Quantitative MRI of normal brachial plexus and parameters correlations with demographic and anthropometric data.



Citar

Texto integral

Resumo

BACKGROUND: Conventional MRI allows only subjective qualitative images evaluation. There are quantitative approaches which let to make our evaluation more objective and obtain extra data for diagnostic and differential diagnostic of diseases, previously available for brain and joints imaging. A number of technical innovations nowadays let us use it also for peripheral nerves.

AIM: evaluation of possibility to use quantitative MRI techniques for brachial plexus imaging, postprocessing algorithm creation and presentation of normal values distribution along with their correlations with demographic and anthropometric parameters investigation.

METHODS: MRI, demographic and anthropometric data were acquired from ten healthy subjects. 3T MRI scanner was used to obtain T2-relaxometry parameters and magnetization transfer ratio of brachial plexus roots. Postprocessing was performed using MATLAB, ROIs were placed manually. Roots thickness was also measured on coronal STIR images. Statistical analysis was performed using Statistica software.

RESULTS: Quantitative parameters (T2apparent time (T2app), proton density (ρ), magnetization transfer ratio (MTR)) were obtained from C5-Th1 roots of all healthy subjects.  Thickness gradient was demonstrated with maximum thickness at C7 level. Spearman correlation analysis showed significant (p<0,05) positive correlations between T2app and age (Spearman ro =0,36), significant negative correlations between nerve diameter and T2app (ro=-0,23), height and both T2app (ro=-0,5) and proton density (ro=-0,57).

CONCLUSION: Received data demonstrated the possibility to use quantitative MRI techniques for brachial plexus evaluation. Revealed correlations between T2app and age and height evidence to count for these parameters while evaluating quantitative MRI data obtained from brachial plexus.

Texto integral

Обоснование

Доля заболеваний периферической нервной системы среди всех поражений нервной системы высока и составляет более половины выявленных случаев [1; 2]. Среди заболеваний периферической нервной системы особое место занимают периферические полинейропатии, так как поражают людей активного, трудоспособного возраста, приводя к инвалидизации в случае несвоевременной диагностики и запоздалого лечения [3].

Золотым стандартом диагностики заболеваний периферической нервной системы является стимуляционная и игольчатая электронейромиография, имеющая, однако, ряд ограничений в виде значительной оператор-зависимости метода, затруднения диагностики при длительном течении с атрофией дистальных отделов нервов, отсутствия оценки окружающих нервы структур и других. Ультразвуковое исследование также является распространенным методом диагностики периферических полинейропатий, однако ограничено глубиной залегания нервных структур, невозможностью определения первичного типа поражения нервных волокон и оператор-зависимостью. Все это затрудняет диагностику при поражении проксимальных отделов периферической нервной системы, в частности, плечевых сплетений [4].

Технический прогресс привел к увеличению частоты использования магнитно-резонансной томографии в диагностике заболеваний плечевых сплетений – травматических повреждений, новообразований, компрессионных синдромов, а также периферических полинейропатий. Так, МРТ входит в критерии диагностики (в качестве поддерживающих) хронической воспалительной демиелинизирующей полинейропатии и моторной мультифокальной нейропатии [5; 6]. Тем не менее, изменения, описываемые на стандартных нейрографических последовательностях (повышение сигнала в режимах с жироподавлением, чувствительных к сигналу от жидкости, утолщение нервных элементов более 5 мм) неспецифичны, не позволяют дифференцировать полинейропатии между собой, а при двустороннем симметричном поражении даже отличие патологии от нормы может быть затруднено. Это связано, в том числе, с отсутствием тщательного описания нормального строения плечевых сплетений ввиду его вариабельности. Кроме того, за норму в вышеуказанных критериях диагностики принята толщина до 5 мм, однако толщина передних ветвей спинномозговых нервов может отличаться в зависимости от уровня, что также может затруднять объективную оценку. Интенсивность же МРТ-сигнала на стандартных последовательностях является относительной величиной и не может быть использована для объективной количественной оценки наличия и степени патологических изменений. Таким образом, качество диагностики патологических изменений плечевых сплетений, в частности, при полинейропатиях, а также ряде других патологий, в значительной степени зависит от опыта врача-рентгенолога.

