Artykuł metodologiczny

Rezonans magnetyczny tensora dyfuzji w przewlekłym ucisku rdzenia kręgowego

DOI:

10.3791/59069

⸱

7 maja 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

W tym artykule

Podsumowanie

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

Tutaj prezentujemy protokół zastosowania parametrów obrazowania tensora dyfuzji do oceny ucisku rdzenia kręgowego.

Streszczenie

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

Przewlekłe uciskanie rdzenia kręgowego jest najczęstszą przyczyną upośledzenia rdzenia kręgowego u pacjentów z nieurazowym uszkodzeniem rdzenia kręgowego. Konwencjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) odgrywa ważną rolę zarówno w potwierdzaniu diagnozy, jak i ocenie stopnia kompresji. Jednak szczegóły anatomiczne dostarczane przez konwencjonalny rezonans magnetyczny nie są wystarczające do dokładnego oszacowania uszkodzenia neuronów i/lub oceny możliwości odzyskania neuronów u pacjentów z przewlekłym uciskiem rdzenia kręgowego. Natomiast obrazowanie tensora dyfuzji (DTI) może dostarczyć wyników ilościowych zgodnie z wykrywaniem dyfuzji cząsteczek wody w tkankach. W niniejszym badaniu opracowujemy ramy metodologiczne ilustrujące zastosowanie DTI w przewlekłej chorobie uciskowej rdzenia kręgowego. Anizotropia frakcyjna DTI (FA), współczynniki dyfuzji pozornej (ADC) i wartości wektora własnego są przydatne do wizualizacji mikrostrukturalnych zmian patologicznych w rdzeniu kręgowym. U pacjentów z przewlekłym uciskiem rdzenia kręgowego zaobserwowano zmniejszenie FA i wzrost wartości ADC i wektora własnego w porównaniu ze zdrowymi osobami z grupy kontrolnej. DTI może pomóc chirurgom zrozumieć powagę urazu rdzenia kręgowego i dostarczyć ważnych informacji dotyczących rokowania i powrotu do funkcjonowania neuronów. Podsumowując, protokół ten zapewnia czułe, szczegółowe i nieinwazyjne narzędzie do oceny kompresji rdzenia kręgowego.

Wprowadzenie

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

Przewlekłe uciskanie rdzenia kręgowego jest najczęstszą przyczyną upośledzenia rdzenia kręgowego1. Ten stan może być spowodowany kostnieniem więzadła podłużnego tylnego, krwiakiem, przepukliną dysku szyjnego, zwyrodnieniem kręgów lub guzami śródrdzeniowymi2,3. Przewlekły ucisk rdzenia kręgowego może prowadzić do różnego stopnia deficytów funkcjonalnych; Istnieją jednak przypadki kliniczne z poważnym uciskiem rdzenia kręgowego bez żadnych objawów neurologicznych i podmiotowych, a także pacjenci z łagodnym uciskiem rdzenia kręgowego, ale poważnymi deficytami neurologicznymi4. W takich okolicznościach czułe obrazowanie jest niezbędne do oceny stopnia ucisku i określenia zakresu uszkodzeń.

