Diffusion Tensor Magnetresonanztomographie bei chronischer WirbelsäulenkorrekUnterdrückung
7. Mai 2019
Hier stellen wir ein Protokoll für die Anwendung von Diffusion-Tenor-Bildungsparametern zur Bewertung der Rückenmarkskompression vor.
Die anatomische Mikrostruktur des Rückenmarks, die durch herkömmliche MRT bereitgestellt wird, schätzt die tatsächlichen neuronalen Schäden oder das neuronale Wiederherstellungspotenzial bei Patienten mit chronischer Rückenmarkskompression nicht genau ab. Diffusions-Tensor-Bildgebung( DTI) kann uns helfen, spezifischere prognostische Informationen zu erhalten, indem quantitativ Mikrostrukturveränderungen in Geweben über die Diffusion von Wassermolekülen erkannt werden. Chronische Rückenmarkskompression kann wiederkehrende ischämische Schäden am Wirbelsäulenkordel verursachen, was zu histopathologischen Veränderungen in den nachgeschalteten Nervenfasern führt.
Diese Änderung kann mit dem DTI visualisiert werden. DTI ist eine empfindliche Technik, die ein Maß für die Richtung und die Diffusionsgröße von Wassermolekülen in Geweben liefern kann. Hier zeigen wir die Anwendung von Diffusions-Tensor-Bildgebungsparametern bei der Bewertung des komprimierten Rückenmarks für den Einsatz in Hochleistungs-Klinik-MRT-Scannern, die ein 3,0T MR-System betreiben.
Bevor Sie mit dem bildgebenden Verfahren beginnen, stellen Sie dem Teilnehmer Ohrstöpsel zur Verfügung und helfen Sie dem Teilnehmer in eine bequeme Supine-Position. Legen Sie eine Kopf-Hals-Spule über den Zervixbereich und ein Wahrzeichen auf Schilddrüsenknorpelebene. Wenn sich der Teilnehmer in Position befindet, verwenden Sie das Echo des schnellen Störgradienten, um axiale, sagittale und koronare Positionskarten zu erhalten.
Suchen Sie die T2-gewichtete sagittale Ebene, und kopieren sie die sagittale T1-gewichtete Positionierlinie mithilfe der koronalen Positionskarten, um sicherzustellen, dass die Positionierbasislinie parallel zum Rückenmarkskanal verläuft. Stellen Sie das T1- und T2-gewichtete Sichtfeld auf 240 mal 240 Millimeter, die Voxelgröße auf eins mal 0,8 mal drei Millimeter, den Scheibenspalt auf 0,3 Millimeter, die Scheibendicke auf drei Millimeter, die Anzahl der Anregung auf zwei, die Klapprichtung zum Fußkopf, die Wiederholungszeit auf 10 über 700 Millisekunden für das T1-gewichtende Feld und 101 über 2 , 500 für das T2-gewichtete Feld. Erhalten Sie dann neun sagittale Bilder, die das gesamte Halsrückenmark abdecken, und positionieren Sie die axiale Positionierlinie auf dem sagittalen T2 W-Bild.
Als nächstes die Bandscheibe von C2-3 bis C6-7, zentrierend auf den Anteroposteriordurchmesser des Intervertebralraums, und stellen Sie das Sichtfeld auf 180 mal 180 Millimeter, die Voxelgröße auf 0,7 mal 0,6 mal 0,6 mal drei Millimeter, die Scheibendicke auf drei Millimeter, die Umklapprichtung zum vorderen Poster, die Anzahl der Erregung auf zwei und die Zeit der Echozeit der Wiederholung auf 120 über 3 , 000 Millisekunden. Positionieren Sie dann die axiale Positionierlinie auf dem sagittalen T2-gewichteten Bild, wobei sie sich auf den anteroposterioren Durchmesser des Intervertebralraums konzentriert, mit 45 Scheiben, die das Halsrückenmark von C1 bis C7 abdecken. Um Diffusions-Tensor-Bildgebung zu erhalten, verwenden Sie Ein-Schuss-Spin-Echo-Echo-planare Bildgebung mit 20 orthogonalen Richtungen und nicht-koplanare Diffusionsrichtungen mit B-Werten von 800 Sekunden pro Millimeter quadratisch, und stellen Sie das Sichtfeld auf 230 mal 230 Millimeter, die Erfassungsmatrix auf 98 mal 98, die rekonstruierte Auflösung auf 1,17 mal 1,17, die Scheibendicke auf drei Millimeter, die Überklapprichtung nach vorder-posterior , die Anzahl der Erregung auf zwei, den echo-planaren Bildgebungsfaktor auf 98 und die Zeit der Echozeit der Wiederholung auf 74 über 8, 300 Millisekunden. Für die Bildnachbearbeitung exportieren Sie die Bilder in den Analysator und laden Sie die T2-gewichteten sagittalen und axialen Bilder des Intervertebralraums in die Filmschnittstelle.
