Diffusie strekspier Magnetic resonance imaging in chronische ruggenmerg compressie
7 mei 2019
Hier presenteren we een protocol voor de toepassing van Diffusion strekspier imaging parameters te evalueren ruggenmerg compressie.
De anatomische spinale ruggenmerg microstructuur detail verstrekt door conventionele MRI niet nauwkeurig schatten van de werkelijke neuronale schade of het neuronale herstel potentieel bij chronische ruggenmerg compressie patiënten. Diffusie tensor imaging, of DTI, kan ons helpen om meer specifieke prognostische informatie te verkrijgen door het detecteren van hoeveelheid microstructuur verandering in weefsels via de verspreiding van watermoleculen. Chronische ruggenmerg compressie kan leiden tot terugkerende ischemische schade aan de wervelkolom koord, wat resulteert in histopathologische verandering in downstream zenuwvezels.
Deze wijziging kan worden gevisualiseerd met de DTI. DTI is een gevoelige techniek die een maat voor de richting en de verspreiding magnitude van watermoleculen in weefsels kan bieden. Hier tonen we de toepassing van diffusie tensor imaging parameters in de evaluatie van gecomprimeerd ruggenmerg voor gebruik in high-performance klinische MRI-scanners die een 3.0T MR-systeem.
Voor het begin van de beeldvormingsprocedure, geef oordoppen aan de deelnemer en help de deelnemer in een comfortabele supine positie. Plaats een hoofd/nekspoel over het cervicale gebied en een oriëntatiepunt op het niveau van het schildklierkraakbeen. Wanneer de deelnemer in positie is, gebruikt u snelle verstoringsgradiëntcho om axiale, sagittale en coronale positiekaarten te verkrijgen.
Zoek het T2-gewogen sagittale vlak en kopieer en plak de sagittale T1-gewogen positioneringslijn naar de T2-gewogen positioneringslijn met behulp van de coronale positiekaarten om ervoor te zorgen dat de positioneringsbasislijn parallel aan het ruggenmergkanaal is. Stel het gezichtsveld van de T1- en T2-gewogen in op 240 bij 240 millimeter, de voxel grootte tot een bij 0,8 bij drie millimeter, de slice gap tot 0,3 millimeter, de plakdikte tot drie millimeter, het aantal opwinding tot twee, de vouwrichting tot voeten-hoofd, de tijd van echo van herhaling tot 10 meer dan 700 milliseconden voor de T1-gewogen veld, en 101 over 2 , 500 voor het T2-gewogen veld. Verkrijg vervolgens negen sagittale afbeeldingen die het gehele cervicale ruggenmerg bedekken en plaats de axiale positioneringslijn op het sagittale T2 W-beeld.
Bedek vervolgens de tussenwervelschijf van C2-3 tot C6-7, gecentreerd op de anteroposteriordiameter van de tussenwervelruimte, en stel het gezichtsveld in op 180 bij 180 millimeter, de voxelgrootte op 0,7 bij 0,6 bij drie millimeter, de plakdikte op drie millimeter, de vouwrichting naar de voorste achterste, het aantal excitatie op twee en de tijd van echotijd van herhaling tot 120 over 3 , 000 milliseconden. Plaats vervolgens de axiale positioneringslijn op het sagittale T2-gewogen beeld en centreer de anteroposteriordiameter van de tussenwervelruimte, met 45 plakjes die het cervicale ruggenmerg van C1 tot C7 bedekken. Gebruik voor spreidings tensor imaging een single-shot spin-echo echo-planar beeldvorming met 20 orthogonale richtingen en niet-coplanaire diffusierichtingen met b-waarden gelijk aan 800 seconden per millimeter in het kwadraat; en stel het gezichtsveld in op 230 bij 230 millimeter, de aanschafmatrix op 98 bij 98, de gereconstrueerde resolutie op 1,17 bij 1,17, de plakdikte tot drie millimeter, de vouwrichting naar de voorste achterste , het aantal excitatie tot twee, de echo-planaire beeldvormingsfactor tot 98 en de tijd van echotijd van herhaling tot 74 over 8, 300 milliseconden. Voor beeldnabewerking exporteert u de afbeeldingen naar de analyzer en laadt u de T2-gewogen sagittale en axiale beelden van de tussenwervelruimte in de filminterface.
Zoek het meest gecomprimeerde gedeelte van het cervicale ruggenmerg en laad het fractionele anisotropiebeeld in de twee-op-een kijkinterface. Klik op Display-reeks positie en bepaal het niveau van de hoogste compressie van boven naar de onderkant van de locatiekaart. Klik op Bestand om de tensorafbeelding te selecteren.
Selecteer Neuro 3D Magnetic Resonance om automatisch zichtbare diffusiecoëfficiënt en fractionele anisotropie kleurkaarten te maken. Ga naar de zijkant van de hoogste compressie en gebruik de Start Evaluation Mode om bolvormige zes millimeter blokjes te maken die van belang zijn in en rond het binnenste ruggenmerg om de gedeeltelijke volume-effecten van hersenvocht uit te sluiten. De fractionele anisotropie en schijnbare diffusiecoëfficiëntwaarden worden automatisch berekend.
