Aivojen ja kohdunkaulan selkärangan DTI: arviointi normaaleissa koehenkilöissä ja potilailla, joilla on kohdunkaulan spondyloottinen myelopatia

Yli puolella keski-ikäisestä väestöstä on radiologista näyttöä kohdunkaulan spondyloosista, ja osalle tästä väestöstä kehittyy kohdunkaulan spondyloottinen myelopatia (CSM), tila, jossa selkäydin on heikentynyt joko suoran mekaanisen puristuksen tai epäsuorasti valtimoiden deprivaatiosta ja /tai laskimopysähdys. Vaikka monet leikkaukset suoritetaan CSM:ään liittyviin tiloihin, ei ole olemassa yksimielisyyttä leikkauksen ajoituksesta tai siitä, kuinka tietylle potilaalle valitaan käytettävissä olevista kirurgisista vaihtoehdoista. CSM:n kehittymisalttiuteen on vaikuttanut monia tekijöitä, mukaan lukien pitkä ikä, vammaisuus esillepanossa, napanuoran halkaisija, napanuoran pinta-ala, magneettikuvauksessa (T2- ja T1-painotetut kuvat), lisääntynyt kohdunkaulan selkärangan liikkuvuus ja synnynnäisesti kapea selkäranka. kanava. Samat tekijät voivat myös määrittää vasteen leikkaukseen, joko positiivisesti (lisääntynyt kohdunkaulan liikkuvuus) tai negatiivisesti (pitkä ikä, synnynnäisesti kapea selkäydinkanava). Kirurgisten toimenpiteiden mahdolliset komplikaatiot ovat huomionarvoisia. Vaikka toimintakykyä heikentävät haittavaikutukset ovat harvinaisia, niiden esiintyminen mahdollisesti hyvänlaatuisessa sairausprosessissa on epäilemättä vakavaa. Lopuksi on huomattava, että kohdunkaulan juuren tai napanuoran kompression radiologiset kriteerit magneettikuvauksessa ovat subjektiivisia ja on epävarmaa, korreloivatko ne kliinisten oireiden kanssa.

Diffuusiotensorikuvaus (DTI) on herkkä veden liikkeelle, ja sen katsotaan olevan aivojen aksonin eheyden merkki. On ollut paljon kiinnostusta tekniikan soveltamiseen selkärangassa ja erityisesti CSM-potilaiden arvioinnissa. Aivoissa DTI suoritetaan käyttämällä yhden laukauksen kaikukuvausta (SS-EPI) -sekvenssiä, joka hankkii kaikki tiedot yhdestä viipaleesta yhden virityspulssin ja diffuusiogradienttien soveltamisen jälkeen. Vaikka SS-EPI on erittäin tehokas tiedonkeruun kannalta, siinä on useita ongelmia, erityisesti, että 1) Se soveltuu parhaiten suhteellisen pienten kuvantamismatriisien hankintaan, mikä johtaa joko alhaiseen spatiaaliseen resoluutioon tai lisätekniikoiden käyttöön kentän pienentämiseksi. näkökulmasta (FOV). Hankittujen kaikujen määrän lisääminen tarkkuuden lisäämiseksi ei lisää hankittua resoluutiota, koska signaalin vaimeneminen pidemmän kaikujonon aikana johtaa lisääntyneeseen kuvan epäterävyyteen. 2) Kuvia vääristävät herkkyysgradientit alueilla, jotka ovat lähellä kudoksen ja luun tai luurakenteiden välisiä rajapintoja. Nämä tekijät ovat tehneet DTI:n soveltamisesta selkärangan kliinisiin tutkimuksiin ongelmallista. Erityisesti:-

1. Selkäytimen pieni koko tarkoittaa, että vaaditaan korkea spatiaalinen resoluutio.
2. Ympäröivän luurakenteen herkkyysvaikutukset johtavat kuvan vääristymiseen.
3. Napanuoran liike sydämen syklin aikana johtaa artefakteihin.

