Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Диффузия тензора магнитно-резонансная томография при хроническом сжатии спинного мозга

8.5K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/59069

⸱

7 мая 2019 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

В этой статье

Краткое содержание

Здесь мы представляем протокол для применения параметров визуализации тензора диффузии для оценки сжатия спинного мозга.

Аннотация

Хроническое сжатие спинного мозга является наиболее распространенной причиной нарушения спинного мозга у пациентов с нетравматичным повреждением спинного мозга. Традиционная магнитно-резонансная томография (МРТ) играет важную роль как в подтверждении диагноза, так и в оценке степени сжатия. Однако, анатомические детали, предоставляемые обычными МРТ не достаточно, чтобы точно оценить повреждения нейронов и/или оценить возможность восстановления нейронов в хронических пациентов сжатия спинного мозга. В противоположность этому, Визуализация тензора диффузии (DTI) может обеспечить количественные результаты в соответствии с выявлением молекулы воды диффузии в тканях. В настоящем исследовании, мы разрабатываем методологические рамки для иллюстрации применения DTI в хронической болезни сжатия спинного мозга. DTI дробной аноизотропии (FA), очевидные коэффициенты диффузии (ADCs), и эйгенвекторные значения полезны для визуализации микроструктурных патологических изменений спинного мозга. Уменьшенная FA и увеличения в ADCs и eigenвекторных значениях наблюдались в хронических пациентах сжатия спинного мозга сравненных к здоровому управлению. DTI может помочь хирурги понимают серьезность травмы спинного мозга и предоставить важную информацию о прогнозе и нейронные функциональные восстановления. В заключение, этот протокол обеспечивает чувствительный, подробный, и неинвазивный инструмент для оценки сжатия спинного мозга.

Введение

Хроническое сжатие спинного мозга является наиболее распространенной причиной спинного мозга impairment1. Это условие может быть связано с задней продольной связки окостенение, гематомы, шейки грыжи диска, дегенерация позвонков, или внутрипозвоночных опухолей2,3. Хроническое сжатие спинного мозга может привести к различным степеням функциональных дефицитов; Однако, есть клинические случаи с серьезным сжатием спинного мозга без каких-либо неврологических симптомов и признаков, а также пациентов с мягким сжатием спинного мозга, но серьезный неврологический дефицит4. В этих условиях, чувствительные изображения имеет важное значение для оценки сжатия тяжести и определить диапазон повреждений.

Традиционная МРТ играет важную роль в объясне анатомии спинного мозга. Этот метод обычно используется для оценки степени сжатия из-за его чувствительности к мягким тканям5. Многие параметры могут быть измерены с МРТ, такие как интенсивность сигнала MR, морфология шнура, и область позвоночного канала. Однако, МРТ имеет некоторые ограничения и только обеспечивает качественную информацию, а не количественные результаты6. Пациенты с хроническим сжатием спинного мозга часто имеют аномальные изменения сигнала интенсивности МРТ. Однако расхождения между клиническими симптомами и изменениями интенсивности МРТ делают трудным диагностировать функциональное состояние, основанное исключительно на характеристиках МРТ7. Предыдущие исследования подчеркивают этот спор с точки зрения прогностического значения гиперинтенсивности МРТ Т2 в спинном cord8. Две группы сообщили, что гиперинтенсивности Т2 спинного мозга является плохим прогностическим параметром после операции для хронического спинного мозга compression8, 9. В противоположность этому, некоторые авторы не обнаружили существенной взаимосвязи между изменениями сигнала Т2 и прогнозом8,9. Chen et al. и Ведантам и др. разделенный МРТ Т2 гиперинтенсивностей в две категории, соответствующие разным прогностическим результатам10,11. Тип 1 показал слабые, нечетких, невнятные границы, и эта категория продемонстрировала обратимые гистологические изменения. Изображения типа 2 представлены интенсивными, четко определенными границами, которые соответствовали необратимому повреждению патологического характера. Традиционные методы Т1/Т2 МРТ не предоставляют адекватной информации для определения этих двух категорий и оценки прогноза пациента. В противоположность этому, DTI, более изощренная техника визуализации, может помочь получить более конкретную прогностическую информацию путем количественного обнаружения микроструктурных изменений в тканях с помощью диффузии молекул воды.

