rospedРоссийский педиатрический журнал имени М.Я. СтуденикинаM.Ya. Studenikin Russian Pediatric JournalФГАУ «НМИЦ здоровья детей» Минздрава России10.46563/1560-9561-2024-27-5-350-355mszoubrosped-1060Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL INVESTIGATIONSДиффузионно-тензорная визуализация спинного мозга у здоровых детейDiffusion tensor imaging of spinal cord in healthy childrenБожкоОльга ВасильевнаBozhkoOlga V.

Канд. мед. наук, вед. науч. сотр. отдела лучевых методов диагностики, ГБУЗ «НИИ НДХиТ» ДЗ г. Москвы

e-mail: bozhko_olga@mail.ru

bozhko_olga@mail.ruУблинскийМаксим ВадимовичUblinskiyMaksim V.

Канд. биол. наук, ст. науч. сотр., ГБУЗ «НИИ НДХиТ» ДЗ г. Москвы

e-mail: maxublinsk@mail.ru

PhD, radiologist, scientific researcher, Clinical and Research Institute of Emergency Pediatric Surgery and Trauma, Moscow, 119180, Russian Federation

e-mail: maxublinsk@mail.ru

maxublinsk@mail.ruАхадовТолибджон АбдуллаевичAkhadovTolibjon A.

Доктор мед. наук, проф., руководитель отдела лучевых методов диагностики, ГБУЗ «НИИ НДХиТ» ДЗ г. Москвы

e-mail: akhadov@mail.ru

akhadov@mail.ruВоронковаЕлена ВалерьевнаVoronkovaElena V.

Науч. сотр. отделения лучевой диаг­ностики ГБУЗ «НИИ НДХиТ» ДЗ г. Москвы

e-mail: elena_voronkova13@mail.ru

elena_voronkova13@mail.ruКобзеваАнна АлександровнаKobzevaAnna A.

Врач-рентгенолог отдела лучевых методов диагностики ГБУЗ «НИИ НДХиТ» ДЗ г. Москвы

e-mail: kobzevaaa3@zdrav.mos.ru

kobzevaaa3@zdrav.mos.ruМельниковИлья АндреевичMelnikovIliya A.

Канд. мед. наук, зав. отделением КТ и МРТ отдела лучевых методов диагностики, ГБУЗ «НИИ НДХиТ» ДЗ г. Москвы

e-mail: ilyamed@mail.ru

ilyamed@mail.ruГБУЗ «Научно-исследовательский институт неотложной детской хирургии и травматологии» Департамента здравоохранения МосквыClinical and Research Institute of Emergency Pediatric Surgery and Trauma202414112024275350355Copyright © Божко О.В., Ублинский М.В., Ахадов Т.А., Воронкова Е.В., Кобзева А.А., Мельников И.А., 20242024Божко О.В., Ублинский М.В., Ахадов Т.А., Воронкова Е.В., Кобзева А.А., Мельников И.А.Bozhko O.V., Ublinskiy M.V., Akhadov T.A., Voronkova E.V., Kobzeva A.A., Melnikov I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rosped.ru/jour/article/view/1060Введение

Введение. Диффузионно-тензорная визуализация (ДТВ) — методика, позволяющая оценить диффузию молекул воды вдоль миелиновой оболочки нервных волокон и получить информацию о целостности проводящих путей головного и спинного мозга (СМ). Получение воспроизводимых значений параметров диффузии является актуальной и выполнимой задачей. Цель работы — определить значения параметров ДТВ на всём протяжении СМ у здоровых детей для использования при оценке острой травмы, её последствий и других форм патологии СМ.

Материалы и методы

Материалы и методы. Обследовано 15 условно здоровых детей в возрасте 13–18 лет, из них 6 девочек, 8 мальчиков, средний возраст 15,2 ± 1,2 года. Разработан протокол МРТ позвоночника для охвата всего объёма СМ с раздельной визуа­лизацией шейного и грудного отделов позвоночника (длительность — 9 мин 48 с). Проведены построение карт и расчёт параметров диффузии: фракционной анизотропии (ФА), медиальной (МД), продольной или аксиальной (АД) и поперечной (ПД) диффузии. Для получения ДТВ-изображений использовали последовательность «IRIS ZOOM» («Philips»), для обработки данных — программный пакет «Spinal Cord Toolbox», для статистического анализа — программное обеспечение «GraphPad Prism», значимость критериев определяли на уровне p < 0,05.

