Диффузия тензора магнитно-резонансная томография при хроническом сжатии спинного мозга
7 мая 2019 г.
Здесь мы представляем протокол для применения параметров визуализации тензора диффузии для оценки сжатия спинного мозга.
Анатомические детали микроструктуры спинного мозга, предоставляемые обычным МРТ, не точно оценивают фактическое повреждение нейронов или потенциал восстановления нейронов у хронических пациентов с сжатием спинного мозга. Диффузионная тензорная визуализация, или DTI, может помочь нам получить более конкретную прогностический информацию, обнаружив изменение микроструктуры количества в тканях путем диффузии молекул воды. Хроническое сжатие спинного мозга может привести к рецидивирующим ишемическим повреждениям позвоночника, что приводит к гистопатологическим изменениям в нервных волокнах ниже по течению.
Это изменение можно визуализировать с помощью DTI. DTI является чувствительным методом, который может обеспечить меру направления и диффузии величины молекул воды в тканях. Здесь мы демонстрируем применение параметров диффузионной тензорной визуализации при оценке сжатого спинного мозга для использования в высоковеренных клинических МРТ-сканерах, работающих с системой 3.0T MR.
Перед началом процедуры визуализации предоставьте участнику затычки для ушей и помогите участнику в удобном положении на спине. Поместите катушку головы/шеи над областью шейки матки и ориентиром на уровне хряща щитовидной железы. Когда участник находится в положении, используйте быстрое градиент возмущения эхо для получения акситальных, sagittal и корональных карт положения.
Найдите взвешенную стрельцовую плоскость T2, а также скопируйте и вставьте сагитталовую линию позиционирования T1 к взвешенной линии позиционирования T2 с помощью корональных карт положения, чтобы гарантировать, что базовый уровень позиционирования параллелен позвоночного канала. Установите T1-и T2-взвешенное поле зрения до 240 на 240 миллиметров, размер voxel до одного до 0.8 3 миллиметра, зазор ломтика до 0.3 миллиметра, толщина ломтика до 3 миллиметров, число возбуждения до 2, направление створки к ног-головки, время повторения до 10 над 700 миллисекундами для T1-взвешенного поля, и 101 над 2 над 2 , 500 для Т2-взвешенного поля. Затем получить девять sagittal изображений, охватывающих весь шейный спинной мозг, и положение осяной линии позиционирования на sagittal T2 W изображения.
Затем накройте межпозвонковый диск от C2-3 до C6-7, центрирование на антеропостерном диаметре межпозвонкового пространства, и установить поле зрения до 180 на 180 миллиметров, размер воксела до 0,7 на 0,6 на три миллиметра, толщина ломтика до трех миллиметров, складной над направлением к передней-задней, число excitation до двух, и время эхо время повторения до 120 над 3 , 000 миллисекунд. Затем распорежьте линию положения аксиала на сагиттальной T2-взвешенной изображении, центризированную на антеропостерном диаметре межпозвонкового пространства, с 45 ломтиками, покрывающими шейный спинной мозг от C1 до C7. Для получения диффузионного тензорного изображения используйте одноразовую эхо-планарную визуализацию с 20 ортогональными направлениями и некопланарными направлениями диффузии с b-значениями, равными 800 секундам на миллиметр в квадрате, и установить поле зрения до 230 на 230 миллиметров, приобретение матрицы до 98 на 98, реконструированное разрешение до 1,17 на 1,17, толщина ломтика до трех миллиметров, складной над направлением к передней-задней , число возбуждения до двух, эхо-планарный фактор изображения до 98, и время эхо время повторения до 74 более 8, 300 миллисекунд. Для обработки изображений экспортируйте изображения на анализатор и загружайте взвешенные по T2 сагиттаальные и осяные изображения межпозвонкового пространства в интерфейс съемки.
Найдите наиболее сжатую часть шейного спинного мозга и загрузите дробное изображение анисотропии в интерфейс просмотра два к одному. Нажмите Серия отображения позиции и определите уровень наибольшего сжатия сверху до нижней части карты местоположения. Нажмите Файл, чтобы выбрать изображение тенсора.
Выберите нейро 3D магнитный резонанс, чтобы автоматически создать очевидный коэффициент диффузии и дробной анисотропии цветные карты. Перейти в сторону наибольшего сжатия, и использовать режим начала оценки для создания сферических шестимиллиметровых кубических областях, представляющих интерес в и вокруг внутреннего спинного мозга, чтобы исключить частичный объем эффектов спинномозговой жидкости. Значения дробной анисотропии и очевидного коэффициента диффузии будут рассчитываться автоматически.
