Summary

Diffusion tensor magnetisk resonans imaging i kronisk rygmarv kompression

Published: May 07, 2019
doi:

Summary

Her præsenterer vi en protokol for anvendelse af diffusion tensor Imaging parametre til at evaluere rygmarv kompression.

Abstract

Kronisk rygmarv kompression er den mest almindelige årsag til rygmarvs svækkelse hos patienter med ikke-traumatisk rygmarvsskader. Konventionel magnetisk resonans imaging (MRI) spiller en vigtig rolle i både at bekræfte diagnosen og evaluere graden af kompression. Men, den anatomiske detaljer, som konventionelle MRI er ikke tilstrækkelig til præcist at estimere neuronal skade og/eller vurdere muligheden for neuronal opsving i kronisk rygmarv kompression patienter. I modsætning hertil kan diffusion tensor Imaging (DTI) give kvantitative resultater i henhold til påvisning af vand Molekylær diffusion i væv. I denne undersøgelse udvikler vi en metodisk ramme for at illustrere anvendelsen af DTI i kronisk rygmarv kompression sygdom. DTI fraktioneret anisotropi (FA), tilsyneladende diffusions koefficienter (ADC’er), og eigenvektor værdier er nyttige til visualisering af mikrostrukturelle patologiske ændringer i rygmarven. Nedsat FA og stigninger i ADC’er og eigenvektor værdier blev observeret hos patienter med kronisk rygmarvskompression sammenlignet med raske kontroller. DTI kunne hjælpe kirurger med at forstå sværhedsgraden af rygmarvsskader og give vigtige oplysninger om prognoser og neurale funktionelle opsving. Afslutningsvis, denne protokol giver en følsom, detaljeret, og noninvasivt værktøj til at evaluere rygmarv kompression.

Introduction

Kronisk rygmarv kompression er den mest almindelige årsag til rygmarv impairment1. Denne betingelse kan være på grund af posterior i længderetningen ligament ossifikation, hæmatom, livmoderhals skive herniation, rygsøjlen degeneration, eller intraspinal tumorer2,3. Kronisk rygmarv kompression kan føre til forskellige grader af funktionelle underskud; der er dog kliniske tilfælde med alvorlig rygmarv kompression uden neurologiske symptomer og tegn, samt patienter med mild rygmarv kompression, men alvorlige neurologiske underskud4. Under disse omstændigheder, følsom billeddannelse er afgørende for at vurdere kompression sværhedsgrad og identificere omfanget af skader.

Konventionel MRI spiller en væsentlig rolle i at belyse rygmarvs anatomi. Denne teknik er normalt udnyttet til at vurdere kompressions graden på grund af dens følsomhed over for blødt væv5. Mange parametre kan måles fra MRI, såsom MR signalintensitet, snor morfologi, og spinal kanalområde. MRI har dog nogle begrænsninger og giver kun kvalitative oplysninger i stedet for kvantitative resultater6. Patienter med kronisk rygmarv kompression har ofte unormale signal ændringer af MRI-intensitet. Uoverensstemmelser mellem kliniske symptomer og ændringer i MRI-intensiteten gør det imidlertid svært at diagnosticere en funktionel tilstand, der udelukkende er baseret på MRI-karakteristika7. Tidligere undersøgelser fremhæver denne kontrovers i form af den prognostiske værdi af MRI T2 hyperintensitet i spinal cord8. To grupper rapporterede, at T2 hyperintensitet af rygmarven er en dårlig prognostisk parameter efter operationen for kronisk rygmarv compression8. I modsætning hertil fandt nogle forfattere ingen signifikant tilknytning mellem T2-signal ændringer og prognosen8,9. Chen et al. og Vedantam et al. opdelte MRI T2 hyperintensiteter i to kategorier svarende til forskellige prognostiske resultater10,11. Type 1 viste svage, uskarpe, indistdøde grænser, og denne kategori udviste reversible histologiske ændringer. Type 2 billeder præsenteret intense, veldefinerede grænser, som svarede til uoprettelige patologiske skader. Konventionelle T1/T2 MRI-teknikker giver ikke tilstrækkelige oplysninger til at identificere disse to kategorier og evaluere patienternes prognose. I modsætning hertil kan DTI, en mere sofistikeret billedbehandlings teknik, bidrage til at opnå mere specifikke prognostiske oplysninger ved kvantitativt at påvise mikrostrukturelle ændringer i væv via vand Molekylær diffusion.

