DTI du cerveau et de la colonne cervicale : évaluation chez des sujets normaux et des patients atteints de myélopathie spondylotique cervicale

Plus de la moitié de la population d'âge moyen présente des signes radiologiques d'arthrose cervicale et un sous-ensemble de cette population développe une myélopathie spondylotique cervicale (CSM), une affection dans laquelle la moelle épinière est altérée, soit par compression mécanique directe, soit indirectement par privation artérielle et /ou stase veineuse. Bien que de nombreuses opérations soient effectuées pour des conditions liées au CSM, il n'existe aucun consensus concernant le moment de l'intervention chirurgicale ou la manière de sélectionner parmi les options chirurgicales disponibles pour un patient donné. De nombreux facteurs ont été impliqués dans la propension du CSM à se développer, notamment l'âge avancé, le handicap lors de la présentation, le diamètre du cordon, la zone du cordon, le signal altéré du cordon sur l'IRM (images pondérées en T2 et T1), l'augmentation de la mobilité de la colonne cervicale et une colonne vertébrale congénitalement étroite. canal. Les mêmes facteurs peuvent également déterminer la réponse à la chirurgie, soit positivement (augmentation de la mobilité cervicale), soit négativement (âge avancé, canal rachidien congénitalement étroit). Les complications potentielles des interventions chirurgicales sont remarquables. Bien que les effets indésirables incapacitants soient rares, leur survenue dans un processus morbide à évolution potentiellement bénigne est d'une gravité incontestable. Enfin, il convient de noter que les critères radiologiques de compression de la racine cervicale ou de la moelle en IRM sont subjectifs et il n'est pas certain qu'ils soient corrélés aux symptômes cliniques.

L'imagerie du tenseur de diffusion (DTI) est sensible au mouvement de l'eau et est considérée comme un marqueur de l'intégrité axonale dans le cerveau. Il y a eu beaucoup d'intérêt pour l'application de la technique à la colonne vertébrale et en particulier à l'évaluation des patients atteints de CSM. Dans le cerveau, le DTI est effectué à l'aide d'une séquence d'imagerie planaire à écho unique (SS-EPI) qui acquiert toutes les données pour une seule tranche suite à l'application d'une seule impulsion d'excitation et de gradients de diffusion. Bien que très efficace en termes de collecte de données, le SS-EPI pose plusieurs problèmes, notamment que 1) Il est mieux adapté à l'acquisition de matrices d'imagerie relativement petites, ce qui entraîne soit une faible résolution spatiale, soit l'utilisation de techniques supplémentaires pour réduire le champ de vue (FOV). L'augmentation du nombre d'échos acquis pour augmenter la résolution ne produit pas d'augmentation de la résolution acquise car la décroissance du signal pendant le train d'échos plus long entraîne un flou accru de l'image. 2) Les images sont déformées par des gradients de susceptibilité dans les zones proches des interfaces entre tissus et structures osseuses ou osseuses. Ces facteurs ont rendu problématique l'application du DTI aux études cliniques sur la colonne vertébrale. Spécifiquement:-

1. La petite taille de la moelle épinière signifie qu'une résolution spatiale élevée est nécessaire.
2. Les effets de susceptibilité de la structure osseuse environnante entraînent une distorsion de l'image.
3. Le mouvement du cordon au cours du cycle cardiaque conduit à des artefacts.