Затем нажмите Diffusion и выберите E1, E2 и E3 для отображения их значений. Здесь показаны репрезентативные карты диффузионных тензорных изображений от здоровых добровольцев. Эти карты диффузии тензорной визуализации от хронических пациентов сжатия спинного мозга позволяет функциональное состояние сжатия у этих пациентов, чтобы быть измерены, как только что продемонстрировали.
Послеоперационная визуализация пациентов с хроническим сжатием спинного мозга, перенес которые перенесли операцию, позволяет функциональную оценку облегчения сжатия, чтобы помочь отслеживать выздоровление пациента. Области, представляющие интерес, должны быть нарисовывались на внутреннем спинном мозге, чтобы исключить частичное воздействие объема спинномозговых жидкостей. Количественные данные, полученные DTI позволяет точно оценить степень повреждения и обеспечивает своевременные и точные объективные показания для лечения клиники.
Перед сканированием мы просим каждого участника заполнить и подписать форму согласия, в которой излагаются протокол визуализации и рекомендации по безопасности МРТ.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном исследовании представлен детальный протокол использования параметров диффузионно-тензорной визуализации (ДТВ) для оценки компрессии спинного мозга у пациентов. Устраняя недостатки традиционной МРТ в определении степени повреждения нейронов, данный протокол направлен на улучшение прогностических оценок и мониторинг восстановления после хирургического вмешательства.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронауки
- Методы визуализации
- Исследования спинного мозга
Теоретические сведения
- Стандартная МРТ не позволяет точно оценить степень повреждения нейронов при хронической компрессии спинного мозга.
- Хроническая компрессия вызывает рецидивирующее ишемическое повреждение, что приводит к стойким гистопатологическим изменениям.
- Диффузионно-тензорная визуализация представляет собой более чувствительный метод визуализации микроструктурных изменений.
- Оценка параметров DTI может дать прогностическую информацию в клинических условиях.
Цель исследования
- Продемонстрировать, что DTI позволяет более эффективно оценивать компрессию спинного мозга, чем традиционная МРТ.
- Разработать стандартизированные протоколы визуализации для высокопроизводительных клинических МРТ-сканеров.
- Получить измеряемые данные для оценки функционального состояния спинного мозга у пациентов.
Используемые методы
- Для анализа компрессии шейного отдела спинного мозга использовалась диффузионно-тензорная визуализация.
- В качестве биологической модели были выбраны пациенты с хронической компрессией спинного мозга.
- Сбор изображений осуществлялся с помощью систем МРТ 3.0T с применением специальных протоколов T1- и T2-взвешенного сканирования.
- Анализ данных включал построение карт фракционной анизотропии и измерение коэффициента измеряемой диффузии.
Основные результаты
- Применение параметров DTI помогло визуализировать степень компрессии и повреждения нейронов.
- Количественные данные позволяют отслеживать процесс восстановления и функциональный статус хирургических пациентов.
- Результаты предоставляют объективные показатели для принятия решений о клиническом лечении.
Выводы
- В данном исследовании разработан протокол DTI для более точной оценки компрессии спинного мозга.
- Работа демонстрирует эффективность передовых методов визуализации в понимании процессов повреждения и восстановления нейронов.
- Результаты подчеркивают значимость визуализации в клинических обследованиях и при разработке потенциальных терапевтических подходов.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Диффузионно-тензорная визуализация (ДТВ) обеспечивает количественную микроструктурную оценку тканей спинного мозга, восполняя критический пробел в традиционной МРТ при определении степени повреждения нейронов и потенциала восстановления при хронической компрессии спинного мозга. Эта возможность способствует доклинической валидации мишеней, позволяя проводить объективный неинвазивный мониторинг гистопатологических изменений, имеющих значение для нейропротекторных или нейровосстановительных терапевтических стратегий. Метрики, полученные с помощью ДТВ, такие как фракционная анизотропия и измеряемый коэффициент диффузии, служат прогностическими биомаркерами для снижения рисков при реализации трансляционных исследований в области травм спинного мозга.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишеней
- Научная ценность: позволяет проверять терапевтические гипотезы путем визуализации микроструктурных патологических изменений в ткани спинного мозга через снижение фракционной анизотропии и увеличение коэффициентов измеряемой диффузии.
