Научное сотрудничество

MR

IRIS ZOOM DTI в исследовании спинного мозга при сколиозе

В отличие от рутинной DTI, с помощью адаптированного протокола IRIS ZOOM DTI удается визуализировать существенно больше по количеству и по протяженности проводящих путей спинного мозга при неизменном FOV

Диффузионно-взвешенная томография (DTI) позволяет количественно измерять и визуализировать диффузию молекул воды в тканях. Измерение параметров DTI в спинном мозге позволяет количественно оценить повреждение нервной системы при различных патологиях спинного мозга. Так, к примеру, в недавних исследованиях использовалась трактография для интрадуральных опухолей спинного мозга. Отслеживание волокон для определения смещенных проводящих путей может быть особенно полезным при солидных опухолях. Помимо этого, все чаще появляются работы по измерению параметров диффузии, получаемых с помощью DTI, при повреждениях спинного мозга вследствие полученных травм. Так, например, было обнаружено, что при травмах спинного мозга изменения диффузионных параметров (в основном фракционной анизотропии – FA) обнаруживаются в участках спинного мозга, которые на рутинных МРТ изображениях не отличаются по своим характеристикам от нормы. Еще одним популярным направлением клинического применения DTI спинного мозга является спондилотическая миелопатия. Пациенты с проявляемыми симптомами спондилотической миелопатиии имеют более низкие значения FA и более высокие показатели ADC на уровне компрессии по сравнению с бессимптомными пациентами с рентгенологическими признаками компрессии спинного мозга. Визуализация путей диффузии наглядно показывает аномалии архитектуры волокон спинного мозга при выраженных сколиозах и кифозах, позволяет оценить степень компрессии мозга, а также структурную и функциональную сохранность проводящих путей (Рис 1).
Left_kyphoscoliosis
Рис.1. (А) - Левый кифосколиоз с выраженной компрессией дурального мешка
DTI
(В) DTI – изображение архитектуры проводящих путей

Интерес к таким исследованиям в последнее время только увеличивается, несмотря на то, что сама методика имеет множество ограничений. К примеру, пространственное разрешение остается одной из основных проблем. Помимо этого, пульсация спинномозговой жидкости является вторым по распространённости артефактом, значительно ухудшающим качество DTI карт. Кроме того, на качество DTI карт грудного отдела оказывают сильное влияние артефакты, возникающие в результате сердечного и дыхательного движений.

 

Сотрудники отделения лучевой диагностики НМИЦ детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера совместно с Philips на первом в России МР томографе high-end класса Ingenia Elition X 3.0T адаптировали протокол сканирования IRIS ZOOM DWI* для получения DTI карт. Время сбора составляет около 16 минут (рис. 2. размер воксела – 1.9×1.9×3.0 мм, количество направлений диффузии – 16, 2 b-фактора). Несмотря на все преимущества, время сканирования -15-20 минут, что затрудняет применение методики для детей начального школьного и дошкольного возрастов. В настоящее время продолжаются исследования возможности использования меньшего времени разреженного сбора данных Compressed Sense для ускорения разработанной методики.

 

Пример полученной карты проводящих путей в шейном отделе представлен на рисунке 1. В отличие от рутинной DTI (рис. 3, размер воксела – 3.0×3.0×3.0 мм, количество направлений диффузии – 20, 2 b-фактора) заметно, что, при одном и том же FOV, с помощью адаптированного протокола удается визуализировать существенно больше проводящих путей большей протяжённости. Основной задачей оптимизации протокола DTI является точная оценка структурных и функциональных нарушений в спинном мозге на этапе обследования перед хирургическим лечением сколиозов высокой степени. Часто после проведения операции выявляются осложнения, вызванные вторичными изменениями в зоне перегиба спинного мозга, что может негативно влиять на успешность реабилитации пациентов детского возраста.

Рисунок 2. Визуализация проводящих путей с помощью адаптированного протокола IRIS DWI ZOOM в шейном отделе позвоночника. Ingenia Elition X 3.0T. Изображение предоставлено сотрудниками НМИЦ детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера.
Рисунок 3. Визуализация проводящих путей с помощью рутинного протокола DTI в шейном отделе позвоночника. Ingenia Elition X 3.0T. Изображение предоставлено сотрудниками НМИЦ детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера.
spinal_cord_flexure_zone
Рис. 4. При неврологическом дефиците отмечено снижение скорости диффузии в зоне перегиба спинного мозга

Первые полученные результаты показывают соответствие данных функциональных исследований и результатов МРТ: при неврологическом дефиците отмечено снижение скорости диффузии в зоне перегиба спинного мозга (рис. 4).

 

*IRIS ZOOM DWI – это пакет опций, обеспечивающий диффузионную визуализацию с высоким разрешением  и эффективным подавлением сигнала жира, а также снижающий объем возникающих искажений при сканированиях диффузионно-взвешенных изображений на малых полях обзора [1,2]. Импульсная последовательность Zoom DWI, состоит из выборочного среза импульса на 90 °, наклоненного под небольшим углом (11,8 °) по отношению к плоскости формирования изображения, за которым следует 180-градусный рефокусирующий импульс, ориентированный под другим углом к плоскости визуализации. Это приводит к возбуждению и рефокусировке намагниченности только в узкой области пересечения областей воздействия импульсов возбуждения и рефокусировки [3]. Дополнительные REST-импульсы насыщения сигнала вне зоны исследования используются для подавления эффектов наложения сигнала от анатомических структур вне зоны интереса. IRIS – методика многокадровой (MultiShot-EPI) эхо-планарной визуализации диффузии позволяет значительно снизить число рефокусировок при эхо-планарной регистрации сигнала и, таким образом, избежать пространственные искажения изображения (рис. 5Б).

SingleShot-DWI
Рис. 5. (А) Заполнение k-пространства для SingleShot-DWI.
MultiShot-DWI
(Б) Заполнение k-пространства для MultiShot-DWI.
При этом соотношение сигнал/шум также увеличивается, что позволяет значительно увеличить пространственное разрешение в исследованиях диффузии. Для компенсации разницы фаз в разных кадрах регистрации сигнала используются фазовые навигаторы: без этого яркость разных частей изображения была бы разной.

Cтатьи

 

1) Feinberg DA, Hoenninger JC, Crooks LE, Kaufman L, Watts JC, Arakawa M. Inner volume MR imaging: technical concepts and their application. Radiology. 1985;156(743–747):743

2) Wheeler-Kingshott CA, Hickman SJ, Parker GJ, Ciccarelli O, Symms MR, Miller DH, et al. Investigating cervical spinal cord structure using axial diffusion tensor imaging. NeuroImage. 2002;16(1):93–102. Epub 2002/04/24. 10.1006/nimg.2001.1022 S1053811901910225 

3) Wilm BJ, Gamper U, Henning A, Pruessmann KP, Kollias SS, Boesiger P. Diffusion-weighted imaging of the entire spinal cord. NMR Biomed. 2009;22(2):174–81. Epub 2008/08/30. 10.1002/nbm.1298

Наш сайт лучше всего просматривать с помощью последних версий Microsoft Edge, Google Chrome или Firefox.