Suchen Sie den am stärksten komprimierten Teil des Halsrückenmarks, und laden Sie das fraktionelle Anisotropiebild in die Zwei-zu-Eins-Anzeigeoberfläche. Klicken Sie auf Positionsanzeigeserie, und bestimmen Sie die Höchste Komprimierung summieren Sie von oben nach unten in der Positionskarte. Klicken Sie auf Datei, um das Tensorbild auszuwählen.
Wählen Sie Neuro 3D-Magnetresonanz aus, um automatisch scheinbare Diffusionskoeffizienten und fraktionierte Anisotropie-Farbkarten zu erstellen. Steigen Sie zur Seite der höchsten Kompression, und verwenden Sie den Start-Evaluierungsmodus, um sphärische sechs Millimeter gewürfelte Bereiche zu erstellen, die in und um das innere Rückenmark von Interesse sind, um die partiellen Volumeneffekte von Zerebrospinalflüssigkeit auszuschließen. Die fraktionierten Anisotropie- und scheinbaren Diffusionskoeffizientenwerte werden automatisch berechnet.
Klicken Sie dann auf Diffusion, und wählen Sie E1, E2 und E3 aus, um deren Werte anzuzeigen. Hier werden repräsentative Diffusions-Tensor-Bildkarten von gesunden Probanden gezeigt. Diese Diffusions-Tensor-Bildkarten von chronischen Rückenmarkskompressionspatienten ermöglichen es, den funktionellen Status der Kompression bei diesen Patienten zu messen, wie gerade gezeigt.
Die postoperative Bildgebung chronischer Rückenmarkskompressionspatienten, die operiert wurden, ermöglicht eine funktionelle Beurteilung der Linderung der Kompression, um die Genesung des Patienten zu verfolgen. Am inneren Rückenmark müssen Bereiche von Interesse gezogen werden, um die partiellen Volumeneffekte der Zerebrospinalflüssigkeiten auszuschließen. Die von DTI erhaltenen quantitativen Daten ermöglichen eine genaue Beurteilung des Ausmaßes der Läsionsschädigung und liefern zeitnahe und genaue objektive Hinweise für die Behandlung in Kliniken.
Vor dem Scannen bitten wir jeden Teilnehmer, ein Einverständnisformular auszufüllen und zu unterzeichnen, das das Bildgebungsprotokoll und die MRT-Sicherheitsrichtlinien umreißt.
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Übersicht
Diese Studie stellt ein detailliertes Protokoll vor, das mithilfe von Parametern der Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI) die Kompression des Rückenmarks bei Patienten beurteilt. Indem die Nachteile der konventionellen MRT bei der Bestimmung neuronaler Schäden ausgeglichen werden, zielt dieses Protokoll darauf ab, die prognostische Bewertung zu verbessern und den Heilungsverlauf nach einer Operation zu verfolgen.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Bildgebende Verfahren
- Rückenmarkforschung
Hintergrund
- Die konventionelle MRT ist nicht in der Lage, neuronale Schäden bei chronischer Rückenmarkskompression genau zu messen.
- Chronische Kompression verursacht wiederholte ischämische Schäden, die zu dauerhaften histopathologischen Veränderungen führen.
- Die Diffusions-Tensor-Bildgebung bietet einen empfindlicheren Ansatz zur Visualisierung mikrostruktureller Veränderungen.
- Die Beurteilung von DTI-Parametern kann prognostische Erkenntnisse in klinischen Anwendungen liefern.