Readout-segmentoidun EPI-sekvenssin (RESOLVE tai RS-EPI) on osoitettu pystyvän saamaan kuvia, joilla on suurempi tilaresoluutio ja vähemmän vääristymiä aivoissa. Olemme äskettäin osoittaneet, että RESOLVE-sekvenssiä voidaan käyttää myös korkealaatuisten DTI-kuvien saamiseksi vapaaehtoisten kohdunkaulan selkärangasta (katso kuva 1) ja se voi tarjota kliinisesti hyödyllistä tietoa koehenkilöille, joilla on metastaaseja selkärangassa. RESOLVE-sekvenssi jakaa tiedonkeruun useisiin segmentteihin, mikä vähentää vääristymistä ja mahdollistaa korkeamman resoluution kuvien saamisen, mutta joko pidentyneen skannausajan tai diffuusiogradientin suuntien määrän kustannuksella (ts. alennettu signaali-kohinasuhde (SNR)). RESOLVE-sekvenssi sisältää myös tietojen reaaliaikaisen arvioinnin, mikä mahdollistaa liikkeen vahingoittaman datan hylkäämisen ja sen uudelleen hankinnan. Haluamme nyt optimoida ja arvioida RESOLVE-sekvenssin kliinistä käyttökelpoisuutta CSM-potilailla soveltamalla sitä CSM-potilaiden ryhmään ja ikääntyneiden vertailukoehenkilöiden ryhmään. Raaka diffuusiokuvat jälkiprosessoidaan parametrisiksi kuviksi, jotka kuvaavat diffuusion diffuusiota (keskiarvo, pituussuuntainen ja säteittäinen) ja anisotropiaa (suuntariippuvuus). Diffuusiotietojen anisotropia kvantifioidaan tyypillisesti käyttämällä murto-anisotropia (FA) -indeksiä, mutta olemme äskettäin osoittaneet, että kaksi muuta suuruutta, diffuusiotensorin moodi ja ellipsoidialuesuhde (EAR), tarjoavat hyödyllistä lisätietoa, ja ehdotamme käyttää kaikkia kolmea parametria analysoitaessa tämän tutkimuksen diffuusiotietojen anisotropiaa.

Käyttämällä RESOLVE-sekvenssiä käsittele näitä kahta ensimmäistä yllä luetelluista "bullet"-pisteistä ja havaitsimme, että joillakin koehenkilöillä voidaan saada korkealaatuisia DTI-kuvia selkärangasta ilman sydämen portaamista, mutta vankkaa kliinistä sekvenssiä varten me ja muut ryhmät ovat havainneet sydämen portaamisen välttämättömäksi. Toinen asia, joka on otettava huomioon selkärangan DTI-tutkimuksissa, on skannauksen suunta. Sagitaalikuvat peittävät koko selkärangan suhteellisen harvoin viipalein, mikä on erityisen hyödyllistä käytettäessä sydämen portaamista. Aksiaalisilla viipaleilla on se etu, että muutokset selkärangan konfiguraatiossa kaudaali-kallo-suunnassa ovat suhteellisen hitaita, mikä tarkoittaa, että paksumpia siivuja voidaan käyttää ilman merkittävää tiedon menetystä. Kuitenkin suhteellisen suuri määrä viipaleita tarvitaan edelleen peittämään koko C-selkärangan, mikä johtaa pitkään mittausaikaan, kun käytetään sydämen portausta.

Tavoitteet Tutkijat haluavat yrittää vastata seuraaviin C-selkärangan kysymyksiin:-

1. Mitkä ovat normaalin C-selkärangan diffuusioominaisuudet (tilavaihtelu ja ikäriippuvuus)?
2. Miten selkärangan RESOLVE- ja SS-EPI-kuvat eroavat kuvanlaadun suhteen?
3. Mikä on RESOLVE-sekvenssin segmenttien lukumäärän muuttaminen?
4. Onko SS-EPI:tä ja RESOLVEa verrattaessa tilastollisesti merkittäviä eroja johdetuissa anisotropian tai diffuusiivisuuden arvoissa?
5. Ovatko CSM:ää sairastavien koehenkilöiden C-selkärangan diffuusio-ominaisuudet merkittävästi erilaisia ​​kuin ikääntyneillä vastaavilla kontrolleilla?
6. Voidaanko selkärangan DTI:tä käyttää diagnostisten tietojen johtamiseen joko yksittäisten CSM-potilaiden ennustetietojen tai CSM-potilaiden alaryhmien tunnistamisen kannalta? Aivojen osalta käsittelemme seuraavia kysymyksiä:

1) Onko SS-EPI:tä ja RESOLVEa verrattaessa tilastollisesti merkittäviä eroja johdetuissa anisotropian tai diffuusiivisuuden arvoissa? 2) Onko näillä kahdella sekvenssillä johdettujen kuitutraktien tilavuudessa tai näiden kahden ryhmän välillä tilastollisesti merkitsevää eroa? 3) Ovatko CSM-potilaiden aivoista saadut diffuusiotiedot merkittävästi erilaisia ​​kuin kontrollien?