Imaging a risonanza magnetica con Tensor di diffusione nella compressione del midollo spinale cronico

Riepilogo

Qui, presentiamo un protocollo per l'applicazione dei parametri di imaging tensore di diffusione per valutare la compressione del midollo spinale.

Abstract

La compressione cronica del midollo spinale è la causa più comune di compromissione del midollo spinale in pazienti con danni al midollo spinale non traumatici. L'imaging a risonanza magnetica convenzionale (MRI) svolge un ruolo importante sia confermando la diagnosi che valutando il grado di compressione. Tuttavia, il dettaglio anatomico fornito dalla risonanza magnetica convenzionale non è sufficiente per stimare accuratamente i danni neuronali e/o valutare la possibilità di recupero neuronale nei pazienti con compressione cronica del midollo spinale. Al contrario, l'imaging del tensore di diffusione (DTI) può fornire risultati quantitativi in base alla rilevazione della diffusione della molecola d'acqua nei tessuti. Nel presente studio, sviluppiamo un quadro metodologico per illustrare l'applicazione del DTI nella malattia cronica di compressione del midollo spinale. L'anisotropia frazionata DTI (fa), i coefficienti di diffusione apparente (ADC) e i valori di autovettore sono utili per visualizzare i cambiamenti patologici microstrutturali nel midollo spinale. In pazienti con compressione cronica del midollo spinale, rispetto ai controlli sani, sono state osservate diminazioni di FA e aumenti degli ADC e dei valori di autorivettore. DTI potrebbe aiutare i chirurghi a comprendere la gravità della lesione del midollo spinale e fornire informazioni importanti sulla prognosi e il recupero funzionale neurale. In conclusione, questo protocollo fornisce uno strumento delicato, dettagliato e non invasivo per valutare la compressione del midollo spinale.

Introduzione

La compressione cronica del midollo spinale è la causa più comune del midollo spinale impairment1. Questa condizione può essere dovuta all'ossificazione del legamento longitudinale posteriore, all'ematoma, all'ernia del disco cervicale, alla degenerazione vertebrale o ai tumori intraspinali^2,3. La compressione cronica del midollo spinale può portare a vari gradi di deficit funzionali; Tuttavia, ci sono casi clinici con grave compressione del midollo spinale senza sintomi neurologici e segni, così come i pazienti con compressione del midollo spinale lieve ma gravi deficit neurologici⁴. In queste circostanze, l'imaging sensibile è essenziale per valutare la gravità della compressione e identificare la gamma di danni.

La risonanza magnetica convenzionale svolge un ruolo significativo nel chiarire l'anatomia del midollo spinale. Questa tecnica è di solito utilizzata per valutare il grado di compressione a causa della sua sensibilità ai tessuti molli⁵. Molti parametri possono essere misurati dalla risonanza magnetica, come l'intensità del segnale MR, la morfologia dei cavi e la zona del canale spinale. Tuttavia, la risonanza magnetica ha alcune limitazioni e fornisce solo informazioni qualitative piuttosto che risultati quantitativi⁶. I pazienti con compressione cronica del midollo spinale hanno spesso alterazioni anomale del segnale dell'intensità della risonanza magnetica. Tuttavia, le discrepanze tra i sintomi clinici e i cambiamenti di intensità della risonanza magnetica rendono difficile diagnosticare una condizione funzionale basata esclusivamente sulle caratteristiche della risonanza magnetica⁷. Studi precedenti evidenziano questa controversia in termini di valore prognostico dell'iperintensità RM T2 nella cord8 spinale. Due gruppi hanno riferito che l'iperintensità T2 del midollo spinale è un parametro prognostico scarso dopo l'intervento chirurgico per il midollo spinale cronico compression8. Al contrario, alcuni autori non hanno trovato alcuna associazione significativa tra le variazioni del segnale T2 e la prognosi^8,9. Chen et al. e Vedantam et al. hanno diviso le iperintensità della risonanza magnetica T2 in due categorie corrispondenti a diversi esiti prognostici^10,11. Il tipo 1 ha mostrato bordi deboli, sfocato, indistinto, e questa categoria ha dimostrato cambiamenti istologici reversibili. Le immagini di tipo 2 presentavano bordi intensi e ben definiti, che corrispondevano a danni patologici irreversibili. Le tecniche convenzionali di RM T1/T2 non forniscono informazioni adeguate per identificare queste due categorie e valutare la prognosi del paziente. Per contro, la DTI, una tecnica di imaging più sofisticata, può aiutare a ottenere informazioni prognostiche più specifiche, rilevando quantitativamente i cambiamenti microstrutturali nei tessuti attraverso la diffusione della molecola d'acqua.

