확산 텐서 만성 척수 압축에서 자기 공명 이미징
2019년 5월 7일
여기서, 우리는 척수 압축을 평가 하기 위해 확산 텐서 이미징 파라미터의 적용을 위한 프로토콜을 제시 한다.
종래의 MRI에 의해 제공된 해부학적 척수 미세 구조 세부 사항은 만성 척수 압축 환자의 실제 신경 손상 또는 신경 회복 잠재력을 정확하게 추정하지 못한다. 확산 텐서 이미징, 또는 DTI는, 물 분자의 확산을 통해 조직에 있는 양 미세 구조 변경을 검출해서 더 특정 예후 정보를 얻는 것을 도울 수 있습니다. 만성 척수 압축은 척추 에 재발성 허혈성 손상을 일으킬 수 있습니다, 하류 신경 섬유에 조직 병리학적 변화의 결과.
이 변경 사항은 DTI로 시각화할 수 있습니다. DTI는 조직에 있는 물 분자의 방향 그리고 확산 크기의 측정을 제공할 수 있는 민감한 기술입니다. 여기서, 3.0T MR 시스템을 운영하는 고성능 임상 MRI 스캐너에 사용하기 위한 압축 척수의 평가에서 확산 텐서 이미징 파라미터의 적용을 시연하고 있습니다.
이미징 절차를 시작하기 전에 참가자에게 귀마개를 제공하고 참가자가 편안한 척추 위치로 들어갈 수 있도록 도와줍니다. 자궁 경부 부위에 머리/목 코일을 놓고 갑상선 연골 수준에 랜드마크를 배치합니다. 참가자가 위치에 있을 때 빠른 섭동 그라데이션 에코를 사용하여 축, 처진 및 관상 위치 맵을 얻습니다.
T2 가중 적대 평면을 찾아, 복사 및 위치 기준선이 척추 운하와 평행있는지 확인하기 위해 관상 위치 맵을 사용하여 T2 가중 위치 라인에 앉아 있는 T1 가중 위치 라인을 붙여 넣습니다. T1 및 T2 가중 시야를 240 x 240 밀리미터로 설정하고, 복셀 크기는 0.8 x 3 밀리미터, 슬라이스 갭은 0.3 밀리미터, 슬라이스 두께는 3 밀리미터, 2개까지의 접이식 방향, 1001밀리초 이상 101밀리초의 에코 를 101밀리초로 설정합니다. , T2 가중치 필드에 대한 500. 이어서, 전체 자궁 경부 척수를 덮는 9개의 적발심을 얻고, 적목 T2 W 이미지상에 축 위치라인을 배치한다.
다음으로, C2-3에서 C6-7까지 의 추간판을 커버하고, 추간판의 전방 직경을 중심으로, 시야를 180x0x180밀리미터로 설정하고, 복셀 크기는 0.7 x 0.6 x 3밀리미터, 슬라이스 두께는 3밀리미터로, 전방 후방에 접이식 방향, 2배 이상의 초신술 수, 그리고 12시간 이상의 반향 시간을 , 000 밀리초. 그런 다음, C1에서 C7까지 자궁 경부 척수를 덮는 45개의 슬라이스와 함께 추간판 T2 가중 이미지에 축 위치 라인을 배치합니다. 확산 텐서 이미징을 얻으려면 20개의 직교 방향과 비-co-planar 확산 방향을 곱한 밀리미터 당 800초에 해당하는 단일 샷 스핀 에코-에코-플라나 이미징을 사용하십시오. 시야를 230 x 230밀리미터로 설정하고, 획득 매트릭스는 98x98로, 재구성된 해상도는 1.17 x 1.17, 슬라이스 두께를 3밀리미터로, 전방 후방으로 접는 방향 , 2에 흥분의 수, 에코 평면 이미징 인자 98, 그리고 8, 300 밀리초 이상 74로 반복의 에코 시간. 이미지 후 처리를 위해 이미지를 분석기로 내보내고 추간판의 T2 가중 적정 및 축 이미지를 촬영 인터페이스에 로드합니다.
자궁 경부 척수의 가장 압축 된 부분을 찾아 2 대 1 보기 인터페이스에서 분수 이방성 이미지를로드합니다. 위치 표시 계열을 클릭하고 위치 맵의 위쪽에서 아래쪽으로 가장 높은 압축 수준을 결정합니다. 텐서 이미지를 선택하려면 파일을 클릭합니다.
신경 3D 자기 공명을 선택하여 명백한 확산 계수 및 분수 이면성 색상 맵을 자동으로 만듭니다. 가장 높은 압축의 측면으로 사전, 및 뇌척수액의 부분 볼륨 효과를 제외하기 위해 내부 척수 주위에 관심의 구형 6 밀리미터 큐브 영역을 만들기 위해 시작 평가 모드를 사용합니다. 분수 이소성 및 명백한 확산 계수 값은 자동으로 계산됩니다.
