Methodenartikel

Diffusie strekspier Magnetic resonance imaging in chronische ruggenmerg compressie

DOI:

10.3791/59069

⸱

7 mei 2019

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Orthopedics, Guangzhou First People's Hospital, Guangzhou Medical University, 2Department of Radiology, Guangzhou First People's Hospital, Guangzhou Medical University, 3Department of Radiology, Guangzhou First People's Hospital, School of Medicine, South China University of Technology, 4Department of Orthopedics, The First Affiliated Hospital of Gannan Medical University, 5Department of Orthopedics, Guangzhou Chest Hospital, 6Department of Orthopedics, Guangzhou First People's Hospital, School of Medicine, South China University of Technology, Guangzhou Medical University

* These authors contributed equally

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hier presenteren we een protocol voor de toepassing van Diffusion strekspier imaging parameters te evalueren ruggenmerg compressie.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Chronische ruggenmerg compressie is de meest voorkomende oorzaak van het ruggenmerg bijzondere waardevermindering bij patiënten met niet-traumatische ruggenmergschade. Conventionele Magnetic Resonance Imaging (MRI) speelt een belangrijke rol in zowel de bevestiging van de diagnose en de evaluatie van de mate van compressie. Nochtans, is het anatomische detail dat door conventionele MRI wordt verstrekt niet voldoende om neuronale schade nauwkeurig te schatten en/of de mogelijkheid van neuronale terugwinning in de chronische patiënten van het ruggenmerg compressie te beoordelen. In tegenstelling, Diffusion strekspier Imaging (DTI) kan leveren kwantitatieve resultaten volgens de opsporing van watermolecule diffusie in weefsels. In de huidige studie, ontwikkelen we een methodologisch kader ter illustratie van de toepassing van DTI in chronische ruggenmerg compressie ziekte. DTI fractionele anisotropie (FA), schijnbare diffusie coëfficiënten (ADCs), en eigen vector waarden zijn nuttig voor het visualiseren van microstructurele pathologische veranderingen in het ruggenmerg. Verminderde FA en verhogingen van ADCs en eigen vector waarden werden waargenomen bij chronische ruggenmerg compressie patiënten in vergelijking met gezonde controles. DTI kan helpen chirurgen begrijpen ruggenmergletsel ernst en bieden belangrijke informatie met betrekking tot prognose en neurale functionele herstel. Tot slot, dit protocol biedt een gevoelige, gedetailleerde en niet-invasieve tool om het ruggenmerg compressie te evalueren.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Chronische ruggenmerg compressie is de meest voorkomende oorzaak van het ruggenmerg impairment1. Deze aandoening kan te wijten zijn aan posterior longitudinale ligament ossificatie, hematoom, cervicale schijf herniatie, wervel degeneratie, of intraspinale tumoren2,3. Chronische ruggenmerg compressie kan leiden tot verschillende graden van functionele tekorten; echter, er zijn klinische gevallen met ernstige ruggenmerg compressie zonder neurologische symptomen en tekenen, evenals patiënten met een milde ruggenmerg compressie, maar ernstige neurologische tekorten4. Onder deze omstandigheden, gevoelige beeldvorming is essentieel om compressie ernst te evalueren en het bereik van de schade te identificeren.