В этой связи перспективным представляется использование для оценки плечевых сплетений количественных МРТ-методик, позволяющих получать абсолютные числовые параметры, характеризующие макромолекулярную структуру тканей. К таким методикам относятся Т2-релаксометрия и исследование с переносом намагниченности, ранее хорошо зарекомендовавшие себя при исследовании других областей, в частности, головного мозга [7; 8].

Т2-релаксометрия основана на Т2-взвешенной последовательности спиновое эхо с двумя и более временами эхо, это позволяет количественно оценить Т2-сигнал и рассчитать характеристики релаксации тканей – измеряемое время Т2-релаксации (Т2арр) и протонную плотность (ρ).

Увеличение T2app, в основном, связано с увеличением количества свободных протонов, что может происходить при эндоневральном отеке в связи с аксональным повреждением [9], а показатель протонной плотности, более вероятно, коррелирует с изменениями микроструктуры внеклеточного матрикса в связи с воспалительными изменениями и демиелинизацией [10].

В связи с этим, описанные показатели являются перспективными в плане определения первичного типа поражения нервных волокон, что может привести к более ранней диагностике и инициации лечения у данных пациентов.

Визуализация с переносом намагниченности основана на обмене молекулами между пулами связанной и несвязанной воды в тканях. При пресатурации, т.е. добавлении подготовительного нерезонансного радиочастотного импульса для избирательного подавления связанной воды, также подавляется и вектор намагниченности свободной воды, этот феномен называется переносом намагниченности [11]. В тканях тела человека этот эффект можно оценить с помощью индекса переноса намагниченности, рассчитываемого по формуле MTR=(M0-MT)/M0, где MT - интенсивность сигнала после переноса. При повреждении пула макромолекул любого генеза индекс уменьшается [12]. Таким образом, сомнительно, что данный показатель поможет определить первичный тип поражения сам по себе, однако его можно рассматривать в комплексе с другими показателями, а также оценивать наличие и степень выраженности повреждений.

Для оценки патологических изменений необходимо знание нормальных показателей. В настоящее время поиск литературы не дал информации о наличии исследований показателей Т2-релаксометрии и индекса переноса намагниченности у здоровых добровольцев с приведением распределения нормальных значений в передних ветвях спинномозговых нервов, формирующих плечевые сплетения. Также для объективизации оценки необходимо определить, существует ли взаимосвязь параметров количественной МРТ с социально-демографическими (пол, возраст) и антропометрическими (рост, вес, индекс массы тела и толщина нервных элементов) параметрами, так как при её наличии следует учитывать эти показатели при оценке плечевых сплетений с помощью указанных методик.

Цель

В связи с этим целью настоящего пилотного исследования стала оценка возможности применения количественных МРТ-методик для исследования плечевых сплетений, формирование алгоритма обработки данных и оценка распределения значений параметров Т2-релаксометрии и индекса переноса намагниченности в нервных элементах плечевого сплетения в норме, а также исследование наличия их взаимосвязи с социально-демографическими и антропометрическими показателями.