그런 다음 확산을 클릭하고 E1, E2 및 E3를 선택하여 값을 표시합니다. 여기에서는 건강한 자원봉사자들의 대표적인 확산 텐서 이미징 맵이 표시됩니다. 만성 척수 압축 환자로부터 이러한 확산 텐서 이미징 맵은 이러한 환자에서 압축의 기능적 상태를 단지 입증된 대로 측정할 수 있게 한다.
수술을 받은 만성 척수 압축 환자의 수술 후 이미징을 통해 환자의 회복을 추적하는 데 도움이 되는 압축 완화에 대한 기능적 평가를 할 수 있습니다. 관심 영역은 뇌척수액의 부분적인 부피 효과를 배제하기 위해 내부 척수에서 그려야 합니다. DTI가 획득한 정량적 데이터는 병변 손상의 정도를 정확하게 판단할 수 있으며 클리닉 치료를 위한 시기 적이고 정확한 객관적인 표시를 제공합니다.
스캔하기 전에 각 참가자에게 이미징 프로토콜 및 MRI 안전 지침을 설명하는 동의서에 서명하도록 요청합니다.
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개요
본 연구는 환자의 척수 압박을 평가하기 위해 확산 텐서 영상(DTI) 파라미터를 활용하는 상세 프로토콜을 제시합니다. 신경 손상을 판별하는 기존 MRI의 한계를 보완함으로써, 이 프로토콜은 예후 평가를 개선하고 수술 후 회복 과정을 추적하는 것을 목표로 합니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 신경과학
- 영상 기술
- 척수 연구
배경
- 기존의 MRI로는 만성 척수 압박 시 발생하는 신경세포 손상을 정확하게 측정하기 어렵습니다.
- 만성 압박은 반복적인 허혈성 손상을 일으켜 지속적인 조직병리학적 변화를 초래합니다.
- 확산 텐서 영상(DTI)은 미세구조 변화를 시각화하는 데 더 민감한 접근 방식을 제공합니다.
- DTI 매개변수를 평가함으로써 임상 환경에서 예후에 관한 통찰력을 얻을 수 있습니다.
연구 목적
- DTI가 기존 MRI보다 척수 압박을 더 효과적으로 평가할 수 있음을 입증하기 위해.
- 고성능 임상 MRI 스캐너를 위한 표준화된 영상 프로토콜을 수립하기 위해.
- 환자의 척수 기능 상태를 평가하기 위한 측정 가능한 데이터를 제공하기 위해.
사용된 방법
- 경추 척수 압박을 분석하기 위해 확산 텐서 영상(Diffusion tensor imaging)이 사용되었습니다.
- 생물학적 모델에는 만성 척수 압박 환자들이 포함되었습니다.
- 영상 획득은 T1 및 T2 가중 영상에 특화된 프로토콜을 적용한 3.0T MRI 시스템을 통해 이루어졌습니다.
- 데이터 분석에는 분획 이방성(fractional anisotropy) 맵 작성 및 겉보기 확산 계수(apparent diffusion coefficient) 측정이 포함되었습니다.
주요 결과
- DTI 파라미터의 적용을 통해 압박 정도와 신경 손상 범위를 시각화할 수 있었습니다.
- 정량적 데이터는 수술 환자의 회복 및 기능적 상태 추적을 뒷받침합니다.
- 결과는 임상적 치료 결정에 객관적인 지표를 제공합니다.
결론
- 본 연구는 척수 압박의 개선된 평가를 위한 DTI 프로토콜을 수립합니다.
- 이는 신경 손상 및 회복을 이해하는 데 있어 고급 영상 기술의 효과를 입증합니다.
- 연구 결과는 임상 평가 및 잠재적 치료 접근법에서 영상 진단의 유용성을 강조합니다.
자주 묻는 질문
산업적 관련성 요약
확산 텐서 영상(DTI)은 척수 조직의 정량적 미세구조 평가를 가능하게 하여, 만성 척수 압박 시 신경 손상 및 회복 잠재력을 평가하는 기존 MRI의 결정적인 한계를 보완합니다. 이러한 기능은 신경 보호 또는 신경 재생 치료 전략과 관련된 조직병리학적 변화를 객관적이고 비침습적으로 모니터링할 수 있게 함으로써 전임상 단계의 타겟 검증을 지원합니다. 분수성 이방성과 겉보기 확산 계수와 같은 DTI 유래 지표는 척수 손상 연구의 중개 파이프라인에서 리스크를 줄이기 위한 예측 바이오마커를 제공합니다.
바이오 제약 R&D의 전략적 응용
초기 발견 및 타겟 검증
- 과학적 가치: 분획 이방성(fractional anisotropy)의 감소와 겉보기 확산 계수(apparent diffusion coefficients)의 증가를 통해 척수 조직의 미세구조적 병리 변화를 시각화함으로써 치료 가설의 검증을 가능하게 합니다.
