Imagem latente de ressonância magnética do tensor da difusão na compressão crônica da medula espinal
7 de maio de 2019
Aqui, nós apresentamos um protocolo para a aplicação de parâmetros da imagem latente do tensor da difusão para avaliar a compressão da medula espinal.
O detalhe da microestrutura da medula espinhal anatômica fornecida pela ressonância magnética convencional não estima com precisão o dano neuronal real ou o potencial de recuperação neuronal em pacientes crônicos de compressão medular. A imagem do tensor de difusão, ou DTI, pode nos ajudar a obter informações mais específicas do prognóstico, detectando a alteração da microestrutura da quantidade nos tecidos através da difusão de moléculas de água. A compressão da medula espinhal crônica pode causar danos isquêmicos recorrentes na medula espinhal, resultando em mudança histopatológica nas fibras nervosas a jusante.
Essa mudança pode ser visualizada com o DTI. DTI é uma técnica sensível que pode fornecer uma medida de direção e a magnitude de difusão de moléculas de água em tecidos. Aqui, demonstramos a aplicação de parâmetros de imagem tensor de difusão na avaliação da medula espinhal comprimido para uso em scanners clínicos de ressonância magnética de alto desempenho operando um sistema de Ressonância Magnética de 3,0T.
Antes de iniciar o procedimento de imagem, forneça tampões de ouvido ao participante e ajude o participante a uma posição supina confortável. Coloque uma bobina de cabeça/pescoço sobre a região cervical e um marco no nível da cartilagem tireoide. Quando o participante estiver em posição, use eco de gradiente de perturbação rápida para obter mapas de posição axial, sagital e coronal.
Localize o plano sagital ponderado t2, copie e cole a linha de posicionamento ponderada sagital T1 para a linha de posicionamento ponderada T2 usando os mapas de posição coronal para garantir que a linha de base de posicionamento seja paralela ao canal espinhal. Defina o campo de visão ponderado T1 e T2 para 240 por 240 milímetros, o tamanho do voxel para um por 0,8 por três milímetros, a abertura de fatia para 0,3 milímetros, a espessura da fatia para três milímetros, o número de excitação para dois, a direção dobrável para pés-cabeça, o tempo de eco de repetição para 10 mais de 700 milissegundos para o campo ponderado T1, e 101 sobre 2 , 500 para o campo de peso T2. Em seguida, obtenha nove imagens sagiais cobrindo toda a medula espinhal cervical, e posicione a linha de posicionamento axial na imagem Sagital T2 W.
Em seguida, cubra o disco intervertebral de C2-3 a C6-7, centralizando-se no diâmetro anteroposterior do espaço intervertebral, e definindo o campo de visão para 180 por 180 milímetros, o tamanho do voxel para 0,7 por 0,6 por três milímetros, a espessura da fatia para três milímetros, a direção dobrável para anterior-posterior, o número de excitação para dois, e o tempo de eco de repetição para 120 mais de 3 , 000 milissegundos. Em seguida, posicione a linha de posicionamento axial na imagem ponderada de Sanhal T2, centrada no diâmetro anteroposterior do espaço intervertebral, com 45 fatias cobrindo a medula espinhal cervical de C1 a C7. Para obter imagens tensores de difusão, use imagens eco-planar de spin-echo de um único tiro com 20 direções ortogonais e direções de difusão não coplanares com valores b iguais a 800 segundos por milímetro quadrado, e definir o campo de visão para 230 por 230 milímetros, a matriz de aquisição para 98 por 98, a resolução reconstruída para 1,17 por 1,17, a espessura da fatia para três milímetros, a direção dobrável para anterior-posterior , o número de excitação para dois, o fator de imagem eco-planar para 98, e o tempo de eco de repetição para 74 sobre 8.300 milissegundos. Para pós-processamento de imagem, exporte as imagens para o analisador e carregue as imagens sagiais e axiais ponderadas por T2 do espaço intervertebral para a interface de filmagem.
Localize a porção mais compactada da medula espinhal cervical e carregue a imagem de anisotropia fracionada na interface de visualização de dois para um. Clique em Série de Exibição de posição e determine o nível de maior compressão da parte superior até a parte inferior do mapa de localização. Clique em Arquivar para selecionar a imagem do tensor.
Selecione ressonância magnética neuro 3D para criar automaticamente mapas de cores de coeficiente de difusão aparente e anisotropia fracionada. Avance para o lado da maior compressão, e use o Modo de Avaliação inicial para criar regiões esféricas de seis milímetros de interesse dentro e ao redor da medula espinhal interna para excluir os efeitos parciais de volume do fluido cefalorraquidiano. Os valores de anisotropia fracionária e coeficiente de difusão aparente serão calculados automaticamente.