Konwencjonalny rezonans magnetyczny odgrywa znaczącą rolę w wyjaśnianiu anatomii rdzenia kręgowego. Ta technika jest zwykle wykorzystywana do oceny stopnia kompresji ze względu na jej wrażliwość na tkanki miękkie5. Za pomocą MRI można zmierzyć wiele parametrów, takich jak intensywność sygnału MR, morfologia rdzenia kręgowego i obszar kanału kręgowego. Jednak MRI ma pewne ograniczenia i dostarcza tylko informacji jakościowych, a nie ilościowych6. Pacjenci z przewlekłym uciskiem rdzenia kręgowego często mają nieprawidłowe zmiany intensywności sygnału MRI. Jednak rozbieżności między objawami klinicznymi a zmianami intensywności MRI utrudniają zdiagnozowanie stanu funkcjonalnego wyłącznie na podstawie charakterystyki MRI7. Wcześniejsze badania podkreślają tę kontrowersję pod względem wartości prognostycznej hiperintensywności MRI T2 w rdzeniu kręgowym8. Dwie grupy zgłosiły, że nadmierność T2 rdzenia kręgowego jest złym parametrem prognostycznym po operacji przewlekłego ucisku rdzenia kręgowego8,9. W przeciwieństwie do tego, niektórzy autorzy nie znaleźli istotnego związku między zmianami sygnału T2 a rokowaniem8,9. Chen i wsp. oraz Vedantam i wsp. podzielili hiperintensywność MRI T2 na dwie kategorie odpowiadające różnym wynikom prognostycznym10,11. Typ 1 wykazywał słabe, rozmyte, niewyraźne granice, a ta kategoria wykazywała odwracalne zmiany histologiczne. Obrazy typu 2 prezentowały intensywne, dobrze zdefiniowane granice, które odpowiadały nieodwracalnym uszkodzeniom patologicznym. Konwencjonalne techniki rezonansu magnetycznego T1/T2 nie dostarczają wystarczających informacji do identyfikacji tych dwóch kategorii i oceny rokowania pacjenta. Z kolei DTI, bardziej wyrafinowana technika obrazowania, może pomóc w uzyskaniu bardziej szczegółowych informacji prognostycznych, poprzez ilościowe wykrywanie zmian mikrostrukturalnych w tkankach poprzez dyfuzję cząsteczek wody.

W ostatnich latach DTI cieszy się coraz większym zainteresowaniem ze względu na swoją zdolność do opisywania mikroarchitektury rdzenia kręgowego. DTI może mierzyć kierunek i wielkość dyfuzji cząsteczek wody w tkankach. Parametry DTI mogą ilościowo oceniać uszkodzenie neuronów u pacjentów z przewlekłym uciskiem rdzenia kręgowego. FA i ADC są najczęściej stosowanymi parametrami podczas oceny rdzenia kręgowego. Wartość FA ujawnia stopień anizotropii w celu orientacji otaczających włókien aksonalnych i opisania granic anatomicznych12,13. Wartość ADC dostarcza informacji o charakterystyce ruchu molekularnego w wielu kierunkach w przestrzeni trójwymiarowej i ujawnia średnią dyfuzyjności wzdłuż trzech głównych osi6,12. Zmiany tych parametrów są związane ze zmianami mikrostrukturalnymi, które wpływają na dyfuzję cząsteczek wody. Dlatego chirurdzy mogą wykorzystać/zmierzyć parametry DTI w celu identyfikacji patologii rdzenia kręgowego. Niniejsze badanie dostarcza metod i procesów DTI, które dostarczają bardziej szczegółowych informacji prognostycznych, aby leczyć pacjentów z przewlekłym uciskiem rdzenia kręgowego.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

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

Badanie zostało zatwierdzone przez lokalną Komisję Etyki Medycznej w Guangzhou First People's Hospital w Chinach. Podpisane formularze świadomej zgody otrzymano od zdrowych ochotników i uczestników przed uczestnictwem. Wszystkie badania zostały przeprowadzone zgodnie z Deklaracją Helsińską Światowego Stowarzyszenia Lekarzy (World Medical Association).