В последние годы, DTI привлек все большее внимание благодаря своей способности описывать микроархитектуру спинного мозга. DTI может измерять направление и величину диффузию молекул воды в тканях. DTI параметры могут количественно оценить нервные повреждения у пациентов с хроническим сжатием спинного мозга. FA и АЦК являются наиболее часто применяются параметры во время оценки спинного мозга. Значение FA показывает степень анизотропии для ориентируем окружающие аксональные волокна и описывают анатомические границы12,13. Значение АЦЦ предоставляет информацию о характеристиках молекулярного движения во многих направлениях в трехмерном пространстве и раскрывает среднее диффузимы вдоль трех главных осей6,12. Изменения в этих параметрах связаны с микроструктурными изменениями, которые влияют на диффузию молекул воды. Таким образом, хирурги могут использовать/измерить параметры DTI для выявления патологии спинного мозга. Настоящее исследование содержит методы и процессы DTI, которые предоставляют более подробную прогностическую информацию для лечения пациентов с хроническим сжатием спинного мозга.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

Исследование было одобрено местным комитетом медицинской этики в госпитале первой народной больницы Гуанчжоу в Китае. Подписанные формы информированного согласия были получены от здоровых добровольцев и участников до участия. Все исследования проводились в соответствии с Декларацией Хельсинкской Всемирной медицинской ассоциации.

1. Подготовка предмета

  1. Убедитесь, что каждый участник соответствует следующим критериям для хронического сжатия спинного мозга: а) история потери значительной неврологической функции, б) положительный миелопатии физическое обследование, и с) МРТ доказательства цервикального сжатия пуповины.
    Примечание: Критерии исключения являются a) неспособность предоставить письменное согласие и б) невозможность получения DTI параметров артефактов. Для элементов управления, критерии включения являются) нет истории значительных спины или шеи травм, неврологических расстройств или хирургии позвоночника; б) нет МРТ доказательств цервикального сжатия пуповины.
  2. SK каждого участника для завершения и подписать форму согласия, что списки МРТ руководящие принципы безопасности и изображений протокола. В частности, пациенты с хроническим сдавливанию спинного мозга рассматриваются МРТ в предоперационном периоде и 1 год после операции.
  3. ротовидно Беруши для каждого участника. Поместите их в лежачем положении с головой/шеей катушки вмещающих шейки области, и ориентир на уровне хряща щитовидной железы. Убедитесь, что каждый участник находится в удобном положении, что эффективно снижает движение.

2. структурные параметры МРТ

Примечание: Анатомические T1-взвешенные (T1 W) изображения, Т2-взвешенные (Т2 W) изображения, и DTI приобретенные на 3 Тесла МРТ сканер с 16-канальной головой катушки.

  1. Использовать градиент эхо быстрого возмущения (АПС) для локализации сканирования для получения осевой, сагиттальной и корональной карт положения.
  2. Позиция сагиттальная позиционирование линии с корональных карт позиции для обеспечения того, чтобы определить базовую линию параллельно спинномозговой канал (спинной мозг); сначала найдите сагиттальной плоскости Т2 W, затем скопировать и вставить сагитталь T1 W позиционирования линии к линии позиционирования Т2 W.
    1. Используйте следующие параметры визуализации для T1 W и Т2 W сагиттальной визуализации: поле зрения (ФЗ) = 240 мм х 240 мм, воксельный размер = 1,0 мм х 0,8 мм х 3,0 мм, срез разрыв = 0,3 мм, толщина ломтик = 3 мм, количество возбуждения (НЕКС) = 2, складка-направление = футов/головка (ВВ) и время эхо (TE)/время повторения (TR) = 10/700 мс (T1 W) и 101/2500 мс (Т2 W). Получить девять сагиттальной изображения, охватывающих весь шейный спинной мозг.
  3. Расположение осевой линии позиционирования на сагиттале Т2 W изображение и крышка межпозвоночного диска от С2/3 до С6/7, центрирующий на передне-заднем диаметре межпозвоночного пространства. Используйте следующие параметры визуализации: ФЗ = 180 мм х 180 мм, воксельный размер = 0,7 мм х 0,6 мм х 3,0 мм, толщина ломтик = 3 мм, складное направление = передний/задний (AP), Некс = 2, и TE/TR = 120/3000 МС.
  4. Расположение осевой линии позиционирования на сагиттале Т2 W изображение, центрирование на передне-заднем диаметре межпозвоночного пространства, с 45 ломтиками, охватывающих шейный спинной мозг от С1 до С7.
    1. Получить DTI через следующую последовательность: один выстрел спин-эхо Эхо-Planar визуализации (SE-эпи) с 20 ортогональных направлениях. Неcoplanar диффузионные направления с b-значением = 800 s/mm2.
    2. Используйте следующие параметры визуализации: ФЗ = 230 мм х 230 мм, матрица приобретения = 98 x 98, восстановленный разрешение = 1,17 x 1,17, толщина ломтик = 3 мм, складное направление = AP, Некс = 2, фактор эпи = 98, и TE/TR = 74/8300 MS. обеспечить время курса, суммируя шаги в протоколе МРТ, как показано на рисунке 1.
      Примечание: На рисунке 1показан временной курс, в котором кратко ПОКАЗАНЫ протокол МРТ и DTI.