Conventionele MRI speelt een belangrijke rol bij het ophelderen van het ruggenmerg anatomie. Deze techniek wordt meestal gebruikt om de compressiegraad te evalueren vanwege de gevoeligheid voor zachte weefsels5. Veel parameters kunnen worden gemeten van MRI, zoals de heer signaalintensiteit, snoer morfologie, en wervelkanaal gebied. Echter, MRI heeft een aantal beperkingen en levert alleen kwalitatieve informatie in plaats van kwantitatieve resultaten6. Patiënten met een chronische ruggenmerg compressie hebben vaak abnormale signaal veranderingen van de MRI-intensiteit. Echter, verschillen tussen klinische symptomen en MRI-intensiteit veranderingen maken het moeilijk om een functionele aandoening alleen gebaseerd op MRI-kenmerken7te diagnosticeren. Eerdere studies benadrukken deze controverse in termen van de prognostische waarde van MRI T2 hyperintensity in de wervelkolom cord8. Twee groepen meldden dat T2 hyperintensity van het ruggenmerg is een slechte prognostische parameter na de operatie voor chronische ruggenmerg compression8, 9. In tegenstelling, sommige auteurs vonden geen significante associatie tussen T2 signaal veranderingen en prognose8,9. Chen et al. en Druten et al. verdeelde MRI T2 hyperintensities in twee categorieën die overeenkomen met verschillende prognostische uitkomsten10,11. Type 1 toonde vage, vage, onduidelijke grenzen, en deze categorie toonde omkeerbare histologische veranderingen. Type 2 beelden presenteerden intense, goed gedefinieerde grenzen, die overeenkwam met onomkeerbare pathologische schade. Conventionele T1/T2 MRI-technieken bieden geen adequate informatie om deze twee categorieën te identificeren en de patiënt prognose te evalueren. Daarentegen, DTI, een meer verfijnde Imaging techniek, kan helpen bij het verkrijgen van meer specifieke prognostische informatie door kwantitatief detecteren van microstructurele veranderingen in weefsels via watermolecule diffusie.

In de afgelopen jaren heeft DTI garnered toenemende aandacht als gevolg van haar vermogen om het ruggenmerg microarchitectuur te beschrijven. DTI kan meten van de richting en de omvang van de watermolecule diffusie in weefsels. DTI parameters kunnen kwantitatief te evalueren neurale schade bij patiënten met een chronische ruggenmerg compressie. FA en de ADC zijn de meest toegepaste parameters tijdens het ruggenmerg evaluatie. De FA waarde onthult de mate van anisotropie te oriënteren rond axonale vezels en anatomische grenzen te beschrijven12,13. De ADC waarde geeft informatie over de kenmerken van moleculaire beweging in vele richtingen in een driedimensionale ruimte en onthult het gemiddelde van diffusivities langs de drie belangrijkste assen6,12. Veranderingen in deze parameters worden geassocieerd met microstructurele veranderingen die de watermolecule diffusie beïnvloeden. Daarom kunnen chirurgen gebruiken/meten DTI parameters om het ruggenmerg pathologie te identificeren. De huidige studie biedt DTI methoden en processen die meer gedetailleerde prognostische informatie voor de behandeling van patiënten met een chronische ruggenmerg compressie.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De studie werd goedgekeurd door de lokale medische ethiekcommissie in Guangzhou First People's Hospital in China. Ondertekende geïnformeerde toestemmingsformulieren werden ontvangen van gezonde vrijwilligers en deelnemers voorafgaand aan deelname. Alle studies werden uitgevoerd in overeenstemming met de World Medical Association verklaring van Helsinki.

1. onderwerp voorbereiding

  1. Zorg ervoor dat elke deelnemer voldoet aan de volgende criteria voor chronische ruggenmerg compressie: a) een geschiedenis van het verlies van significante neurologische functie, b) een positieve Myelopathie lichamelijk onderzoek, en c) MRI bewijs van cervicale koord compressie.
    Opmerking: De uitsluitingscriteria zijn een) onvermogen van het verstrekken van schriftelijke toestemming en b) onvermogen om DTI parameters van artefacten te verkrijgen. Voor controles, inclusie criteria zijn a) geen geschiedenis van significante rug of nek verwondingen, neurologische aandoeningen, of wervelkolom operaties; b) geen MRI-bewijs van cervicale koord compressie.
  2. SK elke deelnemer om een toestemmingsformulier te voltooien en te ondertekenen dat MRI veiligheidsrichtlijnen en het Imaging protocol vermeldt. Specifiek, patiënten met een chronische ruggenmerg compressie worden onderzocht door MRI preoperatief en 1 jaar postoperatief.
  3. rovide oordopjes voor elke deelnemer. Plaats ze in een liggende positie met een hoofd/nek spoel omsluit de cervicale regio, en een oriëntatiepunt op het schildklier kraakbeen niveau. Zorg ervoor dat elke deelnemer in een comfortabele positie die effectief vermindert beweging.

