DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2024.1297675
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38476967
تاريخ النشر: 2024-02-27
المؤلف: Dongjae Lee وآخرون
الموضوع الرئيسي: طب البيطرة والعظام والأعصاب
نظرة عامة
يلعب التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) دورًا حاسمًا في تقييم ضغط المخيخ بسبب اضطرابات تقاطع القحف العنقي (CJA)، لكنه يواجه صعوبة في تصوير العظام القشرية بسبب قيوده الذاتية. تقدم الدراسة تقنية جديدة للتصوير بالرنين المغناطيسي، صدى المجال السريع الذي يشبه التصوير المقطعي المحوسب (CT) باستخدام تباعد صدى مقيد (FRACTURE)، والتي تهدف إلى تعزيز تباين العظام دون التعرض للإشعاع المرتبط بـ CT. تقيم هذه الأبحاث جدوى تصوير FRACTURE MRI لتقييم تقاطع القحف العنقي (CCJ) مقارنةً بـ MRI التقليدي وCT، مما قد يسهل الإجراءات التشخيصية في الطب البيطري.
في الدراسة، تم إجراء التصوير على خمسة كلاب بيغل صحية باستخدام تسلسلات MRI متنوعة، بما في ذلك T1 ثلاثي الأبعاد (3D) وT2 ووزن كثافة البروتون (PDW) وصدى FRACTURE أحادي (sFRACTURE) وصدى FRACTURE متعدد (mFRACTURE). أظهرت التقييمات النوعية أن كل من sFRACTURE وCT قدمت تحديدًا قشريًا أفضل ورؤية للعظام التربيقية مقارنةً بـ MRI التقليدي. أظهرت القياسات الكمية أن المسافات التي تم الحصول عليها من صور T2 كانت تختلف بشكل كبير عن تلك التي تم قياسها بواسطة CT، بينما كانت المسافات من تسلسلات T1 وPD وsFRACTURE وmFRACTURE قابلة للمقارنة مع CT. من الجدير بالذكر أن sFRACTURE أظهرت نسبة إشارة إلى ضوضاء عالية (SNR) للعظام التربيقية وأظهرت تحسينًا في نسب التباين إلى الضوضاء (CNR) بين العظام القشرية والعضلات، مما يؤكد إمكاناتها كوسيلة تصوير قيمة لتقييم CCJ.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث انتشار اضطرابات تقاطع القحف العنقي (CJA) في الطب البيطري، وخاصة في الكلاب الصغيرة. تشمل CJA مجموعة متنوعة من التشوهات، بما في ذلك التشوهات الشبيهة بشيار والاستقرار الأطلنطي المحوري. بينما يعد التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) أمرًا حيويًا لتقييم الأنسجة الرخوة والعظام النخاعية دون إشعاع مؤين، إلا أن له قيودًا في تصوير العظام القشرية بسبب أوقات استرخاء T2 القصيرة وكثافة البروتون المنخفضة. وبالتالي، يتم غالبًا استخدام التصوير المقطعي المحوسب (CT) جنبًا إلى جنب مع MRI لتوفير صور تفصيلية لهياكل العظام التي قد تضغط على الأنسجة العصبية، على الرغم من المخاوف المتعلقة بالتعرض للإشعاع المؤين والتحديات اللوجستية لنقل المرضى بين وسائل التصوير.
لقد أدت التطورات الأخيرة في تقنيات MRI إلى تقديم تسلسلات جديدة قادرة على تصوير العظام القشرية بتباين مشابه لـ CT (CLBC)، مثل صدى المجال السريع الذي يشبه التصوير المقطعي المحوسب باستخدام تباعد صدى مقيد (FRACTURE). تستخدم هذه الطريقة تقنية تعتمد على صدى التدرج ثلاثي الأبعاد لتوليد صور عالية الدقة مع تباين محسن للعظام من خلال خطوات معالجة ما بعد محددة. يفترض المؤلفون أن تصوير FRACTURE MRI يمكن أن ينتج دقة قابلة للمقارنة مع صور CT لتقييم العظام القشرية لتقاطع القحف العنقي في الكلاب. تهدف الدراسة إلى وصف ميزات MR لتقاطع القحف العنقي في الكلاب الصحية باستخدام MRI بقوة 3.0 تسلا وتقييم جدوى تسلسلات FRACTURE مقارنةً بصور CT وMRI التقليدية.