Klik vervolgens op Diffusie en selecteer E1, E2 en E3 om hun waarden weer te geven. Hier worden representatieve diffusie tensor imaging kaarten van gezonde vrijwilligers getoond. Deze diffusie tensor imaging kaarten van chronische ruggenmerg compressie patiënten maakt het mogelijk de functionele status van de compressie bij deze patiënten te meten zoals net aangetoond.
Postoperatieve beeldvorming van chronische ruggenmergcompressiepatiënten die een operatie ondergingen, maakt een functionele beoordeling van de verlichting van de compressie mogelijk om het herstel van de patiënt te helpen volgen. Er moeten gebieden van belang zijn bij het binnenste ruggenmerg om de gedeeltelijke volume-effecten van de hersenvloeistoffen uit te sluiten. De kwantitatieve gegevens verkregen door DTI maakt een nauwkeurig oordeel over de omvang van de letselschade en biedt tijdige en nauwkeurige objectieve indicaties voor de behandeling van de kliniek.
Voordat u gaat scannen, vragen we elke deelnemer om een toestemmingsformulier in te vullen en te ondertekenen dat het beeldvormingsprotocol en de MRI-veiligheidsrichtlijnen schetst.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie presenteert een gedetailleerd protocol dat gebruikmaakt van parameters van diffusietensorbeeldvorming (DTI) om compressie van het ruggenmerg bij patiënten te beoordelen. Door de tekortkomingen van conventionele MRI bij het vaststellen van neuronale schade aan te pakken, beoogt dit protocol de prognostische evaluaties te verbeteren en het herstel na de operatie te volgen.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschappelijk gebied
- Neurowetenschappen
- Beeldvormingstechnieken
- Ruggenmergonderzoek
Achtergrond
- Conventionele MRI slaagt er niet in om neuronale schade bij chronische compressie van het ruggenmerg nauwkeurig te meten.
- Chronische compressie veroorzaakt recidiverende ischemische schade, wat leidt tot blijvende histopathologische veranderingen.
- Diffusietensorbeeldvorming biedt een gevoeligere aanpak voor het visualiseren van microstructurele veranderingen.
- Het beoordelen van DTI-parameters kan prognostische inzichten opleveren in klinische settings.
Doel van het onderzoek
- Om aan te tonen hoe DTI ruggenmergcompressie effectiever kan evalueren dan conventionele MRI.
- Om gestandaardiseerde beeldvormingsprotocollen op te stellen voor hoogwaardige klinische MRI-scanners.
- Om meetbare gegevens te leveren voor het beoordelen van de functionele status van het ruggenmerg bij patiënten.
Gebruikte methoden
- Diffusietensorbeeldvorming werd gebruikt om compressie van het cervicale ruggenmerg te analyseren.
- Het biologische model bestond uit patiënten met chronische compressie van het ruggenmerg.
- Voor de beeldacquisitie werden 3.0T MRI-systemen gebruikt met specifieke protocollen voor T1- en T2-gewogen beeldvorming.
- De data-analyse omvatte het maken van fractionele anisotropiekaarten en metingen van de schijnbare diffusiecoëfficiënt.
Belangrijkste resultaten
- De toepassing van DTI-parameters hielp bij het visualiseren van de mate van compressie en neuronale schade.
- Kwantitatieve gegevens ondersteunen het volgen van het herstel en de functionele status bij chirurgische patiënten.
- De resultaten bieden objectieve indicatoren voor klinische behandelbeslissingen.
Conclusies
- Deze studie stelt een DTI-protocol vast voor een verbeterde evaluatie van compressie van het ruggenmerg.
- Het demonstreert de effectiviteit van geavanceerde beeldtechnieken bij het begrijpen van neuronale schade en herstel.
- De bevindingen benadrukken het nut van beeldvorming bij klinische beoordelingen en potentiële therapeutische benaderingen.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de industrie
Diffusietensorbeeldvorming (DTI) biedt een kwantitatieve microstructurele beoordeling van ruggemergweefsel, waardoor een kritisch tekort in conventionele MRI wordt opgevuld bij het evalueren van neuronaal letsel en het herstelpotentieel bij chronische compressie van het ruggemerg. Deze mogelijkheid ondersteunt preklinische targetvalidatie door objectieve, niet-invasieve monitoring van histopathologische veranderingen mogelijk te maken die relevant zijn voor neuroprotectieve of neurorestauratieve therapeutische strategieën. Op DTI gebaseerde metrieken, zoals fractionele anisotropie en de schijnbare diffusiecoëfficiënt, bieden voorspellende biomarkers om de risico's in translationele trajecten binnen het onderzoek naar ruggemergletsel te verminderen.