Negli ultimi anni, DTI ha raccolto una crescente attenzione grazie alla sua capacità di descrivere la microarchitettura del midollo spinale. DTI può misurare la direzione e l'entità della diffusione della molecola d'acqua nei tessuti. I parametri DTI possono valutare quantitativamente i danni neurali nei pazienti con compressione cronica del midollo spinale. FA e l'ADC sono i parametri più comunemente applicati durante la valutazione del midollo spinale. Il valore di fa rivela il grado di anisotropia per orientare le fibre assonali circostanti e descrivere i confini anatomici^12,13. Il valore dell'ADC fornisce informazioni sulle caratteristiche del movimento molecolare in molte direzioni in uno spazio tridimensionale e rivela la media delle diffusività lungo i tre assi principali^6,12. Le variazioni di questi parametri sono associate a alterazioni microstrutturali che influenzano la diffusione delle molecole d'acqua. Pertanto, i chirurghi possono utilizzare/misurare i parametri DTI per identificare la patologia del midollo spinale. Il presente studio fornisce metodi e processi DTI che forniscono informazioni prognostiche più dettagliate per il trattamento di pazienti con compressione cronica del midollo spinale.

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Protocollo

Lo studio è stato approvato dal comitato di etica medica locale nel primo ospedale del popolo di Guangzhou in Cina. I moduli di consenso informato firmati sono stati ricevuti da volontari sani e partecipanti prima della partecipazione. Tutti gli studi sono stati condotti in conformità con la dichiarazione dell'associazione medica mondiale di Helsinki.

1. preparazione del soggetto

1. Assicurarsi che ogni partecipante soddisfi i seguenti criteri per la compressione cronica del midollo spinale: a) una storia di perdita di funzione neurologica significativa, b) un esame fisico di mielopatia positiva, e c) prova MRI della compressione del cordone cervicale.
   Nota: I criteri di esclusione sono a) incapacità di fornire il consenso scritto e b) incapacità di ottenere i parametri DTI degli artefatti. Per i controlli, i criteri di inclusione sono a) nessuna storia di gravi lesioni alla schiena o al collo, disturbi neurologici o interventi chirurgici alla colonna vertebrale; b) nessuna prova MRI della compressione del cordone cervicale.
2. SK ogni partecipante di compilare e firmare un modulo di consenso che elenca le linee guida di sicurezza MRI e il protocollo di imaging. In particolare, i pazienti con compressione cronica del midollo spinale sono esaminati da MRI in modo preoperatorio e 1 anno dopo l'intervento.
3. tappi per ogni partecipante. Posizionarli in posizione supina con una bobina testa/collo che racchiude la regione cervicale e un punto di riferimento a livello della cartilagine tiroidea. Assicuratevi che ogni partecipante sia in una posizione comoda che riduca efficacemente il movimento.

2. parametri RM strutturali

Nota: Immagini anatomiche T1-ponderate (T1 W), immagini T2-ponderata (T2 W) e DTI acquisite su uno scanner MRI a 3 Tesla con una bobina di testa a 16 canali.