1. Przygotowanie do przedmiotu

  1. Upewnij się, że każdy uczestnik spełnia następujące kryteria przewlekłego ucisku rdzenia kręgowego: a) historia utraty istotnych funkcji neurologicznych, b) dodatnie badanie fizykalne mielopatii oraz c) dowody MRI na ucisk rdzenia szyjnego.
    nuta: Kryteriami wykluczenia są: a) niemożność udzielenia pisemnej zgody oraz b) brak możliwości uzyskania parametrów DTI artefaktów. W przypadku grupy kontrolnej kryteriami włączenia są: a) brak historii poważnych urazów pleców lub szyi, zaburzeń neurologicznych lub operacji kręgosłupa; b) brak dowodów MRI na ucisk rdzenia szyjnego.
  2. Każdy uczestnik musi wypełnić i podpisać formularz zgody, który zawiera wytyczne dotyczące bezpieczeństwa MRI i protokół obrazowania. W szczególności pacjenci z przewlekłym uciskiem rdzenia kręgowego są badani za pomocą rezonansu magnetycznego przed operacją i 1 rok po operacji.
  3. Zatyczki do uszu Rovide dla każdego uczestnika. Umieść je w pozycji leżącej na plecach ze zwojem głowy/szyi obejmującym odcinek szyjny i punktem orientacyjnym na poziomie chrząstki tarczycy. Upewnij się, że każdy uczestnik znajduje się w wygodnej pozycji, która skutecznie ogranicza ruchy.

2. Strukturalne parametry MRI

UWAGA: Obrazy anatomiczne T1-zależne (T1 W), T2-ważone (T2 W) obrazy i DTI uzyskane na skanerze MRI o mocy 3 Tesli z 16-kanałową cewką główną.

  1. Użyj szybkiego echa gradientu perturbacji (FPGR) do skanowania lokalizacji, aby uzyskać mapy położenia osiowego, strzałkowego i koronalnego.
  2. Ustaw strzałkową linię pozycjonowania z mapami położenia koronalnego, aby upewnić się, że linia bazowa pozycjonowania jest równoległa do kanału kręgowego (rdzenia kręgowego); najpierw zlokalizuj strzałkową płaszczyznę T2 W, a następnie skopiuj i wklej strzałkową linię pozycjonowania T1 W do linii pozycjonowania T2 W.
    1. Do obrazowania strzałkowego T1 W i T2 W należy użyć następujących parametrów obrazowania: pole widzenia (FOV) = 240 mm x 240 mm, rozmiar woksela = 1,0 mm x 0,8 mm x 3,0 mm, odstęp między warstwami = 0,3 mm, grubość warstwy = 3 mm, liczba wzbudzeń (NEX) = 2, kierunek składania = stopy/głowa (FH) i czas echa (TE)/czas powtórzenia (TR) = 10/700 ms (T1 W) i 101/2,500 ms (T2 W). Uzyskaj dziewięć obrazów strzałkowych obejmujących cały rdzeń kręgowy w odcinku szyjnym.
  3. Ustaw osiową linię pozycjonowania na strzałkowym obrazie T2 W i zakryj krążek międzykręgowy od C2/3 do C6/7, centrując na przednio-tylnej średnicy przestrzeni międzykręgowej. Użyj następujących parametrów obrazowania: FOV = 180 mm x 180 mm, rozmiar woksela = 0,7 mm x 0,6 mm x 3,0 mm, grubość warstwy = 3 mm, kierunek zagięcia = przedni/tylny (AP), NEX = 2 i TE/TR = 120/3,000 ms.
  4. Umieść osiową linię pozycjonowania na strzałkowym obrazie T2 W, centrując się na przednio-tylnej średnicy przestrzeni międzykręgowej, z 45 warstwami pokrywającymi rdzeń kręgowy szyjny od C1 do C7.
    1. Uzyskać DTI za pomocą następującej sekwencji: obrazowanie pojedynczego rzutu z echem spinowym i echem planarnym (SE-EPI) z 20 kierunkami ortogonalnymi. Niewspółpłaszczyznowe kierunki dyfuzji o wartości b = 800 s/mm2.
    2. Użyj następujących parametrów obrazowania: FOV = 230 mm x 230 mm, matryca akwizycji = 98 x 98, zrekonstruowana rozdzielczość = 1,17 x 1,17, grubość warstwy = 3 mm, kierunek zagięcia = AP, NEX = 2, współczynnik EPI = 98 i TE/TR = 74/8,300 ms. Podaj przebieg czasowy podsumowujący kroki w protokole MRI, jak pokazano na Rysunek 1.
      nuta: Przebieg czasowy podsumowujący protokół MRI i DTI jest pokazany na Rysunek 1.