2. structurele MRI parameters

Opmerking: Anatomische T1-gewogen (T1 W) beelden, T2-gewogen (T2 W) beelden, en DTI verworven op een 3 Tesla MRI-scanner met een 16-kanaals hoofd spoel.

  1. Gebruik snelle verstoring gradiënt echo (FPGR) voor lokalisatie scannen om axiale, sagittale en coronale positie kaarten te verkrijgen.
  2. Plaats de sagittale positionerings lijn met de coronale positie kaarten om ervoor te zorgen dat de positionerings basis evenwijdig is aan het wervelkanaal (ruggenmerg); Zoek eerst de sagittale vliegtuig T2 W, kopieer en plak de sagittale T1 W positionering lijn naar de T2 W positionering lijn.
    1. Gebruik de volgende imaging parameters voor T1 W en T2 W sagittale Imaging: gezichtsveld (FOV) = 240 mm x 240 mm, Voxel grootte = 1,0 mm x 0,8 mm x 3,0 mm, slice gap = 0,3 mm, slice dikte = 3 mm, aantal excitatie (NEX) = 2, vouw-over richting = voeten/hoofd (FH) , en tijd van ECHO (TE)/time van herhaling (TR) = 10/700 MS (T1 W) en 101/2500 MS (T2 W). Verkrijg negen sagittale beelden met betrekking tot de gehele cervicale ruggenmerg.
  3. Plaats de axiale positionering lijn op de sagittale T2 W beeld en bedek de intervertebral schijf van C2/3 tot C6/7, gecentreerd op de achterwaartse diameter van de intervertebral ruimte. Gebruik de volgende imaging parameters: FOV = 180 mm x 180 mm, Voxel size = 0,7 mm x 0,6 mm x 3,0 mm, slice dikte = 3 mm, fold-over richting = anterior/posterior (AP), NEX = 2, en TE/TR = 120/3000 MS.
  4. Positioneer de axiale positionering lijn op de sagittale T2 W beeld, gecentreerd op de achterwaartse diameter van de intervertebral ruimte, met 45 plakjes die het cervicale ruggenmerg van C1 tot C7.
    1. Verkrijg DTI via de volgende sequentie: single-shot spin-echo echo-Planar Imaging (SE-EPI) met 20 orthogonale richtingen. Niet-coplanar diffusie richtingen met b-waarde = 800 s/mm2.
    2. Gebruik de volgende imaging parameters: FOV = 230 mm x 230 mm, de matrijs van de aanwinst = 98 x 98, opnieuw opgebouwde resolutie = 1,17 x 1,17, de dikte van het segment = 3 mm, vouw-over richting = AP, NEX = 2, EPI factor = 98, en TE/TR = 74/8300 Mej. Geef een tijd cursus samen die de stappen samenvat in het MRI-protocol, zoals weergegeven in Figuur 1.
      Opmerking: De tijds cursus waarin het MRI-en DTI-protocol wordt samengevat, wordt weergegeven in Figuur 1.

