DTI mózgu i kręgosłupa szyjnego: ocena u zdrowych osób i pacjentów z mielopatią spondylotyczną kręgosłupa szyjnego

Ponad połowa populacji w średnim wieku ma radiologiczne dowody na spondylozę szyjną, a u części tej populacji rozwija się mielopatia spondylotyczna szyjki macicy (CSM), stan, w którym rdzeń kręgowy jest uszkodzony, albo przez bezpośredni ucisk mechaniczny, albo pośrednio przez deprywację tętniczą i /lub zastój żylny. Chociaż wiele operacji wykonuje się w stanach związanych z CSM, nie ma zgody co do czasu interwencji chirurgicznej ani sposobu wyboru spośród dostępnych opcji chirurgicznych dla danego pacjenta. Wiele czynników wpływa na skłonność do rozwoju CSM, w tym zaawansowany wiek, niepełnosprawność podczas prezentacji, średnicę rdzenia, obszar rdzenia, zmieniony sygnał rdzenia w MRI (obrazy T2- i T1-ważone), zwiększoną ruchomość kręgosłupa szyjnego i wrodzone wąskie kanał. Te same czynniki mogą również determinować odpowiedź na operację, zarówno pozytywną (zwiększona ruchomość szyjki macicy), jak i negatywną (zaawansowany wiek, wrodzone zwężenie kanału kręgowego). Na uwagę zasługują potencjalne powikłania zabiegów chirurgicznych. Chociaż obezwładniające działania niepożądane są rzadkie, to ich występowanie w procesie chorobowym o potencjalnie łagodnym przebiegu ma niewątpliwą wagę. Na koniec należy zauważyć, że radiologiczne kryteria ucisku korzenia szyjnego lub rdzenia kręgowego w MRI są subiektywne i nie ma pewności, czy korelują z objawami klinicznymi.

Obrazowanie tensora dyfuzji (DTI) jest czułe na ruch wody i jest uważane za marker integralności aksonów w mózgu. Wystąpiło duże zainteresowanie zastosowaniem tej techniki do kręgosłupa, aw szczególności do oceny pacjentów z CSM. W mózgu DTI przeprowadza się przy użyciu sekwencji obrazowania echa planarnego pojedynczego strzału (SS-EPI), która gromadzi wszystkie dane dla pojedynczego wycinka po zastosowaniu pojedynczego impulsu wzbudzenia i gradientów dyfuzji. Chociaż SS-EPI jest bardzo wydajny pod względem gromadzenia danych, istnieje kilka problemów z SS-EPI, w szczególności to, że 1) Najlepiej nadaje się do pozyskiwania stosunkowo małych matryc obrazowania, co skutkuje albo niską rozdzielczością przestrzenną, albo zastosowaniem dodatkowych technik w celu zmniejszenia pola widzenia (FOV). Zwiększanie liczby odbieranych ech w celu zwiększenia rozdzielczości nie powoduje wzrostu uzyskiwanej rozdzielczości, ponieważ zanik sygnału podczas dłuższego ciągu ech powoduje zwiększone rozmycie obrazu. 2) Obrazy są zniekształcone przez gradienty podatności w obszarach blisko styku tkanki i kości lub struktur kostnych. Czynniki te sprawiły, że stosowanie DTI w badaniach klinicznych kręgosłupa stało się problematyczne. Konkretnie:-

1. Niewielki rozmiar rdzenia kręgowego oznacza, że ​​wymagana jest wysoka rozdzielczość przestrzenna.
2. Efekty podatności otaczającej struktury kostnej powodują zniekształcenie obrazu.
3. Ruch rdzenia podczas cyklu serca prowadzi do artefaktów.