I de seneste år, DTI har høstet stigende opmærksomhed på grund af sin evne til at beskrive rygmarvs mikroarkitektur. DTI kan måleretningen og omfanget af vand molekylets diffusion i væv. DTI-parametre kan kvantitativt vurdere neurale skader hos patienter med kronisk rygmarvskompression. FA og ADC er de hyppigst anvendte parametre under rygmarv evaluering. Anlægs værdien afslører graden af anisotropi til at orientere omkringliggende axonal fibre og beskrive anatomiske grænser12,13. ADC-værdien giver oplysninger om molekylære bevægelses karakteristika i mange retninger i et tredimensionalt rum og afslører gennemsnittet af difsiteter langs de tre hovedakser6,12. Ændringer i disse parametre er forbundet med mikrostrukturelle ændringer, der påvirker vand Molekylær diffusion. Derfor, kirurger kan udnytte/måle DTI parametre til at identificere rygmarvs patologi. Nærværende undersøgelse giver DTI metoder og processer, der giver mere detaljeret prognostisk information til behandling af patienter med kronisk rygmarv kompression.

Protocol

Studiet blev godkendt af den lokale lægeetiske Komité i Guangzhou First folke Hospital i Kina. Der blev modtaget underskrevne samtykkeformularer fra raske frivillige og deltagere forud for deltagelsen. Alle undersøgelserne blev gennemført i overensstemmelse med verdens Lægeforeningens erklæring fra Helsingfors. 1. emne forberedelse Sørg for, at hver deltager opfylder følgende kriterier for kronisk rygmarv kompression: a) en historie af tab af signifikant neurologisk funktion,…

Representative Results

Dette er en sammenfatning af resultater opnået fra raske frivillige og patienter med Cervical spondylotic myelopati. Protokollen gjorde det muligt for lægen at se DTI kort. Denne teknologi kan tjene som en objektiv foranstaltning til at måle funktionel status i myelopatiske forhold. DTI-kort overraske frivillige er vist i figur 3. DTI parametrene for raske frivillige var som følger: FA = 0,661; ADC = 1,006 x 10-3 mm2/s; E1 = 1,893 x 10-3 mm2/s;…

Discussion

Konventionel MRI anvendes sædvanligvis til at vurdere prognosen for patienter med forskellige rygsygdomme. Men, denne billedbehandling modalitet giver makroskopisk anatomiske detaljer snarere end mikrostruktur evaluering14, hvilket begrænser forudsigelse af neurologiske funktion. Desuden kan traditionel MRI undervurdere sværhedsgraden og omfanget af rygmarvsskader. Fremkomsten af DTI kan hjælpe kirurger til at vurdere rygmarv funktion mere præcist ved at give kvantitative oplysninger om vand …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Denne undersøgelse blev støttet af Guangzhou Science and Technology Project of China (no. 201607010021) og naturvidenskab Foundation i JiangXi (no. 20142BAB205065)

Materials

3-Tesla MRI scanner Siemens 40708 Software: NUMARIS/4
Syngo MR B17 Siemens 40708 Software: NUMARIS/4

References

  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. , (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).

Play Video

Cite This Article
Zheng, W., Ruan, X., Wei, X., Xu, F., Huang, Y., Wang, N., Chen, H., Liang, Y., Xiao, W., Jiang, X., Wen, S. Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging in Chronic Spinal Cord Compression. J. Vis. Exp. (147), e59069, doi:10.3791/59069 (2019).

View Video