Strategische Toepassingen in Biopharma R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen mogelijk door microstructurele pathologische veranderingen in ruggenmergweefsel te visualiseren via een afname van de fractionele anisotropie en een toename van de schijnbare diffusiecoëfficiënten.
- Operationele waarde: Levert kwantitatieve, reproduceerbare resultaten voor het beoordelen van target engagement en biologische risicoreductie in preklinische modellen van ruggenmergcompressie.
Screening & assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Bereidt gevalideerde biologische systemen voor op downstream workflows door het vaststellen van gestandaardiseerde DTI-protocollen die partiële volume-effecten van cerebrospinale vloeistof uitsluiten via nauwkeurige plaatsing van de region-of-interest.
- Operationele waarde: Waarborgt de reproduceerbaarheid en schaalbaarheid van assays op high-performance 3.0T klinische MRI-scanners met behulp van gedefinieerde acquisitieparameters (b-waarde 800 s/mm², 20 orthogonale richtingen).
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Ondersteunt ziektespecifieke systeemmodellering door DTI-afgeleide histopathologische veranderingen te koppelen aan functionele resultaten, wat prognostische stratificatie en het monitoren van neuraal herstel na interventie mogelijk maakt.
- Operationele waarde: Faciliteert translationele continuïteit van ontdekking tot preklinische validatie door objectieve, kwantitatieve indicatoren te bieden voor de omvang van laesies en de beoordeling van de behandelrespons.
Pipeline- en workflowintegratie
DTI integreert in het ontdekkingscontinuüm door hypothesetests mogelijk te maken bij vroege targetvalidatie, de assay-gereedheid bij screening te ondersteunen en risico-gecorrigeerde beslissingen over verdere ontwikkeling in translationeel onderzoek te onderbouwen via kwantitatieve microstructurele metrieken.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetesten en de verduidelijking van pathways door veranderingen in de diffusie van watermoleculen te detecteren die de axonale integriteit en demyelinisatie in gecomprimeerd ruggenmergweefsel weerspiegelen.
- Screening: Zorgt voor assay-gereedheid via gestandaardiseerde protocollen die reproduceerbare kaarten van fractionele anisotropie en de schijnbare diffusiecoëfficiënt opleveren voor comparatieve conditieanalyse.
- Analytics: Genereert kwantitatieve metingen van afhankelijke variabelen (FA, ADC, eigenvectorwaarden) die statistische vergelijking mogelijk maken tussen gezonde, gecomprimeerde en post-behandelingsstaten van het ruggenmerg.
- Translationeel Onderzoek: Verbindt met preklinische continuïteit door prognostische inzichten te bieden in neuronale schade en herstelpotentieel, wat go/no-go-beslissingen voor neurotherapeutische kandidaten informeert.
- Enterprise Hergebruik: Fungeert als een herbruikbare imaging-mogelijkheid in zowel preklinische als klinische settings vanwege het niet-invasieve karakter en de compatibiliteit met standaard 3.0T MRI-platforms.
Operationele en ondernemingsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen door mechanistische ambiguïteit in modellen van ruggenmergletsel te verminderen via directe visualisatie van microstructurele pathologie.
- Operationele waarde: Biedt standaardisatie en reproduceerbaarheid via geprotocolleerde acquisitie- en post-processingsstappen, inclusief sferische ROI-plaatsing om contaminatie door cerebrospinale vloeistof te minimaliseren.
- Strategische waarde: Verbetert de go/no-go besluitvorming door het leveren van objectieve, kwantitatieve gegevens over de ernst van de laesie en het potentieel voor functioneel herstel, waardoor biologische risico's in een laat stadium van neurotherapeutische ontwikkeling worden verminderd.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering van therapieën voor ruggenmergletsel mogelijk op basis van DTI-afgeleide biomarkers voor axonale preservatie en microstructurele integriteit.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in neuro-imaging, diffusion tensor-verwerking en spinale anatomie voor een nauwkeurige uitvoering van het protocol en interpretatie van de gegevens.
- Is afhankelijk van toegang tot high-performance 3.0T MRI-systemen die in staat zijn tot single-shot spin-echo echo-planar imaging met 20 niet-coplanaire diffusierichtingen.
- Vereist cross-team standaardisatie van protocollen voor het tekenen van regions-of-interest om partial volume-effecten van cerebrospinale vloeistof in longitudinale studies uit te sluiten.
- Houdt rekening met aanpassingen bij het vertalen van protocollen naar verschillende modellen van dwarslaesies of veldsterktes, waarbij consistente b-waarden en directionele sampling behouden blijven.
- Omvat praktische beperkingen, zoals gevoeligheid voor magnetische susceptibiliteitsartefacten nabij interfaces tussen bot en weefsel en de noodzaak van langere scantijden om een voldoende signaal-ruisverhouding te bereiken in kleine cervicale gebieden van het ruggenmerg.
