DTI головного мозга и шейного отдела позвоночника: оценка у здоровых субъектов и пациентов с шейной спондилотической миелопатией

Более половины людей среднего возраста имеют рентгенологические признаки шейного спондилеза, а у части этой популяции развивается шейная спондилотическая миелопатия (CSM), состояние, при котором спинной мозг поражается либо в результате прямой механической компрессии, либо косвенно в результате артериальной депривации и /или венозный застой. Хотя многие операции выполняются при состояниях, связанных с CSM, не существует единого мнения относительно сроков хирургического вмешательства или того, как выбрать среди доступных хирургических вариантов для данного пациента. На склонность к развитию CSM влияют многие факторы, в том числе пожилой возраст, инвалидность при поступлении, диаметр спинного мозга, площадь спинного мозга, измененный сигнал спинного мозга на МРТ (T2- и T1-взвешенные изображения), повышенная подвижность шейного отдела позвоночника и врожденная узкая спина. канал. Те же факторы могут также определять реакцию на операцию как положительно (повышенная подвижность шейки матки), так и отрицательно (пожилой возраст, врожденно узкий позвоночный канал). Обращают на себя внимание возможные осложнения хирургических вмешательств. Хотя инвалидизирующие неблагоприятные эффекты встречаются редко, их возникновение при патологическом процессе с потенциально доброкачественным течением имеет несомненную серьезность. Наконец, следует отметить, что рентгенологические критерии сдавления шейного отдела корешка или спинного мозга на МРТ являются субъективными, и неясно, коррелируют ли они с клиническими симптомами.

Диффузионно-тензорная визуализация (DTI) чувствительна к движению воды и считается маркером целостности аксонов в головном мозге. Был большой интерес к применению этой техники к позвоночнику и, в частности, к оценке пациентов с CSM. В головном мозге DTI выполняется с использованием последовательности одиночного эхо-планарного изображения (SS-EPI), которая собирает все данные для одного среза после применения одного импульса возбуждения и градиентов диффузии. Хотя SS-EPI очень эффективен с точки зрения сбора данных, у SS-EPI есть несколько проблем, в частности, что 1) он лучше всего подходит для получения относительно небольших матриц изображений, что приводит либо к низкому пространственному разрешению, либо к использованию дополнительных методов для уменьшения поля. поля зрения (FOV). Увеличение количества полученных эхо-сигналов для увеличения разрешения не приводит к увеличению полученного разрешения, поскольку затухание сигнала во время более длинной последовательности эхо-сигналов приводит к увеличению размытия изображения. 2) Изображения искажаются градиентами восприимчивости в областях, близких к границам между тканью и костью или костными структурами. Эти факторы сделали проблематичным применение DTI для клинических исследований позвоночника. Конкретно:-

1. Небольшой размер спинного мозга означает, что требуется высокое пространственное разрешение.
2. Эффекты восприимчивости окружающей костной структуры приводят к искажению изображения.
3. Движение спинного мозга во время сердечного цикла приводит к артефактам.

Было показано, что считывание сегментированной последовательности EPI (RESOLVE или RS-EPI) позволяет получать изображения с более высоким пространственным разрешением и уменьшенными искажениями в мозге. Недавно мы продемонстрировали, что последовательность RESOLVE может также использоваться для получения высококачественных DTI-изображений шейного отдела позвоночника добровольцев (см. рис. 1) и может предоставить клинически полезную информацию о субъектах с метастазами в позвоночник. Последовательность RESOLVE разбивает набор данных на несколько сегментов, что приводит к уменьшению искажений и возможности получения изображений с более высоким разрешением, но за счет либо увеличения времени сканирования, либо уменьшения количества направлений для градиентов диффузии (т. уменьшенное отношение сигнал/шум (SNR)). Последовательность RESOLVE также включает оценку данных в режиме реального времени, что позволяет отклонять данные, поврежденные движением, а затем повторно получать их. Теперь мы хотим оптимизировать и оценить клиническую полезность последовательности RESOLVE у пациентов с CSM, применяя ее к группе пациентов с CSM и группе контрольных субъектов соответствующего возраста. Необработанные диффузионные изображения подвергаются постобработке для получения параметрических изображений, характеризующих коэффициент диффузии (средний, продольный и радиальный) и анизотропию (зависимость от направления) диффузии. Анизотропия данных о диффузии обычно количественно определяется с использованием индекса дробной анизотропии (FA), однако недавно мы показали, что две другие величины, мода и отношение площади эллипсоида (EAR) тензора диффузии, предоставляют полезную дополнительную информацию, и мы предлагаем использовать все три параметра при анализе анизотропии диффузионных данных из этого исследования.

Используя последовательность RESOLVE, мы обращаемся к этим первым двум из «маркированных» пунктов, перечисленных выше, и мы обнаружили, что у некоторых субъектов высококачественные изображения DTI позвоночника могут быть получены без использования кардиального стробирования, однако для надежной клинической последовательности мы и другие группы сочли, что кардиальный строб-импульс необходим. Еще одна проблема, которую следует учитывать при проведении DTI-исследований позвоночника, — это ориентация сканирования. Сагиттальные изображения обеспечивают охват всего позвоночника относительно небольшим количеством срезов, что особенно полезно при использовании кардиального стробирования. Преимущество аксиальных срезов в том, что изменения конфигурации позвоночника в каудально-краниальном направлении происходят относительно медленно, а это означает, что можно использовать более толстые срезы без значительной потери информации. Однако для охвата всего шейного отдела позвоночника по-прежнему требуется относительно большое количество срезов, что приводит к длительному времени измерения при использовании кардиального стробирования.

Цели. Исследователи хотят попытаться ответить на следующие вопросы относительно шейного отдела позвоночника:

1. Каковы диффузионные характеристики нормального шейного отдела позвоночника (пространственная изменчивость и возрастная зависимость)?
2. Как соотносятся изображения позвоночника RESOLVE и SS-EPI с точки зрения качества?
3. Каков эффект изменения количества сегментов для последовательности RESOLVE?
4. При сравнении SS-EPI и RESOLVE имеются ли статистически значимые различия в полученных значениях анизотропии или коэффициента диффузии?
5. Отличаются ли диффузионные характеристики шейного отдела позвоночника у субъектов с CSM значительно по сравнению с контрольной группой пожилого возраста?
6. Можно ли использовать DTI позвоночника для получения диагностической информации либо с точки зрения прогностической информации для отдельных пациентов с CSM, либо для идентификации подгрупп пациентов с CSM? Для мозга вопрос, который мы хотели бы решить, таков:

1) При сравнении SS-EPI и RESOLVE имеются ли статистически значимые различия в полученных значениях анизотропии или коэффициента диффузии? 2) Есть ли статистически значимая разница в объеме волоконных трактов, полученных с использованием двух последовательностей или между двумя группами? 3) Значительно ли отличаются данные диффузии мозга пациентов с CSM от контрольной группы?