3. image nabewerking en data Measurement indexen

  1. Alle Scan beelden automatisch overbrengen naar de Syngo MR B17. Laad de T2 W sagittale en axiale beeldvorming van de intervertebral ruimte in de film-interface en vind de meest gecomprimeerde gedeelte van het cervicale ruggenmerg.
  2. In de 2:1 Viewing interface, laadt u de FA image en klikt u op de positie display: reeks tab. Count en noteer het niveau van de hoogste compressie van de top naar de onderkant van de locatie kaart.
  3. Klik op het tabblad bestand om het beeld van de strekspier te selecteren en gebruik vervolgens de werkbalk toepassingen linksboven in het scherm om neuro 3D (Mr) te selecteren om automatisch ADC en FA colormaps te maken.
  4. Draai aan het niveau van de hoogste compressie plaats, en maak sferische gebieden van belang (ROIs) van identieke volumes (met een grootte van 6 mm3) gebruikend het lusje van de wijze van de evaluatie van de Start . De ROIs moet worden geselecteerd, met inbegrip van de innerlijke ruggenmerg om de gedeeltelijke volume-effecten van hersenvocht (CB) uit te sluiten.
  5. De VA-en ADC-waarden rechtsonder in het scherm automatisch berekenen en weergeven. Geef de E1-, E2-en E3-waarden weer door op de werkbalk Diffusion te klikken en deze te kiezen.
    Opmerking: Alle metingen werden uitgevoerd door twee radiologen verblind voor de patiënten ' klinische Details. De uiteindelijke resultaten werden bepaald als het gemiddelde van de twee.
  6. Voer beeldverwerking van de DTI datasets met behulp van een Syngo de heer B17 Advantage Workstation, volgens de stappen in Figuur 2.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit is een samenvatting van de resultaten verkregen van gezonde vrijwilligers en patiënten met cervicale spondylotic Myelopathie. Het protocol stelde de arts in staat om DTI kaarten te bekijken. Deze technologie kan dienen als een objectieve maatregel om de functionele status te meten in myelopathic omstandigheden. DTI kaarten van gezonde vrijwilligers zijn weergegeven in Figuur 3. De DTI parameters van gezonde vrijwilligers waren als volgt: FA = 0,661; ADC = 1,006 x 10-3 mm2...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Conventionele MRI wordt meestal gebruikt om de prognose van patiënten met verschillende wervelkolom voorwaarden te beoordelen. Echter, deze Imaging modaliteit biedt macroscopische anatomische Details in plaats van microstructuur evaluatie14, die de voorspelling van de neurologische functie beperkt. Bovendien kan de traditionele MRI onderschatten de ernst en de omvang van het ruggenmergschade. De opkomst van DTI kan helpen chirurgen om het ruggenmerg functie nauwkeuriger te evalueren door het verst...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deze studie werd ondersteund door Guangzhou Science and Technology project van China (No. 201607010021) en de Nature Science Foundation van JiangXi (No. 20142BAB205065)

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
3-Tesla MRI-scannerSiemens40708Software: NUMARIS/4
Syngo MR B17Siemens40708Software: NUMARIS/4