Zweck der Studie
- Aufzeigen, wie die DTI die Beurteilung einer Spinalkanalstenose effektiver ermöglicht als die konventionelle MRT.
- Entwicklung standardisierter Bildgebungsprotokolle für leistungsstarke klinische MRT-Geräte.
- Bereitstellung quantifizierbarer Daten zur Bewertung des funktionellen Zustands des Rückenmarks bei Patienten.
Verwendete Methoden
- Mithilfe der Diffusions-Tensor-Bildgebung wurde die zervikale Kompression des Rückenmarks analysiert.
- Das biologische Modell umfasste Patienten mit chronischer Kompression des Rückenmarks.
- Die Bildaufnahme erfolgte mit 3,0-Tesla-MRT-Systemen unter Verwendung spezifischer Protokolle für T1- und T2-gewichtete Bildgebung.
- Die Datenanalyse beinhaltete die Erstellung von Karten der fraktionalen Anisotropie sowie Messungen des scheinbaren Diffusionskoeffizienten.
Hauptergebnisse
- Die Anwendung von DTI-Parametern ermöglichte die Visualisierung des Ausmaßes der Kompression und neuronaler Schäden.
- Quantitative Daten unterstützen die Verfolgung der Genesung und des funktionellen Zustands bei operierten Patienten.
- Die Ergebnisse liefern objektive Indikatoren für klinische Therapieentscheidungen.
Schlussfolgerungen
- Diese Studie etabliert ein DTI-Protokoll zur verbesserten Beurteilung einer Kompression des Rückenmarks.
- Sie zeigt die Wirksamkeit fortschrittlicher Bildgebungstechniken beim Verständnis neuronaler Schädigungen und der Regeneration auf.
- Die Ergebnisse unterstreichen den Nutzen der Bildgebung für klinische Bewertungen und mögliche therapeutische Ansätze.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI) ermöglicht eine quantitative mikrostrukturelle Beurteilung des Rückenmarkgewebes und schließt damit eine entscheidende Lücke der konventionellen MRT bei der Bewertung neuronaler Schädigungen und des Erholungspotenzials bei chronischer Rückenmarkskompression. Diese Fähigkeit unterstützt die präklinische Zielvalidierung, indem sie eine objektive, nichtinvasive Überwachung histopathologischer Veränderungen ermöglicht, die für neuroprotektive oder neurorestaurative therapeutische Strategien relevant sind. Aus der DTI abgeleitete Kenngrößen wie die fraktionale Anisotropie und der apparente Diffusionskoeffizient bieten prädiktive Biomarker zur Risikominimierung translationaler Pipelineprozesse in der Rückenmarkverletzungsforschung.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Überprüfung therapeutischer Hypothesen durch die Visualisierung mikrostruktureller pathologischer Veränderungen im Rückenmarksgewebe mittels verringerten fraktionalen Anisotropie und erhöhten scheinbaren Diffusionskoeffizienten.
- Operativer Wert: Liefert quantitative, reproduzierbare Messgrößen zur Beurteilung der Zielstrukturnbindung und biologischen Ent-Risikobewertung in präklinischen Modellen der Rückenmarkskompression.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Bereitet validierte biologische Systeme für nachgeschaltete Workflows vor, indem standardisierte DTI-Protokolle etabliert werden, die Partialvolumeneffekte des Liquor cerebrospinalis durch präzise Platzierung der interessierenden Region ausschließen.
- Operationaler Wert: Gewährleistet die Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit von Assays an Hochleistungs-3,0-T-Klinik-MRT-Geräten unter Verwendung definierter Aufnahmeparameter (b-Wert 800 s/mm², 20 orthogonale Richtungen).
Translationale und präklinische Forschung
- Wissenschaftlicher Wert: Unterstützt die Modellierung krankheitsrelevanter Systeme, indem histopathologische Veränderungen aus DTI-Daten mit funktionellen Ergebnissen verknüpft werden, was eine prognostische Stratifikation und Überwachung der neuronalen Erholung nach Interventionen ermöglicht.
