МРТ потока спинномозговой жидкости

МРТ потока спинномозговой жидкости (СМЖ) используется для оценки пульсирующего потока спинномозговой жидкости как качественно, так и количественно. с временным разрешением Двумерная фазово-контрастная МРТ и кодированием скорости является наиболее распространенным методом анализа спинномозговой жидкости. ^[1] МРТ потока спинномозговой жидкости обнаруживает возвратно-поступательный поток спинномозговой жидкости , который соответствует сосудистым пульсациям, главным образом, сердечного цикла сосудистого сплетения. Массовый транспорт спинномозговой жидкости, характеризующийся циркуляцией спинномозговой жидкости через центральную нервную систему , не используется, поскольку он слишком медленный для клинической оценки. ^[2] СМЖ придется пройти через лимфатическую систему мозга и абсорбироваться паутинными грануляциями.

Цереброспинальная жидкость (СМЖ)

СМЖ представляет собой прозрачную жидкость, окружающую головной и спинной мозг. ^[3] Скорость образования ликвора у человека составляет около 0,3–0,4 мл в минуту, а общий объем ликвора у взрослых составляет 90–150 мл. ^[2]

Традиционно СМЖ оценивалась в основном с помощью инвазивных процедур, таких как люмбальная пункция, миелография, радиоизотопные исследования и мониторинг внутричерепного давления. В последнее время быстрый прогресс в методах визуализации предоставил неинвазивные методы оценки кровотока. Одним из наиболее известных методов является фазово-контрастная МРТ, и это единственный метод визуализации как для качественной, так и для количественной оценки. Постоянный прогресс последовательностей магнитного резонанса дает новую возможность для разработки новых приложений и улучшения неизвестных механизмов потока спинномозговой жидкости. ^[4]

Фазово-контрастная МРТ

Исследование кровотока спинномозговой жидкости стало одним из основных применений фазово-контрастной МРТ. Ключом к фазово-контрастной МРТ (ПК-МРТ) является использование биполярного градиента. ^[4] Биполярный градиент имеет равные положительные и отрицательные величины, которые применяются в течение одного и того же времени. Биполярный градиент в ПК-МРТ применяется последовательно после радиочастотного возбуждения, но перед сбором данных во время эхо-времени обычного метода МРТ. Биполярный лепесток должен быть применен по всем трем осям, чтобы обеспечить поток изображения во всех трех направлениях.

Биполярный градиент

В основе биполярного градиента в ПК-МРТ лежит то, что при использовании этого градиента для изменения частот не будет фазового сдвига для неподвижных протонов, поскольку они будут испытывать равные положительные и отрицательные величины. ^[4] Однако движущиеся протоны будут претерпевать разную степень фазового сдвига, поскольку в направлении градиента их расположение постоянно меняется. Это понятие можно применить для наблюдения за протонами, движущимися через плоскость. По фазовому контрасту можно обнаружить плавающие протоны. В уравнении для определения фазы влияние локальной восприимчивости не устраняется этим биполярным градиентом. Таким образом, необходимо инвертировать вторую последовательность с биполярным градиентом, а сигнал необходимо вычесть из исходного сбора данных. Цель этого шага — нейтрализовать сигналы этих статических областей и создать характерный статический вид при фазово-контрастном изображении.

$\Delta \phi =\gamma {\vec {\nu }}\Delta M_{1}$ где $\Delta \phi$ = фазовый сдвиг, $\gamma$ = гиромагнитное отношение, ${\vec {\nu }}$ - скорость протона, а $\Delta M_{1}$ это изменение магнитного момента

Уравнение 1. Оно используется для расчета фазового сдвига, который прямо пропорционален силе градиента в зависимости от изменения магнитного момента. ^[5]

При фазово-контрастной визуализации существует прямая корреляция между степенью фазового сдвига и скоростью протонов в направлении градиента. Однако из-за ограничения углов выше 360 ° угол вернется к 0 °, и можно будет измерить только определенный диапазон скоростей протонов. Например, если определенная скорость приводит к сдвигу фазы на 361°, мы не можем отличить эту скорость от скорости, вызывающей сдвиг фазы на 1°. Это явление называется алиасингом. Поскольку важны как скорость в прямом направлении, так и скорость в обратном направлении, фазовые углы обычно находятся в диапазоне от -180 ° до 180 °. ^[5]

