Summary

Diffusion tensor magnetisk resonans imaging i kroniske ryggmargen Compression

Published: May 07, 2019
doi:

Summary

Her presenterer vi en protokoll for anvendelsen av diffusjon tensor Imaging parametre for å evaluere ryggmargskompresjon.

Abstract

Kronisk ryggmargen kompresjon er den vanligste årsaken til rygg mARGs svekkelse hos pasienter med nontraumatic ryggmargsskade. Konvensjonell magnetisk resonans imaging (MRI) spiller en viktig rolle i både bekrefter diagnosen og evaluere graden av komprimering. Anatomiske detaljer fra konvensjonell MRI er imidlertid ikke tilstrekkelig til å anslå neuronal Kader og/eller vurdere muligheten for neuronal gjenvinning i kroniske rygg mARGs kompresjons pasienter. I kontrast, diffusjon tensor Imaging (DTI) kan gi kvantitative resultater i henhold til påvisning av vann molekyl diffusjon i vev. I denne studien, utvikler vi en metodisk rammeverk for å illustrere anvendelsen av DTI i kroniske ryggmargen komprimering sykdom. DTI brøk anisotropien (FA), tilsynelatende diffusjon koeffisienter (ADFS), og eigenvector verdier er nyttige for å visualisere mikrostrukturelle patologiske forandringer i ryggmargen. Redusert FA og økninger i ADFS og eigenvector verdier ble observert i kroniske ryggmargskompresjon pasienter sammenlignet med sunne kontroller. DTI kunne hjelpe kirurger forstå ryggmargsskade alvorlighetsgrad og gi viktig informasjon om prognose og nevrale funksjonelle utvinning. Avslutningsvis gir denne protokollen et sensitivt, detaljert og ikke-invasiv verktøy for å evaluere ryggmargskompresjon.

Introduction

Kronisk ryggmargskompresjon er den vanligste årsaken til ryggmargen impairment1. Denne tilstanden kan skyldes bakre langsgående leddbånd forbening, hematom, cervical Disc herniation, vertebrale degenerasjon, eller intraspinale svulster2,3. Kronisk ryggmarg kompresjon kan føre til ulike grader av funksjonelle underskudd; Det finnes imidlertid kliniske tilfeller med alvorlig ryggmargskompresjon uten nevrologiske symptomer og tegn, samt pasienter med mild ryggmargskompresjon, men alvorlige nevrologiske underskudd4. Under disse omstendighetene er sensitiv bildebehandling avgjørende for å evaluere alvorlighetsgraden av komprimering og identifisere omfanget av skaden.

Konvensjonelle Mr spiller en betydelig rolle i Elucidating av rygg mARGs anatomi. Denne teknikken er vanligvis benyttet for å evaluere kompresjons grad på grunn av sin følsomhet for bløtvev5. Mange parametre kan måles fra MRI, som MR signal intensitet, ledningen morfologi, og spinal kanalen området. Mr har imidlertid noen begrensninger og gir bare kvalitativ informasjon i stedet for kvantitative resultater6. Pasienter med kronisk ryggmargskompresjon har ofte unormale signal endringer av MRI-intensitet. Men avvik mellom kliniske symptomer og Mr intensitet endringer gjør det vanskelig å diagnostisere en funksjonell tilstand basert utelukkende på MRI egenskaper7. Tidligere studier markere denne striden i forhold til den Prognostisk verdien av MRI T2 hyperintensity i spinal cord8. To grupper rapporterte at T2 hyperintensity av ryggmargen er en dårlig Prognostisk parameter etter operasjonen for kroniske ryggmargen compression8. I kontrast, fant noen forfattere ingen signifikant tilknytning mellom T2 signal endringer og prognose8,9. Chen et al. og Vedantam et al. delt MRI T2 hyperintensities i to kategorier som tilsvarer ulike Prognostisk utfall10,11. Type 1 viste svake, fuzzy, utydelig grenser, og denne kategorien demonstrerte reversible histologic endringer. Type 2 bilder presentert intense, veldefinerte grenser, noe som tilsvarte irreversible patologisk Kader. Konvensjonelle T1/T2 MRI-teknikker gir ikke tilstrekkelig informasjon til å identifisere disse to kategoriene og evaluere pasientens prognose. Derimot, DTI, en mer sofistikert Imaging teknikk, kan bidra til å få mer spesifikk Prognostisk informasjon ved kvantitativt oppdage mikrostrukturelle endringer i vev via vann molekyl diffusjon.

I de senere årene har DTI fått økende oppmerksomhet på grunn av sin evne til å beskrive ryggmargen mikroarkitektur. DTI kan måle retningen og omfanget av vann molekyl diffusjon i vev. DTI parametere kan kvantitativt evaluere nevrale skader hos pasienter med kroniske ryggmargskompresjon. FA og ADC er de mest brukte parametrene under ryggmargen evaluering. FA-verdien avslører graden av anisotropien til orientere omkringliggende axonal fibre og beskriver anatomiske grenser12,13. ADC-verdien gir informasjon om egenskapene til molekylær bevegelse i mange retninger i et tredimensjonalt rom og avslører gjennomsnittet av diffusivities langs de tre viktigste aksene6,12. Endringer i disse parametrene er forbundet med mikrostrukturelle endringer som påvirker vann molekyl diffusjon. Derfor kan kirurger utnytte/måle DTI parametere for å identifisere ryggmargen patologi. Den nåværende studien gir DTI metoder og prosesser som gir mer detaljert Prognostisk informasjon for å behandle pasienter med kroniske ryggmargskompresjon.

Protocol

Studien ble godkjent av den lokale medisinsk etikk Committee i Guangzhou First People ‘ s Hospital i Kina. Signert informert samtykke skjemaer ble mottatt fra friske frivillige og deltakere før deltakelse. Alle studiene ble utført i samsvar med World Medical Association Declaration of Helsinki. 1. motiv forberedelse Sørg for at hver deltaker oppfyller følgende kriterier for kroniske ryggmargskompresjon: a) en historie med tap av betydelig nevrologisk funksjon, b) en positiv myelo…

Representative Results

Dette er et sammendrag av resultater Hentet fra friske frivillige og pasienter med cervical spondylotic myelopathy. Protokollen aktivert legen å vise DTI kart. Denne teknologien kan fungere som et objektivt mål for å måle funksjonell status i myelopathic forhold. DTI kart av friske frivillige er vist i Figur 3. Den DTI parametre for friske frivillige var som følger: FA = 0,661; ADC = 1,006 x 10-3 mm2/s; E1 = 1,893 x 10-3 mm2/s; E2 = 0,746 x 10…

Discussion

Konvensjonell Mr er vanligvis benyttet for å vurdere prognosen for pasienter med ulike rygg forhold. Men dette Imaging modalitet gir makroskopisk anatomisk detalj i stedet mikrostruktur evaluering14, som begrenser prediksjon av nevrologisk funksjon. Videre kan tradisjonell Mr undervurdere alvorlighetsgraden og omfanget av ryggmargsskade. Fremveksten av DTI kan hjelpe kirurger til å evaluere rygg mARGs funksjon mer nøyaktig ved å gi kvantitativ informasjon om vann molekyl diffusjon.

<p clas…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Denne studien ble støttet av Guangzhou Science and Technology Project of China (no. 201607010021) og Nature Science Foundation of 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