- Operationaler Wert: Erleichtert die translationale Kontinuität von der Entdeckung bis zur präklinischen Validierung, indem objektive, quantitative Indikatoren für das Ausmaß von Läsionen und die Beurteilung der Behandlungsreaktion bereitgestellt werden.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die DTI ist in den Entdeckungsprozess integriert, indem sie die Hypothesenprüfung bei der frühen Zielvalidierung ermöglicht, die Bereitstellung von Assays bei der Screening-Phase unterstützt und durch quantitative mikrostrukturelle Parameter risikoadjustierte Fortschrittsentscheidungen in der translationsmedizinischen Forschung informiert.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die Hypothesenprüfung und Klärung von Signalwegen durch Detektion von Veränderungen in der Wassermoleküldiffusion, die auf axonale Integrität und Demyelinisierung in komprimiertem Rückenmarksgewebe hinweisen.
- Screening: Ermöglicht die Bereitstellung von standardisierten Assays durch reproduzierbare Protokolle, die fraktionierte Anisotropie- und Apparent-Diffusionskoeffizienten-Karten für den vergleichenden Zustandsabgleich liefern.
- Analytik: Erzeugt quantitative abhängige Messgrößen (FA, ADC, Eigenvektorwerte), die statistische Vergleiche zwischen gesundem, komprimiertem und nachbehandeltem Rückenmarksgewebe ermöglichen.
- Translationale Forschung: Schafft Anschluss an die präklinische Kontinuität, indem prognostische Erkenntnisse über neuronale Schädigungen und Erholungspotenziale bereitgestellt werden, die Entscheidungen über die Weiterentwicklung neurotherapeutischer Kandidaten unterstützen.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Funktioniert als wiederverwendbare Bildgebungsmethode in präklinischen und klinischen Anwendungen aufgrund ihrer nichtinvasiven Natur und Kompatibilität mit standardmäßigen 3,0-T-MRT-Plattformen.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Steigert das Vorhersagevertrauen, indem mechanistische Unschärfen in Modellen der Rückenmarksverletzung durch direkte Visualisierung der mikrostrukturellen Pathologie verringert werden.
- Operativer Wert: Bietet Standardisierung und Reproduzierbarkeit durch standardisierte Schritte zur Datenerfassung und Nachbearbeitung, einschließlich der Platzierung sphärischer ROI zur Minimierung von Kontaminationen durch zerebrospinale Flüssigkeit.
- Strategischer Wert: Verbessert die Entscheidungsfindung hinsichtlich Fortführung oder Abbruch durch objektive, quantitative Daten zur Läsionsschwere und zum Potenzial funktioneller Erholung und verringert damit biologische Risiken im fortgeschrittenen Stadium der neurotherapeutischen Entwicklung.
- Portfolio-Wirkung: Ermöglicht eine risikoadjustierte Priorisierung von Therapeutika bei Rückenmarksverletzungen basierend auf aus DTI abgeleiteten Biomarkern für die axonale Erhaltung und mikrostrukturelle Integrität.
Durchführungsüberlegungen
- Erfordert Fachkenntnisse in der Neurobildgebung, der Verarbeitung von Diffusions-Tensoren und der Anatomie des Rückenmarks für eine genaue Durchführung des Protokolls und die korrekte Interpretation der Daten.
- Hängt von dem Zugang zu leistungsstarken 3,0-Tesla-MRT-Systemen ab, die in der Lage sind, Einzelschuss-Spin-Echo-Echo-Planar-Bildgebung mit 20 nicht-koplanaren Diffusionsrichtungen durchzuführen.
- Erfordert eine standardisierte Vorgehensweise bei der Abgrenzung von Interessenbereichen (Region-of-Interest) innerhalb und zwischen Forschungsteams, um Partialvolumeneffekte durch zerebrospinale Flüssigkeit in Längsschnittstudien auszuschließen.
- Beinhaltet Anpassungsüberlegungen bei der Übertragung von Protokollen auf verschiedene Modelle der Rückenmarksverletzung oder unterschiedliche Magnetfeldstärken, wobei konsistente b-Werte und Richtungsstichproben beibehalten werden müssen.
- Umfasst praktische Einschränkungen wie die Empfindlichkeit gegenüber magnetischen Suszeptibilitätsartefakten in der Nähe von Knochen-Gewebe-Grenzflächen sowie die Notwendigkeit verlängerter Messzeiten, um in kleinen zervikalen Rückenmarksarealen ein ausreichendes Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen.
