Диффузия тензора магнитно-резонансная томография при хроническом сжатии спинного мозга
Summary
Здесь мы представляем протокол для применения параметров визуализации тензора диффузии для оценки сжатия спинного мозга.
Abstract
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.
Introduction
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.
Protocol
Representative Results
Discussion
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…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было поддержано проектом науки и технологии Гуанчжоу Китая (No 201607010021) и фондом науки природы Цзянси (No. 20142BAB205065)
Materials
| 3-Tesla MRI scanner | Siemens | 40708 | Software: NUMARIS/4 |
| Syngo MR B17 | Siemens | 40708 | Software: NUMARIS/4 |
References
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Ellingson, B. M., Salamon, N., Holly, L. T. Imaging techniques in spinal cord injury. World Neurosurgery. 82 (6), 1351-1358 (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- Nouri, A. . The Role of Magnetic Resonance Imaging in Predicting Surgical Outcome in Patients with Degenerative Cervical Myelopathy. , (2015).
- 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).
- 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).
- Vedantam, A., et al. Diffusion tensor imaging of the spinal cord: insights from animal and human studies. Neurosurgery. 74 (1), 1-8 (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- Zheng, W., et al. Time course of diffusion tensor imaging metrics in the chronic spinal cord compression rat model. Acta Radiologica. , 284185118795335 (2018).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
