Longitudinell bedömning av strukturell plasticitet i ryggmärgen med användning av DTI hos SCI-patienter

Idag är International Standards for the Neurological Classification of Spinal Cord Injury (ISNSCI), som inkluderar tester av motorisk och kutan sensorisk funktion, och Spinal Cord Independence Measure (SCIM) guldstandarderna för neurologisk klassificering av ryggmärgsskada (SCI). Dessa standardmått har mycket viktiga tillämpningar vid rehabilitering av SCI som primära kliniska och resultatmått. Trots vikten och användbarheten av deras applikationer har dessa standardmått sina begränsningar. Till exempel är ISNSCI, avsett att vara ett kliniskt klassificeringssystem, subjektivt och relativt okänsligt för inkrementella neurofysiologiska och funktionella förändringar under både akuta och kroniska stadier av återhämtning. Dessutom kan ISNSCI inte utvärdera ryggmärgsfunktionen (SC) under den neurologiska nivån. För vissa patienter som barn och patienter med samtidiga hjärnskador kan tillförlitlig utvärdering inte slutföras på grund av deras begränsade kognitiva engagemang i utvärderingsprocessen. Magnetisk resonanstomografi (MRT) har föreslagits som ett mer objektivt verktyg för att hjälpa läkare att göra prognos. Ny studie visade dock att konventionell klinisk MRI inte korrelerar bra med poäng uppmätt med ISNSCI.

Diffusion Tensor Imaging (DTI) är ett avancerat MRI-verktyg som kan undersöka information om vit substans integritet genom att mäta riktningsdiffusion av vattenmolekyler, vilket ger mer mikroskopiska detaljer än konventionell MRI. Nya fynd tyder på att DTI är ett lovande, icke-invasivt och objektivt verktyg för att utvärdera och övervaka strukturella förändringar inom vita substans axonvägar efter SCI. Våra preliminära data visade signifikant avvikelse av DTI-index från normativa värden för friska försökspersoner hos en SCI-patient vars konventionella T2-skanningar verkade vara normala (se avsnittet preliminära data). En trolig förklaring till denna observerade förändring av DTI-index är degeneration och demyelisering i fallande axonala vägar. Även om DTI har använts i djurmodeller för att mäta utvecklingen av skadan i SC och visade stort lovande vid upptäckt av patologiska förändringar i SC, finns inga longitudinella DTI-data erhållna från human SC för att indikera känsligheten hos DTI-tekniken för att detektera SCI-progression eller återhämtning. Kan DTI upptäcka strukturella förändringar som äger rum i SC under loppet av rehabilitering hos individer med SCI? Kommer dessa uppmätta DTI-parametrar att korrelera med ISNSCI-baserade poäng? Den grundläggande hypotesen för den aktuella studien är att rehabilitering kan underlätta reparation av SC-fibrer tillsammans med spontana anpassningar efter skadan för att hjälpa till att återansluta några av de skadade nervfibrerna med motoneuroner som kontrollerar musklerna och detta kommer i sin tur att förbättra motoneuronaktiviteten för att främja muskelfunktion, och alla dessa förändringar kan detekteras av de föreslagna longitudinella DTI-protokollen och kliniska standardverktyg för utvärdering av motorisk funktion. De förväntade resultaten från denna longitudinella studie skulle stödja tillämpningen av DTI för att övervaka plastiska förändringar i den skadade SC och de DTI-härledda åtgärderna skulle potentiellt kunna hjälpa kliniker att ställa en mer objektiv diagnos av skadan och uppskatta dess progression, vilket är avgörande i planeringen terapier. Det ligger dock utanför ramen för detta förslag att särskilja bidrag till strukturella förändringar som inträffar i SC mellan spontana och behandlingsfaktorer. Eftersom det är oetiskt att inte behandla patienter kan denna begränsning inte övervinnas i den aktuella mänskliga studien. Med tanke på att studiens primära fokus är longitudinell spårning av SC strukturella förändringar med hjälp av neuroimaging snarare än att bestämma relativa bidrag till dessa förändringar genom spontan återhämtning och behandling, bör begränsningen inte signifikant påverka kvaliteten på vår studie. För att testa hypotesen föreslår utredarna följande specifika mål.

Mål 1: Spåra strukturella förändringar i SC hos patienter med ofullständig SCI (iSCI) med DTI. Varje patient i den föreslagna studien kommer att skannas genom att täcka hela cervikala regionen av SC med hjälp av en DTI-sekvens vid baslinjen, 2 veckor, 1 månad, 3 månader och 6 månader efter start av standardrehabiliteringsintervention. DTI-index (se metoder för detaljer) kommer att kvantifieras och jämföras över alla tidpunkter. Tidigare longitudinella hjärn-DTI-studier på människor och djur tyder på att DTI är känsligt för att upptäcka strukturella förändringar i hjärnan vitare substans 24 timmar (djurstudie) och 3 månader (opublicerade humana DTI-resultat av PI:s grupp) efter hjärnskada och 6 månader efter initial skanning av patienter med amyotrofisk lateral skleros (ALS) (DTI-data var endast tillgängliga 6 månader efter den första skanningen i denna studie). Utredarna antar att det föreslagna DTI-protokollet kommer att kunna fånga strukturella förändringar i SCI under återhämtningsförloppet.

Syfte 2: Korrelera SC-plasticiteten som manifesteras av förändringar i DTI-index med kliniska bedömningar av skada och sensorimotorisk funktion. Kvantitativa DTI-index kommer att korreleras med kliniska diagnoser av SCI och kliniska utvärderingar av patienternas sensorimotoriska funktion i övre och nedre extremiteterna. Det antas att DTI-indexet för SCI signifikant kommer att korreleras med klinisk diagnos och poäng för övre och nedre sensorimotorisk funktion. DTI-parametern lovar mycket att vara en biomarkör för SCI och förväntas ha prognostiskt värde för att förutsäga funktionellt resultat av ett rehabiliteringsprogram.