Материалы и Методы

В обсервационное одноцентровое одномоментное исследование были включены 10 испытуемых (6 мужчин и 4 женщины) в возрасте от 24 до 76 лет без клинических признаков поражения плечевых сплетений и с отсутствием данных о патологии периферической нервной системы в анамнезе, перед исследованием у добровольцев регистрировались основные социально-демографические и антропометрические показатели. Индекс массы тела рассчитывался по общепринятой формуле ИМТ= вес(кг)/рост(м)2.
МРТ-исследование проводилось на томографе Siemens Magnetom Prisma с величиной магнитной индукции 3 Тл. Протокол сканирования включал стандартные трехмерные последовательности Т2, STIR и Т1 в коронарной плоскости, а также специально разработанные последовательности в аксиальной проекции для плечевых сплетений с целью получения данных Т2 релаксометрии (T2dualecho: TR 5570 мсек, TE1 9,1 мсек, TE2 72 мсек, размер воксела 0,3 х 0,3 х 3 мм, количество срезов 45, расстояние между срезам 10%, с применением частотного селективного жироподавления (FatSat), время исследования 10 мин 09 сек) и переноса намагниченности (Т1 MTon TR 33 мсек, TE 7 мсек, с добавлением нерезонансного преднасыщающего импульса, угол отклонения 10 град, размер воксела 0,3 х 0,3 х 3 мм, количество срезов 45, расстояние между срезам 10%, время исследования 4 мин 51 сек; Т1 MToff – те же параметры, но без добавления  нерезонансного преднасыщающего импульса). Толщина передних ветвей спинномозговых нервов С5-Th1 измерялась по данным стандартной трехмерной последовательности STIR (параметры:  TR = 3000 мсек; TE = 281 мсек; TI= 230 мсек, размер реконструированного воксела 0,4 х 0,4 х 0,9 мм, FOV = 350 мм, количество срезов 144, длительность сканирования 7 минут 27 секунд) перпендикулярно ходу соответствующего нервного элемента на расстоянии 1-2 см от спинального ганглия.
Для обработки последовательностей для получения количественных МРТ-параметров был сформирован алгоритм обработки с последующим созданием программы на языке программирования MATLAB, поддерживающей следующие этапы обработки исходных данных: импортирование данных МРТ в формате DICOM; переконвертирование данных в формат nifti, корегистрация данных трех ипмортированных последовательностей (Т2 dual echo, T1 MToff, T1 MTon), расчет карт измеряемого времени Т2-релаксации, протонной плотности и индекса переноса намагниченности и сохранение данных в формате nifti с возможностью дальнейшего экспорта.
Карты рассчитывались по следующим известным формулам [13; 14]:  
измеряемое время Т2-релаксации    
×

Sobre autores

Sofia Morozova

RESEARCH CENTER OF NEUROLOGY, MOSCOW, RUSSIA

Autor responsável pela correspondência
Email: kulikovasn@gmail.com
ORCID ID: 0000-0002-9093-344X
Código SPIN: 2434-7827
Scopus Author ID: 57201358482

PhD, Research fellow of Radiology Department

Rússia

Viktoriya Sinkova

Research Center of Neurology

Email: 000564321@mail.ru
ORCID ID: 0000-0003-2285-2725
Rússia, Moscow

Vyacheslav Orlov

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: orlov_va@nrcki.ru

Sergey Kartashov

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: mail@kartashovs.ru

Sandaara Khanina

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)»

Email: sandaara.khan@mail.ru

Aleksey Poyda

Email: Poyda_AA@nrcki.ru

Darya Grishina

Research Center of Neurology

Email: dgrishina82@gmail.com
ORCID ID: 0000-0002-7924-3405
Código SPIN: 6577-1799

MD, Cand. Sci. (Med.)

Rússia, Moscow

Natalya Suponeva

Research Center of Neurology

Email: nasu2709@mail.ru
ORCID ID: 0000-0003-3956-6362
Código SPIN: 3223-6006

MD, Dr. Sci. (Med.), Professor, Corresponding member of the Russian Academy of Sciences

Rússia, Moscow

Marina Krotenkova

Research Center of Neurology

Email: krotenkova_mrt@mail.ru
ORCID ID: 0000-0003-3820-4554
Código SPIN: 9663-8828

MD, Dr. Sci. (Medicine)