- Практическая ценность: обеспечивает количественные, воспроизводимые показатели для оценки взаимодействия с мишенью и биологического снижения рисков в доклинических моделях компрессии спинного мозга.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: Подготовка валидированных биологических систем для последующих этапов исследования путем внедрения стандартизированных протоколов DTI, которые исключают эффекты частичного объема спинномозговой жидкости за счет точного размещения областей интереса.
- Практическая ценность: Обеспечение воспроизводимости и масштабируемости анализа на высокопроизводительных клинических МРТ-сканерах 3.0T с использованием определенных параметров сбора данных (b-value 800 s/mm², 20 ортогональных направлений).
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: способствует моделированию систем, имеющих значение для изучения заболеваний, путем связывания гистопатологических изменений, выявленных с помощью DTI, с функциональными исходами, что позволяет проводить прогностическую стратификацию и мониторинг восстановления нейронных связей после вмешательства.
- Практическая ценность: обеспечивает трансляционную непрерывность от этапа открытия до доклинической валидации, предоставляя объективные количественные показатели степени поражения и оценки ответа на лечение.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
DTI интегрируется в процесс научных открытий, позволяя проверять гипотезы на ранних этапах валидации мишеней, обеспечивая готовность анализа к скринингу и предоставляя количественные микроструктурные показатели для принятия обоснованных решений по продвижению исследований в трансляционной медицине с учетом рисков.
- Открывательная биология: способствует проверке гипотез и уточнению путей за счет обнаружения изменений диффузии молекул воды, которые отражают целостность аксонов и демиелинизацию в сжатой ткани спинного мозга.
- Скрининг: обеспечивает готовность анализа благодаря стандартизированным протоколам, позволяющим получать воспроизводимые карты фракционной анизотропии и измеряемого коэффициента диффузии для сравнительного анализа состояний.
- Аналитика: позволяет получать количественные измерения зависимых переменных (FA, ADC, значения собственных векторов), которые делают возможным статистическое сравнение здорового, сжатого и послелечебного состояний спинного мозга.
- Трансляционные исследования: обеспечивают преемственность доклинического этапа, предоставляя прогностические данные о повреждении нейронов и потенциале восстановления, что помогает принимать решения о целесообразности дальнейшей разработки кандидатов в нейротерапевтические препараты.
- Корпоративное повторное использование: функционирует как многократно используемый метод визуализации в доклинических и клинических условиях благодаря своей неинвазивности и совместимости со стандартными платформами МРТ 3.0T.
Операционный и корпоративный эффект
- Научная ценность: Повышает точность прогнозов за счет снижения механистической неопределенности в моделях повреждения спинного мозга благодаря прямой визуализации микроструктурной патологии.
- Практическая ценность: Обеспечивает стандартизацию и воспроизводимость посредством протоколированных этапов сбора и постобработки данных, включая размещение сферической области интереса (ROI) для минимизации загрязнения цереброспинальной жидкостью.
- Стратегическая ценность: Улучшает процесс принятия решений о продолжении или прекращении разработки («go/no-go») за счет предоставления объективных количественных данных о степени тяжести поражения и потенциале функционального восстановления, что снижает биологические риски на поздних стадиях разработки нейротерапевтических средств.
- Влияние на портфель разработок: Позволяет проводить приоритизацию терапевтических средств для лечения повреждений спинного мозга с учетом рисков, основываясь на биомаркерах сохранения аксонов и микроструктурной целостности, полученных методом DTI.
Особенности реализации
- Требуются экспертные знания в области нейровизуализации, обработки данных диффузионного тензора и анатомии спинного мозга для точного выполнения протокола и интерпретации данных.
- Необходим доступ к высокопольным системам МРТ 3.0T, поддерживающим однокадровую спин-эхо эхо-планарную визуализацию с 20 некопланарными направлениями диффузии.
- Требуется межгрупповая стандартизация протоколов выделения областей интереса (ROI) для исключения эффектов частичного объема спинномозговой жидкости в лонгитюдных исследованиях.
- При адаптации протоколов для различных моделей повреждения спинного мозга или при использовании систем с разной напряженностью магнитного поля необходимо обеспечивать согласованность b-значений и направлений сэмплирования.
- Существуют практические ограничения, такие как чувствительность к артефактам магнитной восприимчивости на границах раздела костной и мягкой тканей, а также необходимость увеличения времени сканирования для достижения достаточного соотношения сигнал/шум в небольших областях шейного отдела спинного мозга.