Результаты

Результаты. Средние значения параметров СМ детей составили: ФА = 0,63 ± 0,06; АД = 2,1 ± 0,3 × 10−3 мм2/с; МД = 1,15 ± 0,16 × 10−3 мм2/с; ПД = 0,68 ± 0,12 × 10−3 мм2/с. При этом выявлено повышение ФA на уровне Th2–Th9 по сравнению со значениями на уровнях C6–Th1 и Th10–Th12. Коэффициент АД на уровне Th2–Th9 был повышен относительно уровней C2–C5 и C6–Th1. Значения МД в зонах СМ на уровнях Th2–Th9 и Th10–Th12 были повышены относительно более высоких уровней СМ. Значения ПД в зоне на уровне Th10–Th12 повышены относительно всех остальных зон.

Заключение

Заключение. Определены показатели диффузии СМ детей в возрасте 12–18 лет и выявлены небольшие различия между областями СМ. Установленные значения могут быть использованы как референтные для оценки состояния СМ при различных формах патологии (травмах, демиелинизирующих и опухолевых заболеваниях) у детей соответствующей возрастной группы.

Участие авторов

Участие авторов: Ахадов T.A., Божко О.В., Ублинский М.В. — концепция и дизайн исследования; Божко О.В., Ублинский М.В., Кобзева А.А., Мельников И.А. — проведение исследования; Божко О.В., Ублинский М.В., Воронкова Е.В. — сбор и обработка материала; Ублинский М.В., Воронкова Е.В. — статистическая обработка; Божко О.В. — написание текста; Ахадов T.A., Ублинский М.В. — редактирование; Ахадов T.A., Божко О.В., Ублинский М.В. — утверждение окончательного варианта статьи. Все соавторы — ответственность за целостность всех частей статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование поддержано грантом Департамента здравоохранения города Москвы № 2112-9/22.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Поступила 27

Поступила 27.09.2024Принята к печати 08.10.2024Опубликована 12.11.2024

Introduction

Introduction. Diffusion tensor imaging (DTI) is a technique that allows evaluating diffusion of water molecules along the myelin sheath of nerve fibers and obtaining information about the integrity of brain and spinal cord pathways. Obtaining reproducible values of diffusion parameters is an urgent and feasible task. The aim of this study was to establish the values of DTI parameters along the entire length of the spinal cord in healthy children for further use in the assessment of acute injury, its consequences and other spinal cord diseases.

Materials and methods

Materials and methods. The study included fifteen healthy patients of 13 to 18 years, including 6 girls and 8 boys, average age was 15.2 ± 1.2 years. The study was performed on a Philips Achieva dStream 3T MRI scanner (Netherlands). As part of this study, a spine MRI protocol was developed to cover the entire volume of spinal cord with separate visualization of cervical and thoracic spine (duration: 9 min 48 sec). The IRIS ZOOM sequence (Philips) was used to obtain DTI images. Spinal Cord Toolbox software package was used to process the data. Statistical analysis was performed using GraphPad Prism software, and significance was determined at p < 0.05.

Results

Results. Mapping and calculation of the following diffusion parameters: fractional anisotropy (FA), medial (MD), longitudinal or axial (AD) and transverse (RD) diffusion showed the average values of the parameters FA, AD, MD, RD of the spinal cord of children to be: FA, AD, MD, RD of spinal cord were: FA = 0.63 ± 0.06, AD = 2.1 ± 0.3 × 10−3 mm2/s, MD = 1.15 ± 0.16 × 10−3 mm2/s, RD = 0.68 ± 0.12 × 10−3 mm2/s. An increase in FA was detected at the Th2–Th9 level compared to the values at the C6–Th1 and Th10–Th12 levels. The AD coefficient at the Th2–Th9 level is increased relative to the C2–C5 and C6–Th1 levels. MD values in spinal cord areas at the Th2–Th9 and Th10–Th12 levels are statistically higher relative to higher levels of the spinal cord. RD values in the zone at the Th10–Th12 level are increased relative to all other areas.