Rússia, Москва

Bibliografia

  1. Varakin YuY, Gornostaeva GV, Manvelov LS et al. Clinical and epidemiological study of the nervous system diseases according to screening of the open population. Annaly klinicheskoy i eksperimentalnoy nevrologii = Annals of Clinical and Experimental Neurology 2012;6(1):6–13. (In Russ.)
  2. Hammi C, Yeung B. Neuropathy. In: StatPearls. Treasure Island: StatPearls Publishing 2023. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/ books/NBK542220/.
  3. Piradov MA, Suponeva NA, Grishina DA. Polyneuropathies: algorithms for diagnosis and treatment. Moscow: Goryachaya Liniya – Telekom; 2023. 248 p. (In Russ.)
  4. Morozova SN, Sinkova VV, Grishina DA, Tumilovich TA, Chechetkin AO, Krotenkova MV, Suponeva NA. Conventional magnetic resonance imaging of peripheral nerves: MR-neurography. Digital Diagnostics 2023; 4(3):356-368. (In Russ.). doi: 10.17816/DD430292
  5. Joint Task Force of the EFNS and the PNS. European Federation of Neurological Societies/Peripheral Nerve Society guideline on management of multifocal motor neuropathy. Report of a joint task force of the European Federation of Neurological Societies and the Peripheral Nerve Society – first revision. J Peripher Nerv Syst 2010;15(4):295–301. doi: 10.1111/j.1529-8027.2010.00290.x
  6. Van den Bergh PYK, van Doorn PA, Hadden RDM et al. European Academy of Neurology/Peripheral Nerve Society guideline on diagnosis and treatment of chronic inflammatory demyelinating polyradiculoneuropathy: Report of a joint Task Force-Second revision. J Peripher Nerv Syst 2021;26(3):242–68. doi: 10.1111/jns.12455
  7. Snyder J, Seres P, Stobbe RW et al. Inline dual-echo T2 quantification in brain using a fast mapping reconstruction technique. NMR Biomed 2023;36(1):e4811. doi: 10.1002/nbm.4811
  8. York EN, Thrippleton MJ, Meijboom R, Hunt DPJ, Waldman AD. Quantitative magnetization transfer imaging in relapsing-remitting multiple sclerosis: a systematic review and meta-analysis. Brain Commun. 2022 Apr 4;4(2):fcac088. doi: 10.1093/braincomms/fcac088. PMID: 35652121; PMCID: PMC9149789
  9. Kollmer J, Bendszus M. Magnetic Resonance Neurography: Improved Diagnosis of Peripheral Neuropathies Neurotherapeutics 2021; 18:2368–2383 doi: 10.1007/s13311-021-01166-8
  10. Dyck PJ, Lais A, Karnes JL, O’Brien P, Rizza R. Fiber loss is primary and multifocal in sural nerves in diabetic polyneuropathy. Ann Neurol 1986;19(5):425–39. doi: 10.1002/ana.410190503
  11. Does MD, Beaulieu C, Allen PS, Snyder RE. Multi-component T1 relaxation and magnetisation transfer in peripheral nerve. MagnReson Imaging 1998;16(9):1033–41.
  12. Davies GR, Ramani A, Dalton CM et al. Preliminary magnetic resonance study of the macromolecular proton fraction in white matter: a potential marker of myelin? MultScler 2003;9(3):246–9. doi: 10.1191/1352458503ms911oa
  13. Kollmer J, Hund E, Hornung B, Hegenbart U, Schönland SO, Kimmich C, Kristen AV, Purrucker J, Röcken C, Heiland S, Bendszus M, Pham M. In vivo detection of nerve injury in familial amyloid polyneuropathy by magnetic resonance neurography. Brain 2015 Mar;138(3):549-62. doi: 10.1093/brain/awu344. Epub 2014 Dec 18. PMID: 25526974; PMCID: PMC4339768
  14. Grossman RI, Gomori JM, Ramer KN, Lexa FJ, Schnall MD. Magnetization transfer: theory and clinical applications in neuroradiology. Radiographics 1994; 14(2):279-90. doi: 10.1148/radiographics.14.2.8190954. PMID: 8190954
  15. Kumar R, Delshad S, Woo MA, Macey PM, Harper RM. Age-related regional brain T2-relaxation changes in healthy adults. J Magn Reson Imaging 2012;35(2):300-8. doi: 10.1002/jmri.22831. Epub 2011 Oct 10. PMID: 21987489
  16. Bartzokis G, Lu PH, Tingus K, et al. Lifespan trajectory of myelinintegrity and maximum motor speed. Neurobiol Aging 2010;31:1554–1562. doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2008.08.015
  17. Kollmer J, Kästel Th, Jende J, Bendszus M, Heiland S. Magnetization Transfer Ratio in Peripheral Nerve Tissue: Does It Depend on Age or Location?. Investigative Radiology 2018;53(7):p 397-402. doi: 10.1097/RLI.0000000000000455

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Eco-Vector,

Creative Commons License
Este artigo é disponível sob a Licença Creative Commons Atribuição–NãoComercial–SemDerivações 4.0 Internacional.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 79539 от 09 ноября 2020 г.