Используя биполярный градиент, можно создать фазовый сдвиг спинов, движущихся с определенной скоростью в направлении оси. Спины, движущиеся в сторону биполярного градиента, имеют положительный суммарный фазовый сдвиг, тогда как спины, движущиеся от градиента, имеют отрицательный суммарный фазовый сдвиг. Положительные фазовые сдвиги обычно отображаются белым цветом, а отрицательные фазовые сдвиги — черным. Чистый фазовый сдвиг прямо пропорционален как времени приложения биполярного градиента, так и скорости потока. Вот почему важно выбрать параметр скорости, который по величине и ширине аналогичен параметру биполярного градиента - это называется кодированием скорости. ^[4]

Кодирование скорости

Кодирование скорости (VENC), измеряемое в см/с, напрямую связано со свойствами биполярного градиента. VENC используется как наивысшая расчетная скорость жидкости в ПК-МРТ. Недооценка VENC приводит к артефактам наложения спектров, поскольку любая скорость, немного превышающая значение VENC, имеет фазовый сдвиг противоположного знака. Однако переоценка значения VENC приводит к более низкому полученному сигналу потока и более низкому SNR. Типичный поток спинномозговой жидкости составляет 5–8 см/с; однако пациентам с гипердинамическим кровообращением часто требуются более высокие VENC – до 25 см/с. ^[2] Точное значение VENC помогает генерировать максимально возможный сигнал.

$Since\ \Delta \phi <\pi ,\ {\vec {\nu }}<VENC$

$VENC={\frac {\pi }{\gamma \Delta M_{1}}}$

Уравнение 2. Оно используется для расчета VENC, которое обратно пропорционально силе градиента. ^[5] Переменные эквивалентны переменным, определенным в уравнении 1 .

Изображения

ПК-МРТ состоит из магнитудного и фазового изображения для каждой плоскости и полученного VENC. На изображении магнитуды текущая спинномозговая жидкость (СМЖ) представляет собой более яркий сигнал, а неподвижные ткани подавляются и визуализируются как черный фон. Фазовое изображение закодировано с помощью фазового сдвига, где белые высокие сигналы представляют собой прямой поток спинномозговой жидкости, а черные низкие сигналы представляют обратный поток. Поскольку фазовое изображение зависит от фазы, по изображению можно количественно оценить скорость. Фон имеет средне-серый цвет. Существует также перефазированное изображение, представляющее собой величину потока компенсированного сигнала. Он включает в себя яркий мощный поток сигнала и видимый фон. ^[1]

Изображение скорости с фазовым контрастом имеет большую чувствительность к потоку CSF, чем изображение магнитуды, поскольку изображение скорости отражает фазовые сдвиги протонов. ^[5] Для оценки потока спинномозговой жидкости используются два набора фазово-контрастных изображений. Первый — это визуализация аксиальной плоскости со скоростью в поперечной плоскости, которая показывает краниокаудальное направление потока (от краниального к каудальному концу структуры). Второе изображение находится в сагиттальной плоскости, где скорость отображается в плоскости и отображает краниокаудальное направление. Первый метод позволяет провести количественную оценку потока, а второй — качественную оценку. Анализ через плоскость обычно проводится перпендикулярно водопроводу и является более точным для количественной оценки, поскольку минимизирует эффект частичного объема, что является основным ограничением ПК-МРТ. Эффект частичного объема возникает, когда воксель включает в себя границу статического и движущегося материалов. Это приводит к переоценке фазы, что приводит к неточным скоростям на границах материала. Эти количественные и качественные изображения потока спинномозговой жидкости можно получить примерно за 8-10 дополнительных минут, чем при обычной МРТ. ^[4]

Выбор параметров

Факторы, влияющие на ПК-МРТ, включают VENC, время повторения (TR) и отношение сигнал/шум (SNR). Чтобы уловить поток спинномозговой жидкости со скоростью 5–8 см/с, необходимо использовать сильный биполярный градиент. VENC обратно пропорционален величине и времени применения. Это означает, что более медленное значение VENC требует применения биполярного градиента более высокой величины в течение более длительного времени. Это приводит к увеличению значения TR; однако TR можно увеличить только до определенной степени, поскольку для более высокого временного разрешения необходимо короткое время повторения, поскольку данные отображаются относительно полного сердечного цикла. Поэтому важно сбалансировать эти параметры для максимизации разрешения.

