを3ミリメートルに、励起の数を2に、折り畳み方向から足頭、700ミリ秒以上のエコーの時間を10に設定します。、T2 加重フィールドの場合は 500。次に、頸部脊髄全体を覆う9つの矢状画像を得て、矢状T2W画像上に軸位置決線を配置する。
次に、C2-3からC6-7までの椎間板をカバーし、 椎間空間の後部直径を中心に、視野を180×180ミリメートル、ボクセルサイズを0.7 x 0.6×3ミリメートル、スライス厚みを3ミリメートル、前部後方への折りたたみ方向、励起回数を2に設定し、エコー時間のリサーレーション時間を120~120000~320倍に設定します。、000 ミリ秒。次に、矢状T2重み画像上に軸位置決め線を配置し、椎間空間の前部の直径を中心に、C1からC7までの頸部脊髄を覆う45枚のスライスを有する。拡散テンソルイメージングを得るために、20の直交方向と非同一平面拡散方向を持つシングルショットスピンエコーエコー平面イメージングを使用し、1ミリメートルあたり800秒/平方のb値を持つ、 視野を230×230ミリメートル、取得行列を98 x 98、再構成された解像度を1.17 x 1.17、スライス厚さを3ミリメートルに、折り畳み方向を前部後方に設定します。、2への励起の数、エコー平面イメージング係数を98、および8,300ミリ秒を超える74に繰り返しエコー時間を示す。画像後処理の場合は、画像をアナライザーにエクスポートし、椎間スペースのT2重み付けされた矢状および軸画像を撮影インターフェースにロードします。
頸部脊髄の最も圧縮された部分を見つけ、2対1の表示インターフェースに分数異方性画像をロードする。[位置表示シリーズ]をクリックし、ロケーション マップの上部から下部までの最高圧縮レベルを決定します。[ファイル]をクリックして、テンソルイメージを選択します。
[Neuro 3D 磁気共鳴]を選択すると、見かけの拡散係数と分数異方性カラーマップが自動的に作成されます。最高圧縮の側に進み、評価開始モードを使用して、脊髄内および脊髄の周囲に関心のある球状の6ミリメートル立方体領域を作成し、脳脊髄液の部分的な体積効果を除外します。分数異方性と見かけの拡散係数の値が自動的に計算されます。
次に、[拡散]をクリックし、[E1]、[E2]、[E3]を選択して値を表示します。ここでは、健常ボランティアからの代表的な拡散テンソルイメージングマップが示されている。慢性脊髄圧迫患者からのこれらの拡散テンソル画像マップは、これらの患者における圧縮の機能的状態をちょうど実証したように測定することを可能にする。
手術を受けた慢性脊髄圧迫患者の術後画像化により、患者の回復を追跡するのに役立つ圧縮の緩和の機能的評価が可能になる。関心のある領域は、脳脊髄液の部分的な体積効果を除外するために、内側の脊髄に描画する必要があります。DTIによって得られる定量的なデータは病変損傷の程度の正確な判断を可能にし、臨床処置のためのタイムリーかつ正確な客観的な適応を提供する。
スキャンの前に、各参加者に、画像処理プロトコルとMRIの安全ガイドラインを概説する同意書に記入し、署名するよう依頼します。
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概要
本研究では、拡散テンソル画像（DTI）パラメータを用いて患者の脊髄圧迫を評価するための詳細なプロトコルを提示します。神経損傷の判定における従来のMRIの欠点を解消することで、本プロトコルは予後評価の向上および術後の回復経過の追跡を目指しています。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- イメージング技術
- 脊髄研究
背景
- 従来のMRIでは、慢性脊髄圧迫における神経損傷を正確に測定することは困難です。
- 慢性的な圧迫は再発性の虚血性損傷を引き起こし、持続的な組織病理学的変化をもたらします。
- 拡散テンソル画像（DTI）は、微細構造の変化を可視化するためのより感度の高いアプローチを提供します。
- DTIパラメータを評価することで、臨床現場における予後に関する知見を得ることができます。
研究目的
- DTIが従来のMRIよりも効果的に脊髄圧迫を評価できることを実証すること。
- 高性能臨床MRIスキャナー向けの標準化された撮像プロトコルを作成すること。
- 患者の脊髄の機能的状態を評価するための測定可能なデータを提供すること。
使用された手法
- 頸髄圧迫の解析に拡散テンソル imaging が用いられた。
- 生物学的モデルには、慢性脊髄圧迫患者が含まれた。
- 画像取得には 3.0T MRI システムが使用され、T1 および T2 強調画像のための特定のプロトコルが適用された。
- データ解析には、分数異方性マップの作成および見かけの拡散係数の測定が含まれた。
主な結果
- DTIパラメータを適用することで、圧迫の範囲と神経損傷を可視化することができました。
- 定量的なデータは、外科手術を受けた患者の回復状況および機能的状態の追跡に有用です。
- これらの結果は、臨床的な治療方針を決定するための客観的な指標となります。
結論
- 本研究では、脊髄圧迫の評価を向上させるためのDTIプロトコルを確立しました。