3. индексы постобработки изображения и измерения данных

  1. Автоматически передать все сканирующие изображения на Syngo г B17. Загрузите Т2 W сагитталь и осевой визуализации межпозвоночного пространства в съемках интерфейса и найти наиболее сжатой части шейного спинного мозга.
  2. В интерфейсе 2:1 просмотра загрузите изображение FA и нажмите на дисплей позиции: вкладка серии. Подсчитайте и запишите уровень самого высокого сжатия сверху вниз по карте расположения.
  3. Щелкните на вкладке файла , чтобы выбрать изображение тенсора, а затем использовать панель инструментов приложений в левом верхнем экране, чтобы выбрать нейро3d (MR) для автоматического создания АЦК и FA.
  4. Поверните на уровень самого высокого места сжатия и создайте сферические области интересов (ROIs) одинаковых объемов (с размером 6 мм3) с помощью режима оценки начала Tab. ROIs должны быть выбраны, в том числе внутренний спинной мозг, чтобы исключить частичное воздействие объема спинномозговой жидкости (ЛИКВОРА).
  5. Автоматически рассчитать и отобразить значения FA и АЦБД в правом нижнем углу экрана. Отображение значений Е1, Е2 и E3, нажав на панель инструментов диффузии и выбрав их.
    Примечание: Все измерения были выполнены двумя рентгенологами, слепыми к клиническим деталям пациентов. Окончательные результаты были определены как среднее 2.
  6. Выполните обработку изображений наборов данных DTI с использованием рабочей станции Syngo MR B17, следуя шагам на рисунке 2.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Это краткое изложение результатов, полученных от здоровых добровольцев и пациентов с цервикальной спондилопатии. Протокол позволил врачу Просмотреть карты DTI. Эта технология может служить объективной мерой для измерения функционального состояния в миелопатогенных условиях. Карты здоровых волонтеров DTI показаны на рисунке 3. Параметры DTI здоровых добровольцев были следующими: FA = 0,661; АЦЦ = 1,006 х 10-3 мм2/s; Е1 = 1,893 х 10-3 мм2/s; Е2 = 0,7...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Обычная МРТ обычно используется для оценки прогноза пациентов с различными заболеваниями позвоночника. Однако этот механизм визуализации обеспечивает макроскопические анатомические детали, а не оценку микроструктуры14, что ограничивает прогнозирование неврологических функций. Кроме того, традиционная МРТ может недооценивать тяжесть и степень повреждения спинного мозга. Возникновение DTI может помочь хирурги оценить функцию спинного мозга более точно, предоставляя количественную информацию о молеку...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Это исследование было поддержано проектом науки и технологии Гуанчжоу Китая (No 201607010021) и фондом науки природы Цзянси (No. 20142BAB205065)

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
МРТ-сканер 3 ТеслаSiemens40708Программное обеспечение: NUMARIS/4
Syngo MR B17Siemens40708Программное обеспечение: NUMARIS/4

Ссылки

  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).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

Диффузионно-тензорная визуализацияфракционная анизотропиякажущийся коэффициент диффузиидиффузия молекул водымикроструктурные патологические измененияфункциональное восстановление нейроновклинические МРТ-сканеры
Диффузия тензора магнитно-резонансная томография при хроническом сжатии спинного мозга
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.