Количественная оценка

Для количественной оценки потока спинномозговой жидкости важно определить интересующую область, что можно сделать, например, с помощью измерения площади поперечного сечения. Затем можно построить график зависимости скорости от времени. Скорость обычно пульсирует в зависимости от систолы и диастолы, а площадь под кривой может определять величину потока. Систола обеспечивает прямой поток, а диастола — обратный поток. ^[1]

Приложения

Клинический

Поток спинномозговой жидкости можно использовать для диагностики и лечения стеноза водопровода, гидроцефалии нормального давления и мальформации Киари. ^[6]

Стеноз водопровода — это сужение сильвиева водопровода, которое блокирует поток спинномозговой жидкости, вызывая накопление жидкости в мозге, называемое гидроцефалией. Снижение ударного объема водопровода и пиковой систолической скорости можно обнаружить по потоку спинномозговой жидкости для диагностики пациента со стенозом водопровода.

При гидроцефалии нормального давления (ГГН) учитываются значения и скорости спинномозговой жидкости, что важно для диагностики, поскольку ГНГ является идиопатическим заболеванием и имеет различные симптомы у пациентов, включая недержание мочи, деменцию и нарушения походки. Увеличение ударного объема и скорости спинномозговой жидкости в водопроводе являются индикаторами НПХ. ^[7] Чрезвычайно важно распознавать и лечить НПХ, поскольку НПХ является одной из немногих потенциально излечимых причин деменции. Методом выбора при ГПХ является вентрикулоперитонеальное шунтирование (ВПС). Для этого лечения необходим VP-шунт, который представляет собой катетер с клапаном, обеспечивающий односторонний отток избыточного количества спинномозговой жидкости из желудочков. Обязателен контроль проходимости из-за возможных осложнений, таких как инфекции и непроходимость. Благодаря развитию и распространению ПК-МРТ, она заменила изображения спин-эхо (SE), которые являются традиционным способом выбора пациентов, которым может быть полезна VPS. И постепенно ПК-МРТ стала наиболее часто используемой последовательностью для оценки картины потока спинномозговой жидкости у пациентов с НПХ в зависимости от сердечного цикла. ^[4]

Мальформация Киари (CMI) – это когда миндалины мозжечка проталкиваются через большое затылочное отверстие черепа. Поток спинномозговой жидкости варьируется в зависимости от уровня опущения миндалин и типа мальформации Киари, поэтому МРТ также может быть полезна при принятии решения о типе операции, которую необходимо выполнить, и отслеживании прогресса. ^[8] Поток спинномозговой жидкости будет изменен в различных областях спинного мозга и ствола головного мозга из-за изменений в морфологии задней ямки и краниоцервикального перехода, что позволяет использовать ПК-МРТ в качестве фундаментального метода в исследованиях и клинической оценке ХМИ.

Ограничения

При ПК-МРТ количественный анализ ударного объема, средней пиковой скорости и пиковой систолической скорости возможен только в плоскости, перпендикулярной однонаправленному потоку. Кроме того, невозможно рассчитать разнонаправленный поток в многоосных плоскостях с помощью 2D или 3D ПК-МРТ. Это означает, что этот метод бесполезен в клинических приложениях с турбулентным потоком.

Будущее

Новая технология 4D ПК-МРТ показывает многообещающие результаты в оценке разнонаправленного кровотока. ^[4] Метод 4D-изображения добавляет время как измерение к 3D-изображению. Существует множество применений 4D ПК-МРТ, включая возможность изучения структуры кровотока. Это особенно полезно для визуализации сердца и аорты, но основным ограничением остается время получения изображения.