Wykazano, że odczyt segmentowanej sekwencji EPI (RESOLVE lub RS-EPI) umożliwia uzyskanie obrazów o wyższej rozdzielczości przestrzennej i zmniejszonych zniekształceniach w mózgu. Niedawno wykazaliśmy, że sekwencja RESOLVE może być również wykorzystana do uzyskania wysokiej jakości obrazów DTI kręgosłupa szyjnego ochotników (patrz ryc. 1) i może dostarczyć klinicznie użytecznych informacji u osób z przerzutami do kręgosłupa. Sekwencja RESOLVE dzieli zbiór danych na kilka segmentów, co skutkuje zmniejszeniem zniekształceń i możliwością uzyskania obrazów o wyższej rozdzielczości, ale kosztem wydłużenia czasu skanowania lub zmniejszenia liczby kierunków dla gradientów dyfuzji (tj. zmniejszony stosunek sygnału do szumu (SNR)). Sekwencja RESOLVE obejmuje również ocenę danych w czasie rzeczywistym, umożliwiając odrzucenie danych uszkodzonych przez ruch, a następnie ich ponowne pobranie. Obecnie chcemy zoptymalizować i ocenić przydatność kliniczną sekwencji RESOLVE u pacjentów z CSM, stosując ją do grupy pacjentów z CSM i grupy osób kontrolnych dobranych pod względem wieku. Surowe obrazy dyfuzji są przetwarzane w celu uzyskania obrazów parametrycznych, które charakteryzują dyfuzyjność (średnią, podłużną i promieniową) oraz anizotropię (zależność kierunkową) dyfuzji. Anizotropia danych dyfuzji jest zwykle określana ilościowo za pomocą ułamkowego wskaźnika anizotropii (FA), jednak ostatnio wykazaliśmy, że dwie inne wielkości, tryb i stosunek pola elipsoidalnego (EAR) tensora dyfuzji, dostarczają użytecznych informacji uzupełniających i proponujemy aby użyć wszystkich trzech parametrów podczas analizy anizotropii danych dyfuzji z tego badania.

Korzystanie z sekwencji RESOLVE odnosi się do tych dwóch pierwszych punktów wymienionych powyżej i stwierdziliśmy, że u niektórych pacjentów można uzyskać wysokiej jakości obrazy DTI kręgosłupa bez użycia bramkowania serca, jednak dla solidnej sekwencji klinicznej my i inne grupy stwierdziły, że bramkowanie serca jest niezbędne. Kolejną kwestią, którą należy wziąć pod uwagę w przypadku badań DTI kręgosłupa, jest orientacja skanu. Obrazy strzałkowe zapewniają pokrycie całego kręgosłupa przy stosunkowo niewielkiej liczbie przekrojów, co jest szczególnie korzystne, gdy stosuje się bramkowanie serca. Przekroje osiowe mają tę zaletę, że zmiany konfiguracji kręgosłupa w kierunku ogonowo-czaszkowym są stosunkowo powolne, co oznacza, że ​​grubsze przekroje mogą być użyte bez znacznej utraty informacji. Jednak nadal wymagana jest stosunkowo duża liczba przekrojów, aby pokryć cały kręgosłup C, co skutkuje długim czasem pomiaru, gdy stosuje się bramkowanie sercowe.

Cele Badacze chcą spróbować odpowiedzieć na następujące pytania dotyczące kręgosłupa C:

1. Jakie są cechy dyfuzji normalnego kręgosłupa C (zmienność przestrzenna i zależność od wieku)?
2. Jak obrazy kręgosłupa RESOLVE i SS-EPI porównują się pod względem jakości obrazu?
3. Jaki jest efekt zmiany liczby segmentów dla sekwencji ROZWIĄZANIE?
4. Czy porównując SS-EPI i RESOLVE występują statystycznie istotne różnice w uzyskanych wartościach anizotropii lub dyfuzyjności?
5. Czy charakterystyka dyfuzji kręgosłupa C osób z CSM znacząco różni się od charakterystyki dopasowanych w wieku kontroli?
6. Czy DTI kręgosłupa może służyć do uzyskiwania informacji diagnostycznych, zarówno w zakresie informacji prognostycznych dla poszczególnych pacjentów z CSM, jak i identyfikacji podgrup pacjentów z CSM? W przypadku mózgu pytanie, na które chcielibyśmy odpowiedzieć, to: -

1) Czy porównując SS-EPI i RESOLVE występują statystycznie istotne różnice w uzyskanych wartościach anizotropii lub dyfuzyjności? 2) Czy istnieje statystycznie istotna różnica w objętości pasm włókien uzyskanych przy użyciu dwóch sekwencji lub między dwiema grupami? 3) Czy dane dotyczące dyfuzji z mózgów pacjentów z CSM znacząco różnią się od danych z kontroli?