- 운영적 가치: 척수 압박 전임상 모델에서 타겟 결합(target engagement) 및 생물학적 위험 감소(biological de-risking)를 평가하기 위한 정량적이고 재현 가능한 판독값을 제공합니다.
스크리닝 및 분석법 개발
- 과학적 가치: 관심 영역(ROI)의 정밀한 배치를 통해 뇌척수액의 부분 체적 효과(partial volume effects)를 배제하는 표준화된 DTI 프로토콜을 수립함으로써, 후속 워크플로를 위한 검증된 생물학적 시스템을 준비합니다.
- 운영적 가치: 정의된 획득 파라미터(b-value 800 s/mm², 20개 직교 방향)를 사용하여 고성능 3.0T 임상 MRI 스캐너 전반에서 분석의 재현성과 확장성을 보장합니다.
중개 및 전임상 연구
- 과학적 가치: DTI 유래 조직병리학적 변화를 기능적 결과와 연결함으로써 질환 관련 시스템 모델링을 지원하며, 이를 통해 예후 층화 및 중재 후 신경 회복 모니터링을 가능하게 합니다.
- 운용적 가치: 병변 범위 및 치료 반응 평가를 위한 객관적이고 정량적인 지표를 제공함으로써 발견 단계부터 전임상 검증까지의 중개 연구 연속성을 촉진합니다.
파이프라인 및 워크플로우 통합
DTI는 정량적 미세구조 지표를 통해 초기 타겟 검증 단계에서의 가설 검증을 가능하게 하고, 스크리닝 단계의 분석 준비를 지원하며, 중개 연구에서 위험 조정된 진전 결정에 정보를 제공함으로써 발견 연속체(discovery continuum)에 통합됩니다.
- 발견 생물학: 압착된 척수 조직 내의 축삭 무결성과 탈수초화를 반영하는 물 분자 확산 변화를 검출하여 가설 검증 및 경로 규명을 지원합니다.
- 스크리닝: 비교 조건 분석을 위해 재현 가능한 분수 이방성 및 겉보기 확산 계수 맵을 생성하는 표준화된 프로토콜을 통해 분석 준비도를 제공합니다.
- 분석: 건강한 상태, 압착 상태 및 치료 후의 척수 상태 간의 통계적 비교가 가능한 정량적 종속 변수 측정값(FA, ADC, 고유벡터 값)을 생성합니다.
- 중개 연구: 신경 세포 손상 및 회복 가능성에 대한 예후적 통찰력을 제공함으로써 전임상 연속성을 확보하고, 신경 치료제 후보 물질의 진행 여부 결정에 정보를 제공합니다.
- 기업적 재사용: 비침습적 특성과 표준 3.0T MRI 플랫폼과의 호환성 덕분에 전임상 및 임상 환경 전반에서 재사용 가능한 이미징 기능으로 작동합니다.
운영 및 기업적 영향
- 과학적 가치: 미세구조 병리학의 직접적인 시각화를 통해 척수 손상 모델의 기전적 모호성을 줄임으로써 예측 신뢰도를 높입니다.
- 운영적 가치: 뇌척수액 오염을 최소화하기 위한 구형 ROI 배치를 포함하여, 프로토콜화된 획득 및 후처리 단계를 통해 표준화와 재현성을 제공합니다.
- 전략적 가치: 병변 심각도와 기능적 회복 가능성에 대한 객관적인 정량적 데이터를 제공함으로써, 신경치료제 개발의 후기 단계 생물학적 리스크를 줄이고 go/no-go 의사결정을 개선합니다.
- 포트폴리오 영향: DTI 유래의 축삭 보존 및 미세구조 무결성 바이오마커를 기반으로 척수 손상 치료제의 리스크 조정 우선순위 선정을 가능하게 합니다.
실행 시 고려 사항
- 정확한 프로토콜 실행 및 데이터 해석을 위해 신경 영상학, 확산 텐서 처리 및 척수 해부학에 대한 전문 지식이 필요합니다.
- 20개의 비-동평면 확산 방향을 갖는 싱글샷 스핀-에코 에코-플래너 영상 촬영이 가능한 고성능 3.0T MRI 시스템의 사용이 필요합니다.
- 종단적 연구에서 뇌척수액으로 인한 부분 체적 효과를 배제하기 위해, 관심 영역 설정 프로토콜의 팀 간 표준화가 필요합니다.
- 서로 다른 척수 손상 모델이나 자기장 강도에 따라 프로토콜을 적용할 때, 일관된 b-value 및 방향성 샘플링을 유지하는 적응 고려 사항이 포함됩니다.
- 골-조직 인터페이스 근처의 자기 감수성 아티팩트에 대한 민감도와, 작은 경추 척수 영역에서 충분한 신호 대 잡음비를 얻기 위해 스캔 시간이 길어져야 한다는 점과 같은 실질적인 제약 사항이 포함됩니다.