Em seguida, clique em Difusão e selecione E1, E2 e E3 para exibir seus valores. Aqui, mapas de imagem de tensor de difusão representativa de voluntários saudáveis são mostrados. Estes mapas de imagem tensor de difusão de pacientes crônicos de compressão medular permitem que o estado funcional da compressão nesses pacientes seja medido como apenas demonstrado.
A imagem pós-operatória de pacientes crônicos de compressão medula espinhal que foram submetidos à cirurgia permite uma avaliação funcional do alívio da compressão para ajudar a acompanhar a recuperação do paciente. Regiões de interesse devem ser desenhadas na medula espinhal interna para excluir os efeitos parciais de volume dos fluidos cefalorraquidianos. Os dados quantitativos obtidos pelo DTI permitem um julgamento preciso da extensão do dano da lesão e fornecem indicações objetivas oportunas e precisas para o tratamento clínico.
Antes da digitalização, pedimos a cada participante que preencha e assine um termo de consentimento que delineie o protocolo de imagem e as diretrizes de segurança da ressonância magnética.
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Visão Geral
Este estudo apresenta um protocolo detalhado que utiliza parâmetros de imagem por tensor de difusão (DTI) para avaliar a compressão da medula espinhal em pacientes. Ao abordar as limitações da ressonância magnética convencional na determinação de danos neuronais, este protocolo tem como objetivo aprimorar as avaliações prognósticas e acompanhar a recuperação após cirurgia.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Técnicas de Imagem
- Pesquisa na Medula Espinhal
Contexto
- A ressonância magnética convencional não consegue medir com precisão os danos neuronais na compressão crônica da medula espinhal.
- A compressão crônica provoca danos isquêmicos recorrentes, levando a alterações histopatológicas duradouras.
- A imagem de tensor de difusão oferece uma abordagem mais sensível para visualizar alterações microestruturais.
- A avaliação dos parâmetros de DTI pode fornecer informações prognósticas em contextos clínicos.
Objetivo do Estudo
- Demonstrar como a DTI pode avaliar a compressão da medula espinhal de forma mais eficaz do que a ressonância magnética convencional.
- Criar protocolos padronizados de aquisição de imagens para scanners de ressonância magnética clínicos de alto desempenho.
- Fornecer dados mensuráveis para avaliar o estado funcional da medula espinhal em pacientes.
Métodos Utilizados
- A imagem de tensor de difusão foi utilizada para analisar a compressão da medula espinhal cervical.
- O modelo biológico envolveu pacientes com compressão crônica da medula espinhal.
- A aquisição de imagens utilizou sistemas de RM de 3,0 T com protocolos específicos para imagens ponderadas em T1 e T2.
- A análise dos dados incluiu a criação de mapas de anisotropia fracional e medidas do coeficiente aparente de difusão.
Resultados Principais
- A aplicação de parâmetros de DTI ajudou a visualizar o grau de compressão e o dano neuronal.
- Dados quantitativos apoiam o acompanhamento da recuperação e do estado funcional em pacientes cirúrgicos.
- Os resultados fornecem indicadores objetivos para decisões clínicas de tratamento.
Conclusões
- Este estudo estabelece um protocolo de DTI para melhorar a avaliação da compressão da medula espinhal.
- Demonstra a eficácia de técnicas avançadas de imagem no entendimento do dano neuronal e da recuperação.
- Os resultados destacam a utilidade da imagem em avaliações clínicas e em abordagens terapêuticas potenciais.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
A imagem de tensor de difusão (DTI) fornece uma avaliação microestrutural quantitativa do tecido da medula espinhal, preenchendo uma lacuna crítica na ressonância magnética convencional para avaliar danos neuronais e o potencial de recuperação na compressão crônica da medula espinhal. Essa capacidade apoia a validação pré-clínica de alvos, permitindo o monitoramento objetivo e não invasivo de alterações histopatológicas relevantes para estratégias terapêuticas neuroprotetoras ou neurorestauradoras. Métricas derivadas da DTI, como a anisotropia fracional e o coeficiente aparente de difusão, oferecem biomarcadores preditivos para reduzir riscos em pipelines translacionais na pesquisa de lesão medular.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Permite a investigação de hipóteses terapêuticas por meio da visualização de alterações patológicas microestruturais no tecido da medula espinhal por meio da diminuição da anisotropia fracional e aumento dos coeficientes aparentes de difusão.