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Sun, G. D., et al. A progressive compression model of thoracic spinal cord injury in mice: function assessment and pathological changes in spinal cord. Neural Regeneration Research. 12 (8), 1365-1374 (2017).
  2. Watanabe, N., et al. Neurological Recovery after Posterior Spinal Surgery in Patients with Metastatic Epidural Spinal Cord Compression. Acta Medica Okayama. 70 (6), 449(2016).
  3. Tatsui, C. E., et al. Spinal Laser Interstitial Thermal Therapy: A Novel Alternative to Surgery for Metastatic Epidural Spinal Cord Compression. Neurosurgery. 79 Suppl 1 (suppl_1), S73(2016).
  4. Zheng, W., et al. Application of Diffusion Tensor Imaging Cutoff Value to Evaluate the Severity and Postoperative Neurologic Recovery of Cervical Spondylotic Myelopathy. World Neurosurgery. 118, e849-e855 (2018).
  5. Ellingson, B. M., Salamon, N., Holly, L. T. Imaging techniques in spinal cord injury. World Neurosurgery. 82 (6), 1351-1358 (2014).
  6. Zhao, C., et al. Diffusion tensor imaging of spinal cord parenchyma lesion in rat with chronic spinal cord injury. Magnetic Resonance Imaging. 47, 25-32 (2018).
  7. Mohanty, C., Massicotte, E. M., Fehlings, M. G., Shamji, M. F. The Association of Preoperative Cervical Spine Alignment with Spinal Cord Magnetic Resonance Imaging Hyperintensity and Myelopathy Severity: Analysis of a Series of 124 Cases. Spine. 40 (1), 11-16 (2015).
  8. Tetreault, L. A., et al. Systematic review of magnetic resonance imaging characteristics that affect treatment decision making and predict clinical outcome in patients with cervical spondylotic myelopathy. Spine. 38 (22 Suppl 1), S89(2013).
  9. Nouri, A. The Role of Magnetic Resonance Imaging in Predicting Surgical Outcome in Patients with Degenerative Cervical Myelopathy. , University of Toronto. Master’s thesis (2015).
  10. Chen, C. J., Lyu, R. K., Lee, S. T., Wong, Y. C., Wang, L. J. Intramedullary high signal intensity on T2-weighted MR images in cervical spondylotic myelopathy: prediction of prognosis with type of intensity. Radiology. 221 (3), 789-794 (2001).
  11. Vedantam, A., Jonathan, A., Rajshekhar, V. Association of magnetic resonance imaging signal changes and outcome prediction after surgery for cervical spondylotic myelopathy. Journal of Neurosurgery Spine. 15 (6), 660(2011).
  12. Vedantam, A., et al. Diffusion tensor imaging of the spinal cord: insights from animal and human studies. Neurosurgery. 74 (1), 1-8 (2014).
  13. Bazley, F. A., et al. DTI for assessing axonal integrity after contusive spinal cord injury and transplantation of oligodendrocyte progenitor cells. Conference Proceedings: Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2012 (4), 82-85 (2012).
  14. Lewis, M., Yap, P. T., Mccullough, S., Olby, N. The relationship between lesion severity characterized by diffusion tensor imaging and motor function in chronic canine spinal cord injury. Journal of Neurotrauma. 35 (3), (2018).
  15. Hagmann, P., et al. Understanding diffusion MR imaging techniques: from scalar diffusion-weighted imaging to diffusion tensor imaging and beyond. Radiographics. 26 Suppl 1 (suppl_1), S205(2006).
  16. Zheng, W., et al. Time course of diffusion tensor imaging metrics in the chronic spinal cord compression rat model. Acta Radiologica. , 284185118795335(2018).
  17. Jones, J. G., Cen, S. Y., Lebel, R. M., Hsieh, P. C., Law, M. Diffusion Tensor Imaging Correlates with the Clinical Assessment of Disease Severity in Cervical Spondylotic Myelopathy and Predicts Outcome following Surgery. American Journal of Neuroradiology. 34 (2), 471-478 (2013).
  18. Kerkovský, M., et al. Magnetic resonance diffusion tensor imaging in patients with cervical spondylotic spinal cord compression: correlations between clinical and electrophysiological findings. Spine. 37 (1), 48-56 (2012).
  19. Zheng, W., et al. Application of Diffusion Tensor Imaging Cutoff Value to Evaluate the Severity and Postoperative Neurologic Recovery of Cervical Spondylotic Myelopathy. World Neurosurgery. 118, e849-e855 (2018).
  20. Thurnher, M. M., Law, M. Diffusion-weighted imaging, diffusion-tensor imaging, and fiber tractography of the spinal cord. Magnetic Resonance Imaging Clinics of North America. 17 (2), 225-244 (2009).
  21. Cadotte, A., et al. Spinal Cord Segmentation by One Dimensional Normalized Template Matching: A Novel, Quantitative Technique to Analyze Advanced Magnetic Resonance Imaging Data. PLOS ONE. 10 (10), e0139323(2015).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Diffusietensormetingfractionele anisotropieschijnbare diffusieco ffici ntdiffusie van watermoleculenmicrostructurele pathologische veranderingenneuraal functioneel herstelklinische MRI scanners

Gerelateerde artikelen