- 神経損傷および回復の理解における高度な画像診断技術の有効性を実証しています。
- 得られた知見は、臨床評価および潜在的な治療アプローチにおける画像診断の有用性を強調しています。
よくある質問
産業界におけるエグゼクティブへの関連性
拡散テンソル画像（DTI）は、脊髄組織の定量的マイクロストラクチャー評価を可能にし、慢性脊髄圧迫における神経損傷および回復能の評価という、従来のMRIにおける重要な課題を解決します。この機能により、神経保護または神経再生治療戦略に関連する組織病理学的変化を客観的かつ非侵襲的にモニタリングできるため、前臨床段階でのターゲットバリデーションが促進されます。分数異方性（FA）や見かけの拡散係数（ADC）などのDTI由来の指標は、脊髄損傷研究におけるトランスレーショナルパイプラインのリスクを低減させる予測バイオマーカーとなります。
バイオファーマR&Dにおける戦略的応用
初期発見およびターゲットバリデーション
- 科学的価値： 分画異方性の低下および見かけの拡散係数の上昇を通じて、脊髄組織における微細構造の病理学的変化を可視化することにより、治療仮説の検証を可能にする。
- 運用的価値： 脊髄圧迫の前臨床モデルにおいて、ターゲットエンゲージメントの評価および生物学的リスク低減のための定量的な再現性のあるリードアウトを提供する。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 科学的価値：関心領域（ROI）を精密に配置することで、脳脊髄液の部分体積効果を排除した標準的なDTIプロトコルを確立し、後続のワークフローに適した検証済み生物学的システムを準備する。
- 運用上の価値：定義された撮像パラメータ（b値 800 s/mm²、20方向の直交方向）を用いることで、高性能な3.0T臨床用MRIスキャナー間でのアッセイの再現性と拡張性を確保する。
翻訳および前臨床研究
- 科学的価値： DTI由来の組織病理学的変化を機能的転帰に関連付けることで、疾患に関連したシステムモデリングをサポートし、予後層別化および介入後の神経回復のモニタリングを可能にします。
- 実用的価値： 病変の範囲および治療反応性評価のための客観的かつ定量的な指標を提供することで、発見から前臨床検証に至るトランスレーショナルな連続性を促進します。
パイプラインおよびワークフローの統合
DTIは、定量的ミクロ構造指標を通じて、初期のターゲットバリデーションにおける仮説検証を可能にし、スクリーニングにおけるアッセイ準備をサポートし、トランスレーショナルリサーチにおけるリスク調整後の進展判断に情報を提供することで、創薬の連続的なプロセスへと統合されます。
- 探索生物学： 圧迫された脊髄組織における軸索の完全性と脱髄を反映する水分子拡散の変化を検出することで、仮説検証およびパスウェイの解明を支援します。
- スクリーニング： 標準化されたプロトコルを通じてアッセイの準備を整え、条件間の比較解析に有用な、再現性のある分数異方性（FA）および見かけの拡散係数（ADC）マップを提供します。
- 分析： 定量的な従属変数測定値（FA、ADC、固有ベクトル値）を生成し、健康な状態、圧迫状態、および治療後の脊髄状態間の統計的比較を可能にします。
- トランスレーショナルリサーチ： ニューロンの損傷と回復の可能性に関する予後的知見を提供することで前臨床段階との連続性を確保し、神経治療薬候補の進退（go/no-go）判断に情報を与えます。
- エンタープライズ再利用： 非侵襲的な性質と標準的な3.0T MRIプラットフォームとの互換性により、前臨床および臨床設定の両方で再利用可能なイメージング機能として機能します。
運用および企業への影響
- 科学的価値：微細構造の病理を直接可視化することで、脊髄損傷モデルにおけるメカニズムの曖昧さを排除し、予測の信頼性を高めます。
- 運用の価値：プロトコル化した収集および後処理工程（脳脊髄液による汚染を最小限に抑えるための球状ROIの配置を含む）を通じて、標準化と再現性を提供します。
- 戦略的価値：病変の重症度と機能回復の可能性に関する客観的な定量的データを提供することで、go/no-go判断を改善し、神経治療開発における後期の生物学的リスクを低減します。
- ポートフォリオへの影響：DTI由来の軸索保存および微細構造の完全性のバイオマーカーに基づき、脊髄損傷治療薬のリスク調整後の優先順位付けを可能にします。
実施上の注意点
- 正確なプロトコルの実行およびデータの解釈には、神経画像処理、拡散テンソル処理、および脊髄解剖学に関する専門知識が必要です。
- 20方向の非共面拡散方向を用いたシングルショット・スピンエコー・エコープランナーイメージングが可能な、高性能3.0T MRIシステムへのアクセスに依存します。
- 縦断的研究において、脳脊髄液による部分容量効果を排除するため、関心領域（ROI）の描画プロトコルのチーム間標準化が必要です。
- 異なる脊髄損傷モデルや磁場強度にプロトコルを適用する際は、b値および方向サンプリングの一貫性を維持するための調整を検討する必要があります。
- 骨組織界面付近における磁化率アーチファクトへの感受性や、小さな頸髄領域で十分な信号対雑音比（SNR）を得るために長いスキャン時間が必要になるなどの実用上の制限が含まれます。