طرق
توضح قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يتناول المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية ومعدات وعينات بيولوجية، لضمان إمكانية تكرار التجارب. تشمل المنهجية التقنيات المستخدمة لجمع البيانات وتحليلها، مثل الاختبارات الإحصائية أو النماذج الحسابية، والتي تعتبر حاسمة للتحقق من النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم إعداد التجربة، بما في ذلك ظروف التحكم وأي متغيرات تم التلاعب بها خلال الدراسة. يسمح هذا التوثيق الشامل بفهم واضح لكيفية إجراء البحث ويدعم نزاهة النتائج التي تم الحصول عليها. بشكل عام، تعتبر الطرق المستخدمة جزءًا لا يتجزأ من استنتاجات الدراسة وتساهم في النقاش العلمي الأوسع.
النتائج
في هذه الدراسة، تم مقارنة فعالية تسلسلات FRACTURE MRI في تقييم تقاطع القحف العنقي (CCJ) في الكلاب مع التصوير بالرنين المغناطيسي التقليدي وCT. خضعت جميع الكلاب بنجاح لتصوير MR وCT دون مضاعفات، مع تفاصيل أوقات الحصول على الصور في الجدول 1. أظهرت التقييمات النوعية أن كل من الصدى الأحادي (sFRACTURE) والصدى المتعدد (mFRACTURE) أظهرت درجات جودة صورة أعلى بكثير من تسلسلات MRI التقليدية، خاصة في تحديد القشرة ورؤية العظام التربيقية. كانت معاملات الارتباط داخل الفئة (ICCs) لعوامل التقييم النوعي جميعها أكبر من 0.8، مما يدل على توافق ممتاز. من الجدير بالذكر أن sFRACTURE وCT قدمت وضوحًا متفوقًا في تصوير العظام التربيقية عبر جميع مواقع التقييم، بينما كانت صور T1 (T1W) تسجل باستمرار أدنى الدرجات.
أظهرت التحليلات الكمية توافقًا هندسيًا جيدًا إلى ممتاز بين قياسات MRI وCT، مع اختلافات كبيرة لوحظت في المسافات المقاسة من صور T2 مقارنةً بـ CT. ومع ذلك، لم يتم العثور على اختلافات كبيرة بين القياسات من sFRACTURE وmFRACTURE وT1W عند مقارنتها بـ CT. أشارت نسب الإشارة إلى الضوضاء (SNRs) إلى أن CT كان له SNR أعلى بكثير للعظام القشرية، بينما تفوقت تسلسلات MRI على CT بالنسبة لـ SNR العضلات. أظهرت نسب التباين إلى الضوضاء (CNRs) أن CT تفوقت في تمييز العظام القشرية عن العضلات، بينما كان لـ mFRACTURE CNR أقل لتفريق العظام القشرية والتربيقية. بشكل عام، خلصت الدراسة إلى أن تسلسلات FRACTURE فعالة في تقييم CCJ في الكلاب، حيث توفر جودة صورة عالية ووضوحًا، خاصة لحدود القشرة، بينما تكون قابلة للمقارنة في وقت الحصول على الصور مع تسلسلات MRI التقليدية.