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Гайяр, Франк. «Исследования потока спинномозговой жидкости | Справочная статья по радиологии | Radiopaedia.org» . Радиопедия . Проверено 24 ноября 2021 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Баттал, Б; Коджаоглу, М; Булакбаши, Н; Хусмен, Г; Туба Санал, Х; Тайфун, К. (01 августа 2011 г.). «Визуализация потока спинномозговой жидкости с использованием метода фазово-контрастной МРТ» . Британский журнал радиологии . 84 (1004): 758–765. дои : 10.1259/bjr/66206791 . ISSN 0007-1285 . ПМЦ 3473435 . ПМИД 21586507 .
^ «Утечка спинномозговой жидкости (СМЖ): причины, симптомы и методы лечения» . Кливлендская клиника . Проверено 24 ноября 2021 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Корбецкий, Адриан; Зимний, Анна; Подгорский, Пшемыслав; Сосиадек, Марек; Бладовска, Джоанна (13 мая 2019 г.). «Визуализация потока спинномозговой жидкости: основы, методы и клиническое применение фазово-контрастной магнитно-резонансной томографии» . Польский журнал радиологии . 84 : е240–е250. дои : 10.5114/pjr.2019.86881 . ISSN 1733-134Х . ПМК 6717940 . ПМИД 31481996 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Уаймер, Дэвид Т.; Патель, Кунал П.; Берк, Уильям Ф.; Бхатия, Винай К. (01 января 2020 г.). «Фазово-контрастная МРТ: физика, методы и клиническое применение» . Радиографика . 40 (1): 122–140. дои : 10.1148/rg.2020190039 . ISSN 0271-5333 . ПМИД 31917664 . S2CID 210131904 .
^ Мбонане, Самукелисиве Ситембиле; Андронику, Саввас (5 марта 2013 г.). «Интерпретация и значение МР-исследований потока спинномозговой жидкости для детской нейрохирургии» . Южноафриканский журнал радиологии . 17 (1): 26–29. дои : 10.4102/sajr.v17i1.208 . ISSN 2078-6778 .
^ Херли, Робин А.; Брэдли, Уильям Г.; Латифи, Халима Т.; Табер, Кэтрин Х. (1 августа 1999 г.). «Гидроцефалия нормального давления: значение МРТ при потенциально излечимой деменции» . Журнал нейропсихиатрии и клинических нейронаук . 11 (3): 297–300. дои : 10.1176/jnp.11.3.297 . ISSN 0895-0172 . ПМИД 10440004 .
^ Паниграхи, М.; Редди, Б. Правин; Редди, АК; Редди, JJM (май 2004 г.). «Исследование потока спинномозговой жидкости при мальформации Киари I» . Нервная система ребенка . 20 (5): 336–340. дои : 10.1007/s00381-003-0881-3 . ISSN 0256-7040 . ПМИД 15085382 . S2CID 36584252 .

[:0-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с Гайяр, Франк. «Исследования потока спинномозговой жидкости | Справочная статья по радиологии | Radiopaedia.org» . Радиопедия . Проверено 24 ноября 2021 г.

[:1-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с Баттал, Б; Коджаоглу, М; Булакбаши, Н; Хусмен, Г; Туба Санал, Х; Тайфун, К. (01 августа 2011 г.). «Визуализация потока спинномозговой жидкости с использованием метода фазово-контрастной МРТ» . Британский журнал радиологии . 84 (1004): 758–765. дои : 10.1259/bjr/66206791 . ISSN 0007-1285 . ПМЦ 3473435 . ПМИД 21586507 .

[3] «Утечка спинномозговой жидкости (СМЖ): причины, симптомы и методы лечения» . Кливлендская клиника . Проверено 24 ноября 2021 г.

[:2-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Корбецкий, Адриан; Зимний, Анна; Подгорский, Пшемыслав; Сосиадек, Марек; Бладовска, Джоанна (13 мая 2019 г.). «Визуализация потока спинномозговой жидкости: основы, методы и клиническое применение фазово-контрастной магнитно-резонансной томографии» . Польский журнал радиологии . 84 : е240–е250. дои : 10.5114/pjr.2019.86881 . ISSN 1733-134Х . ПМК 6717940 . ПМИД 31481996 .

[:3-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Уаймер, Дэвид Т.; Патель, Кунал П.; Берк, Уильям Ф.; Бхатия, Винай К. (01 января 2020 г.). «Фазово-контрастная МРТ: физика, методы и клиническое применение» . Радиографика . 40 (1): 122–140. дои : 10.1148/rg.2020190039 . ISSN 0271-5333 . ПМИД 31917664 . S2CID 210131904 .

[6] Мбонане, Самукелисиве Ситембиле; Андронику, Саввас (5 марта 2013 г.). «Интерпретация и значение МР-исследований потока спинномозговой жидкости для детской нейрохирургии» . Южноафриканский журнал радиологии . 17 (1): 26–29. дои : 10.4102/sajr.v17i1.208 . ISSN 2078-6778 .

[7] Херли, Робин А.; Брэдли, Уильям Г.; Латифи, Халима Т.; Табер, Кэтрин Х. (1 августа 1999 г.). «Гидроцефалия нормального давления: значение МРТ при потенциально излечимой деменции» . Журнал нейропсихиатрии и клинических нейронаук . 11 (3): 297–300. дои : 10.1176/jnp.11.3.297 . ISSN 0895-0172 . ПМИД 10440004 .

[8] Паниграхи, М.; Редди, Б. Правин; Редди, АК; Редди, JJM (май 2004 г.). «Исследование потока спинномозговой жидкости при мальформации Киари I» . Нервная система ребенка . 20 (5): 336–340. дои : 10.1007/s00381-003-0881-3 . ISSN 0256-7040 . ПМИД 15085382 . S2CID 36584252 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]