3. Indeksy przetwarzania końcowego obrazu i pomiaru danych

  1. Automatycznie przesyłaj wszystkie skanowane obrazy do Syngo MR B17. Załaduj obrazowanie strzałkowe i osiowe T2 W przestrzeni międzykręgowej do interfejsu filmowania i znajdź najbardziej ściśniętą część rdzenia kręgowego w odcinku szyjnym.
  2. W interfejsie wyświetlania 2:1 załaduj obraz FA i kliknij kartę Position Display: Series (Wyświetlanie pozycji: Serie). Policz i zapisz poziom najwyższej kompresji od góry do dołu mapy lokalizacji.
  3. Kliknij kartę Plik, aby wybrać obraz tensorowy, a następnie użyj paska narzędzi aplikacji w lewym górnym rogu ekranu, aby wybrać Neuro 3D(MR), aby automatycznie tworzyć mapy kolorów ADC i FA.
  4. Obróć się do poziomu najwyższego miejsca kompresji i utwórz sferyczne obszary zainteresowania (ROI) o identycznych objętościach (o rozmiarze 6 mm3) za pomocą karty Start Evaluation Mode (Rozpocznij tryb oceny). Należy wybrać ROI, w tym wewnętrzny rdzeń kręgowy, aby wykluczyć częściowy wpływ płynu mózgowo-rdzeniowego (CSF).
  5. Automatycznie obliczaj i wyświetlaj wartości FA i ADC w prawym dolnym rogu ekranu. Wyświetl wartości E1, E2 i E3, klikając pasek narzędzi Dyfuzja i wybierając je.
    nuta: Wszystkie pomiary zostały wykonane przez dwóch radiologów, którzy nie zwracali uwagi na szczegóły kliniczne pacjentów. Ostateczne wyniki zostały określone jako średnia z tych dwóch.
  6. Wykonaj przetwarzanie obrazu zestawów danych DTI za pomocą stacji roboczej Syngo MR B17 Advantage, wykonując czynności opisane w Rysunek 2.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

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

To jest podsumowanie wyników uzyskanych od zdrowych ochotników i pacjentów z mielopatią szyjną kręgosłupa. Protokół umożliwił lekarzowi przeglądanie map DTI. Technologia ta może służyć jako obiektywna miara pomiaru stanu funkcjonalnego w stanach mielopatycznych. Mapy DTI zdrowych ochotników są pokazane w Rysunek 3. Parametry DTI zdrowych ochotników były następujące: FA = 0,661; ADC = 1,006 x 10-3 mm2/s; E1 = 1,893 x 10-3 mm2/s; E2 = 0,746 x 10-3 m...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

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

Konwencjonalny rezonans magnetyczny jest zwykle wykorzystywany do oceny rokowania pacjentów z różnymi schorzeniami kręgosłupa. Jednak ta metoda obrazowania zapewnia makroskopowe szczegóły anatomiczne, a nie ocenę mikrostruktury14, co ogranicza przewidywanie funkcji neurologicznych. Co więcej, tradycyjny rezonans magnetyczny może zaniżać powagę i zakres uszkodzenia rdzenia kręgowego. Pojawienie się DTI może pomóc chirurgom w dokładniejszej ocenie funkcji rdzenia kręgowego poprzez dostarczenie ilośc...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

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

To badanie było wspierane przez Guangzhou Science and Technology Project of China (nr 201607010021) oraz Nature Science Foundation of JiangXi (nr 20142BAB205065)

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Skaner MRI 3-TeslaSiemens40708Oprogramowanie: NUMARIS/4
Syngo MR B17Siemens40708Oprogramowanie: NUMARIS/4

Bibliografia

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

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Obrazowanie tensora dyfuzjifrakcyjna anizotropiapozorny wsp czynnik dyfuzjidyfuzja cz steczek wodymikrostrukturalne zmiany patologicznefunkcjonalna regeneracja neuronalnakliniczne skanery MRI

Powiązane artykuły