مناقشة
في هذه الدراسة التجريبية، تم تقييم خمسة كلاب بيغل صحية سريريًا باستخدام MRI وCT لتقييم تقاطع القحف العنقي (CCJ). خضعت الكلاب لكلا وسيلتي التصوير بترتيب عشوائي، مع إدارة ومراقبة التخدير بعناية. تم إجراء التصوير بالرنين المغناطيسي باستخدام جهاز 3.0 تسلا، مع الحصول على تسلسلات متنوعة بما في ذلك T1 وT2 وصور وزن كثافة البروتون، بينما استخدمت مسحات CT جهاز مسح متعدد الشرائح 160. تم تقييم جودة الصورة وتحديد التشريح بشكل نوعي وكمّي من قبل ملاحظين اثنين، مع التركيز على معايير مثل تحديد القشرة، ووضوح العظام التربيقية، ورؤية مساحة المفصل.
أشارت النتائج إلى أن تسلسلات FRACTURE MRI قدمت تحديدًا قشريًا أفضل ورؤية للعظام التربيقية مقارنةً بصور T2 وT1 التقليدية وصور وزن كثافة البروتون، مما يتماشى بشكل وثيق مع نتائج CT. من الجدير بالذكر أن الدراسة أبرزت أنه بينما كانت القياسات الهندسية من FRACTURE وCT قابلة للمقارنة، أظهرت صور T2 اختلافات كبيرة في قياس المسافات بين حواف العظام. كانت اتفاقية المقياس بين الملاحظين عمومًا جيدة، على الرغم من أن بعض المعايير، مثل الارتفاع القذالي للثقبة العظمى، أظهرت اتفاقًا أقل، ربما بسبب حجم العينة الصغيرة. تختتم الدراسة بأن تسلسلات FRACTURE MRI يمكن أن تكمل بفعالية تقنيات MRI التقليدية لتقييم الهياكل العظمية في CCJ للكلاب، على الرغم من أن المزيد من الأبحاث ضرورية لاستكشاف تطبيقاتها في مجموعات أكبر وأكثر تنوعًا.
DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2024.1297675
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38476967
Publication Date: 2024-02-27
Author(s): Dongjae Lee et al.
Primary Topic: Veterinary Orthopedics and Neurology
Overview
Magnetic resonance imaging (MRI) plays a crucial role in assessing cerebellar compression due to craniocervical junction abnormalities (CJA), but it struggles with visualizing cortical bone due to its inherent limitations. The study introduces a novel MRI technique, Fast field echo resembling a computed tomography (CT) scan using restricted echospacing (FRACTURE), which aims to enhance bone contrast without the associated radiation exposure of CT. This research evaluates the feasibility of FRACTURE MRI for craniocervical junction (CCJ) assessment in comparison to conventional MRI and CT, potentially streamlining diagnostic procedures in veterinary medicine.
In the study, imaging was conducted on five healthy beagles using various MRI sequences, including three-dimensional (3D) T1-weighted, T2-weighted, proton density-weighted (PDW), single echo-FRACTURE (sFRACTURE), and multiple echo-FRACTURE (mFRACTURE). Qualitative assessments revealed that both sFRACTURE and CT provided superior cortical delineation and trabecular bone visibility compared to conventional MRI. Quantitative measures indicated that distances obtained from T2-weighted images significantly differed from those measured by CT, while distances from T1-weighted, PD-weighted, sFRACTURE, and mFRACTURE sequences were comparable to CT. Notably, sFRACTURE exhibited a high signal-to-noise ratio (SNR) for trabecular bone and demonstrated enhanced contrast-to-noise ratios (CNR) between cortical bone and muscle, affirming its potential as a valuable imaging modality for CCJ evaluation.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the prevalence of craniocervical junction abnormalities (CJA) in veterinary medicine, particularly in small-breed dogs. CJA encompasses various malformations, including Chiari-like malformations and atlantoaxial instability. While magnetic resonance imaging (MRI) is crucial for assessing soft tissues and medullary bone without ionizing radiation, it has limitations in visualizing cortical bone due to short T2 relaxation times and low proton density. Consequently, computed tomography (CT) is often employed alongside MRI to provide detailed images of bone structures that may compress neural tissues, despite concerns regarding ionizing radiation exposure and the logistical challenges of patient transfer between imaging modalities.