- Valor Operacional: Fornece leituras quantitativas e reprodutíveis para avaliar o engajamento do alvo e a redução do risco biológico em modelos pré-clínicos de compressão da medula espinhal.
Desenvolvimento de Triagem e Ensaios
- Valor Científico: Prepara sistemas biológicos validados para fluxos de trabalho posteriores ao estabelecer protocolos padronizados de DTI que excluem efeitos de volume parcial do líquido cefalorraquidiano por meio do posicionamento preciso da região de interesse.
- Valor Operacional: Garante reprodutibilidade e escalabilidade do ensaio em ressonâncias magnéticas clínicas de alto desempenho de 3,0 T, utilizando parâmetros definidos de aquisição (valor b de 800 s/mm², 20 direções ortogonais).
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Valor Científico: Apoia a modelagem de sistemas relevantes para doenças ao associar alterações histopatológicas derivadas de DTI a desfechos funcionais, permitindo a estratificação prognóstica e o monitoramento da recuperação neural após intervenção.
- Valor Operacional: Facilita a continuidade translacional, desde a descoberta até a validação pré-clínica, ao fornecer indicadores objetivos e quantitativos para avaliação da extensão da lesão e da resposta ao tratamento.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
A DTI integra-se ao continuum de descoberta ao permitir a verificação de hipóteses na validação inicial de alvos, apoiar a preparação de ensaios na triagem e orientar decisões de avanço ajustadas ao risco na pesquisa translacional por meio de métricas quantitativas de microestrutura.
- Biologia da Descoberta: Apoia a verificação de hipóteses e a elucidação de vias ao detectar alterações na difusão de moléculas de água que refletem a integridade axonal e a desmielinização em tecido medular comprimido.
- Triagem: Oferece prontidão para ensaios por meio de protocolos padronizados que geram mapas reprodutíveis de anisotropia fracional e coeficiente aparente de difusão para análise comparativa entre condições.
- Análises: Gera medidas quantitativas de variáveis dependentes (FA, ADC, valores dos autovetores) que permitem comparação estatística entre estados medulares saudáveis, comprimidos e pós-tratamento.
- Pesquisa Translacional: Conecta-se à continuidade pré-clínica ao fornecer insights prognósticos sobre danos neuronais e potencial de recuperação, orientando decisões de avançar ou não com candidatos a neuroterapias.
- Reutilização Empresarial: Funciona como uma capacidade de imagem reutilizável em ambientes pré-clínicos e clínicos devido à sua natureza não invasiva e compatibilidade com plataformas padrão de RM de 3,0 T.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva ao reduzir a ambiguidade mecanicista em modelos de lesão medular por meio da visualização direta da patologia microestrutural.
- Valor Operacional: Oferece padronização e reprodutibilidade por meio de etapas protocolizadas de aquisição e pós-processamento, incluindo o posicionamento de ROI esféricas para minimizar a contaminação por líquido cefalorraquidiano.
- Valor Estratégico: Melhora a tomada de decisões de avanço ou interrupção do desenvolvimento ao fornecer dados objetivos e quantitativos sobre a gravidade da lesão e o potencial de recuperação funcional, reduzindo riscos biológicos em estágios avançados do desenvolvimento de neuroterapias.
- Impacto no Portfólio: Permite a priorização ajustada ao risco de terapias para lesão medular com base em biomarcadores derivados de DTI que indicam preservação axonal e integridade microestrutural.
Considerações sobre a Implementação
- Requer experiência em neuroimagem, processamento de tensor de difusão e anatomia da medula espinhal para execução precisa do protocolo e interpretação dos dados.
- Depende do acesso a sistemas de RM de alto desempenho de 3,0 T, capazes de realizar imagens por eco-planar de eco de spin único com 20 direções de difusão não coplanares.
- Necessita padronização entre equipes dos protocolos de delimitação de região de interesse para excluir efeitos de volume parcial do líquido cefalorraquidiano em estudos longitudinais.
- Envolve considerações de adaptação ao transferir protocolos entre diferentes modelos de lesão medular ou intensidades de campo, mantendo valores b e amostragem direcional consistentes.
- Inclui limitações práticas, como sensibilidade a artefatos de suscetibilidade magnética próximos a interfaces osso-tecido e a necessidade de tempos prolongados de aquisição para obter razão sinal-ruído suficiente em pequenas regiões da medula espinhal cervical.