1. Utilizzare l'eco a gradiente di perturbazione veloce (FPGR) per la scansione della localizzazione per ottenere mappe di posizione assiale, sagittale e coronale.
2. Posizionare la linea di posizionamento sagittale con le mappe di posizione coronale per garantire che la linea di base di posizionamento sia parallela al canale spinale (midollo spinale); prima individuare il piano sagittale T2 W, quindi copiare e incollare la linea di posizionamento di T1 W sagittale alla linea di posizionamento T2 W.
   1. Utilizzare i seguenti parametri di imaging per T1 W e T2 W immagini sagittali: campo visivo (FOV) = 240 mm x 240 mm, dimensione voxel = 1,0 mm x 0,8 mm x 3,0 mm, Gap slice = 0,3 mm, spessore fetta = 3 mm, numero di eccitazione (NEX) = 2, direzione di piega = piedi/testa (FH) e tempo di eco (TE)/tempo di ripetizione (TR) = 10/700 ms (T1 W) e 101/2500 ms (T2 W). Ottieni nove immagini sagittali che coprono l'intero midollo spinale cervicale.
3. Posizionare la linea di posizionamento assiale sull'immagine sagittale T2 W e coprire il disco intervertebrale da C2/3 a C6/7, centrando il diametro antero-posteriore dello spazio intervertebrale. Utilizzare i seguenti parametri di imaging: FOV = 180 mm x 180 mm, dimensione voxel = 0,7 mm x 0,6 mm x 3,0 mm, spessore fetta = 3 mm, direzione di piegatura = anteriore/posteriore (AP), NEX = 2, e TE/TR = 120/3000 ms.
4. Posizionare la linea di posizionamento assiale sull'immagine sagittale T2 W, centrando il diametro antero-posteriore dello spazio intervertebrale, con 45 fette che coprono il midollo spinale cervicale da C1 a C7.
   1. Ottenere DTI tramite la seguente sequenza: Single-Shot spin-echo eco-planare Imaging (SE-EPI) con 20 direzioni ortogonali. Direzioni di diffusione non complanari con valore b = 800 s/mm².
   2. Utilizzare i seguenti parametri di imaging: FOV = 230 mm x 230 mm, matrice di acquisizione = 98 x 98, risoluzione ricostruita = 1,17 x 1,17, spessore fetta = 3 mm, direzione di piegatura = AP, NEX = 2, fattore EPI = 98, e TE/TR = 74/8300 ms. fornire un corso temporale che riassume i passaggi nel protocollo MRI, come mostrato nella Figura 1.
      Nota: Il corso temporale che sintetizza il protocollo MRI e DTI è mostrato nella Figura 1.

3. immagini postprocessing e indici di misurazione dati

1. Trasmettere automaticamente tutte le immagini di scansione al syngo MR B17. Caricare l'imaging sagittale e assiale T2 W dello spazio intervertebrale nell'interfaccia delle riprese e trovare la porzione più compressa del midollo spinale cervicale.
2. Nell'interfaccia di visualizzazione 2:1, caricare l'immagine FA e fare clic sulla scheda visualizzazione posizione: serie . contare e registrare il livello di compressione più alta dall'alto verso il basso della mappa della posizione.
3. Fare clic sulla scheda file per selezionare l'immagine tensore, quindi utilizzare la barra degli strumenti applicazioni in alto a sinistra dello schermo per selezionare neuro 3D (Mr) per creare automaticamente le colormap ADC e fa.
4. Rivolgersi al livello del sito di compressione più alto e creare aree di interesse sferiche (ROIs) di volumi identici (con una dimensione di 6 mm³) utilizzando la scheda modalità di valutazione iniziale . Le ROIs devono essere selezionate, compreso il midollo spinale interno per escludere gli effetti di volume parziale del liquido cerebrospinale (CSF).
5. Calcola e visualizza automaticamente i valori di FA e ADC in basso a destra dello schermo. Visualizzare i valori E1, E2 e E3 facendo clic sulla barra degli strumenti diffusione e scegliendoli.
   Nota: Tutte le misurazioni sono state eseguite da due radiologi accecati ai dettagli clinici dei pazienti. I risultati finali sono stati determinati come la media dei due.
6. Eseguire l'elaborazione delle immagini dei DataSet DTI utilizzando un syngo MR B17 Advantage workstation, seguendo i passaggi in Figura 2.

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Risultati

Questo è un riassunto dei risultati ottenuti da volontari sani e pazienti affetti da mielopatia spondilicica cervicale. Il protocollo ha permesso al medico di visualizzare le mappe DTI. Questa tecnologia potrebbe fungere da misura oggettiva per misurare lo stato funzionale in condizioni mielopatiche. Le mappe DTI dei volontari sani sono mostrate nella Figura 3. I parametri DTI dei volontari sani erano i seguenti: FA = 0,661; ADC = 1,006 x 10^-3 mm²/s; E1 = 1,893 x 10

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Discussione

La risonanza magnetica convenzionale è di solito utilizzata per valutare la prognosi dei pazienti con varie condizioni della colonna vertebrale. Tuttavia, questa modalità di imaging fornisce il dettaglio anatomico macroscopico piuttosto che la valutazione della microstruttura¹⁴, che limita la previsione della funzione neurologica. Inoltre, la risonanza magnetica tradizionale può sottovalutare la gravità e l'entità del danno del midollo spinale. L'emergere di DTI può aiutare i chirurghi a val...

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Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
3-Tesla MRI scanner	Siemens	40708	Software: NUMARIS/4
Syngo MR B17	Siemens	40708	Software: NUMARIS/4