Recent advancements in MRI techniques have introduced new sequences capable of depicting cortical bone with CT-like contrast (CLBC), such as the fast field echo resembling a CT scan using restricted echospacing (FRACTURE). This method utilizes a 3D gradient-echo-based technique to generate high-resolution images with enhanced bone contrast through specific post-processing steps. The authors hypothesize that FRACTURE MRI can yield comparable resolution to CT images for evaluating the cortical bone of the craniocervical junction in dogs. The study aims to characterize the MR features of the craniocervical junction in healthy dogs using 3.0-T MRI and to evaluate the feasibility of FRACTURE sequences in comparison to CT and conventional MRI images.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures utilized in the study. It details the specific materials employed, including any reagents, equipment, and biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodology encompasses the techniques used for data collection and analysis, such as statistical tests or computational models, which are crucial for validating the findings.
Additionally, the section may describe the experimental setup, including control conditions and any variables manipulated during the study. This thorough documentation allows for a clear understanding of how the research was conducted and supports the integrity of the results obtained. Overall, the methods employed are integral to the study’s conclusions and contribute to the broader scientific discourse.
Results
In this study, the efficacy of FRACTURE MRI sequences in evaluating the cranio-cervical junction (CCJ) in dogs was compared to conventional MRI and CT imaging. All dogs successfully underwent MR and CT imaging without complications, with image acquisition times detailed in Table 1. Qualitative assessments revealed that both the single echo (sFRACTURE) and multi-echo (mFRACTURE) sequences exhibited significantly higher image quality scores than conventional MRI sequences, particularly in cortical delineation and trabecular visibility. The intra-class correlation coefficients (ICCs) for qualitative evaluation factors were all greater than 0.8, indicating excellent agreement. Notably, sFRACTURE and CT provided superior clarity in visualizing trabecular bone across all evaluation sites, while T1-weighted (T1W) images consistently scored the lowest.
Quantitative analysis demonstrated good to excellent geometrical agreement between MRI and CT measurements, with significant differences observed in distances measured from T2-weighted (T2W) images compared to CT. However, no significant differences were found between measurements from sFRACTURE, mFRACTURE, and T1W when compared to CT. The signal-to-noise ratios (SNRs) indicated that CT had a significantly higher SNR for cortical bone, while MRI sequences outperformed CT for muscle SNR. The contrast-to-noise ratios (CNRs) showed that CT excelled in distinguishing cortical bone from muscle, whereas mFRACTURE had lower CNR for cortical-trabecular differentiation. Overall, the study concluded that FRACTURE sequences are effective for assessing the CCJ in dogs, providing high image quality and clarity, particularly for cortical boundaries, while also being comparable in acquisition time to conventional MRI sequences.
Discussion
In this pilot study, five clinically healthy beagles were evaluated using MRI and CT to assess the craniocervical junction (CCJ). The dogs underwent both imaging modalities in a randomized order, with anesthesia carefully managed and monitored. MRI was performed using a 3.0-T scanner, acquiring various sequences including T1-weighted, T2-weighted, and proton density-weighted images, while CT scans utilized a 160 multi-slice scanner. Image quality and anatomical delineation were assessed qualitatively and quantitatively by two observers, focusing on parameters such as cortical delineation, trabecular bone clarity, and joint space visibility.
The findings indicated that the FRACTURE MRI sequences provided superior cortical delineation and trabecular visibility compared to traditional T2-weighted, T1-weighted, and proton density-weighted images, aligning closely with CT results. Notably, the study highlighted that while geometric measurements from FRACTURE and CT were comparable, T2-weighted images showed significant discrepancies in measuring distances between bone margins. The interrater agreement for measurements was generally good, although some parameters, like the caudal height of the foramen magnum, exhibited poorer agreement, potentially due to the small sample size. The study concludes that FRACTURE MRI sequences can effectively complement conventional MRI techniques for evaluating osseous structures in the CCJ of dogs, although further research is warranted to explore their application in larger and more diverse populations.