La séquence EPI segmentée de lecture (RESOLVE ou RS-EPI) s'est avérée capable d'obtenir des images avec une résolution spatiale plus élevée et une distorsion réduite dans le cerveau. Nous avons récemment démontré que la séquence RESOLVE peut également être utilisée pour obtenir des images DTI de haute qualité de la colonne cervicale de volontaires (voir figure 1) et peut fournir des informations cliniquement utiles chez les sujets présentant des métastases dans la colonne vertébrale. La séquence RESOLVE divise la collecte de données en plusieurs segments, ce qui réduit la distorsion et permet d'obtenir des images avec une résolution plus élevée, mais au prix soit d'un temps de balayage accru, soit d'un nombre réduit de directions pour les gradients de diffusion (c'est-à-dire rapport signal sur bruit (SNR) réduit). La séquence RESOLVE intègre également une évaluation en temps réel des données, permettant aux données corrompues par le mouvement d'être rejetées puis réacquises. Nous souhaitons maintenant optimiser et évaluer l'utilité clinique de la séquence RESOLVE chez les patients atteints de CSM en l'appliquant à un groupe de patients atteints de CSM et à un groupe de sujets témoins appariés âgés. Les images brutes de diffusion sont post-traitées pour produire des images paramétriques qui caractérisent la diffusivité (moyenne, longitudinale et radiale) et l'anisotropie (dépendance directionnelle) de la diffusion. L'anisotropie des données de diffusion est généralement quantifiée à l'aide de l'indice d'anisotropie fractionnaire (FA), cependant, nous avons récemment montré que deux autres quantités, le mode et le rapport de surface ellipsoïdale (EAR) du tenseur de diffusion, fournissent des informations supplémentaires utiles et nous proposons d'utiliser les trois paramètres lors de l'analyse de l'anisotropie des données de diffusion de cette étude.

En utilisant la séquence RESOLVE, adressez-vous à ces deux premiers points "puces" énumérés ci-dessus et nous avons constaté que chez certains sujets, des images DTI de haute qualité de la colonne vertébrale peuvent être obtenues sans l'utilisation de synchronisation cardiaque, cependant, pour une séquence clinique robuste, nous, et d'autres groupes, ont trouvé que le déclenchement cardiaque était essentiel. Une autre question à considérer pour les études DTI de la colonne vertébrale est l'orientation de l'analyse. Les images sagittales fournissent une couverture de toute la colonne vertébrale avec relativement peu de tranches, ce qui est particulièrement bénéfique lorsque la synchronisation cardiaque est utilisée. Les tranches axiales ont l'avantage que les changements de configuration de la colonne vertébrale dans la direction caudale-crânienne sont relativement lents, ce qui signifie que des tranches plus épaisses peuvent être utilisées sans perte significative d'informations. Cependant, un nombre relativement important de tranches est encore nécessaire pour couvrir l'ensemble du rachis C, ce qui entraîne un long temps de mesure lorsque le déclenchement cardiaque est utilisé.

Objectifs Les enquêteurs souhaitent essayer de répondre aux questions suivantes pour le C-spine : -

1. Quelles sont les caractéristiques de diffusion du rachis C normal (variation spatiale et dépendance à l'âge) ?
2. Comment les images RESOLVE et SS-EPI de la colonne vertébrale se comparent-elles en termes de qualité d'image ?
3. Quel est l'effet de la modification du nombre de segments pour la séquence RESOLVE ?
4. Lorsque l'on compare SS-EPI et RESOLVE, y a-t-il des différences statistiquement significatives dans les valeurs dérivées d'anisotropie ou de diffusivité ?
5. Les caractéristiques de diffusion du rachis C des sujets atteints de CSM sont-elles significativement différentes de celles des témoins âgés appariés ?
6. Le DTI de la colonne vertébrale peut-il être utilisé pour dériver des informations de diagnostic, soit en termes d'informations pronostiques pour des patients CSM individuels, soit pour l'identification de sous-groupes de patients CSM ? Pour le cerveau, la question que nous aborderions est la suivante : -

1) Lorsque l'on compare SS-EPI et RESOLVE, y a-t-il des différences statistiquement significatives dans les valeurs dérivées d'anisotropie ou de diffusivité ? 2) Y a-t-il une différence statistiquement significative dans le volume des faisceaux de fibres dérivés à l'aide des deux séquences ou entre les deux groupes ? 3) Les données de diffusion du cerveau des patients atteints de CSM sont-elles significativement différentes de celles des témoins ?