Conclusion

Conclusion. The study established the diffusion indices of FA, MD, AD, RD of spinal cord in children aged 12 to 18 years and showed small differences between the spinal cord regions. The data obtained can be used as reference values for assessing spinal cord condition in various pathological processes (trauma, demyelinating and tumor diseases) in children for the corresponding age group.

Contribution

Contribution: Akhadov T.A., Bozhko O.V., Ublinskiy M.V. — research concept and design; Bozhko O.V., Ublinskiy M.V., Kobzeva A.A., Melnikov I.A. — conducting research; Bozhko O.V., Ublinskiy M.V., Voronkova E.V. — collection and analysis of data; Ublinskiy M.V., Voronkova E.V. — statistical analysis; Bozhko O.V. — writing the text; Akhadov T.A., Ublinskiy M.V. — editing the text; Akhadov T.A., Bozhko O.V., Ublinzkiy M.V. — approval of the final version of the article. All co-authors — responsibility for the integrity of all parts of the article.

Acknowledgment

Acknowledgment. The study was supported by grant from the Moscow Department of Health No. 2112-9/22.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Received

Received: September 27, 2024Accepted: October 08, 2024Published: November 12, 2024

диффузионно-тензорная визуализациямагнитно-резонансная томографиядетиспинной мозгdiffusion tensor imagingmagnetic resonance imagingchildrenspinal cordReferencesBozzo A., Marcoux J., Radhakrishna M., Pelletier J., Goulet B. The role of magnetic resonance imaging in the management of acute spinal cord injury. J. Neurotrauma. 2011; 28(8): 1401–11. https://doi.org/10.1089/neu.2009.1236Bozzo A., Marcoux J., Radhakrishna M., Pelletier J., Goulet B. The role of magnetic resonance imaging in the management of acute spinal cord injury. J. Neurotrauma. 2011; 28(8): 1401–11. https://doi.org/10.1089/neu.2009.1236Barry R.L., Vannesjo S.J., By S., Gore J.C., Smith S.A. Spinal cord MRI at 7T. Neuroimage. 2018; 168: 437–51. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2017.07.003Barry R.L., Vannesjo S.J., By S., Gore J.C., Smith S.A. Spinal cord MRI at 7T. Neuroimage. 2018; 168: 437–51. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2017.07.003Ruiz Santiago F., Láinez Ramos-Bossini A.J., Wáng Y.X.J., Martínez Barbero J.P., García Espinosa J., Martínez Martínez A. The value of magnetic resonance imaging and computed tomography in the study of spinal disorders. Quant. Imaging Med. Surg. 2022; 12(7): 3947–86. https://doi.org/10.21037/qims-2022-04Ruiz Santiago F., Láinez Ramos-Bossini A.J., Wáng Y.X.J., Martínez Barbero J.P., García Espinosa J., Martínez Martínez A. The value of magnetic resonance imaging and computed tomography in the study of spinal disorders. Quant. Imaging Med. Surg. 2022; 12(7): 3947–86. https://doi.org/10.21037/qims-2022-04Дмитренко Д.М., Ахадов Т.А., Мещеряков С.В., Мельников И.А., Божко О.В., Семенова Ж.Б. и др. Диффузионно-тензорные изображения при травме шейного отдела позвоночника у детей. Детская хирургия. 2022; 26(2): 74–81. https://doi.org/10.55308/1560-9510-2022-26-2-74-81 https://elibrary.ru/wqzcxkDmitrenko D.M., Akhadov T.A., Meshcheryakov S.V., Melnikov I.A., Bozhko O.V., Semenova Zh.B., et al. Diffusion tensor imaging for cervical spine trauma in children. Detskaya khirurgiya. 2022; 26(2): 74–81. https://doi.org/10.55308/1560-9510-2022-26-2-74-81 https://elibrary.ru/wqzcxk (in Russian)Sąsiadek M.J., Szewczyk P., Bladowska J. Application of diffusion tensor imaging (DTI) in pathological changes of the spinal cord. Med. Sci. Monit. 2012; 18(6): RA73-9. https://doi.org/10.12659/msm.882891Sąsiadek M.J., Szewczyk P., Bladowska J. Application of diffusion tensor imaging (DTI) in pathological changes of the spinal cord. Med. Sci. Monit. 2012; 18(6): RA73-9. https://doi.org/10.12659/msm.882891Trolle C., Goldberg E., Linnman C. Spinal cord atrophy after spinal cord injury - A systematic review and meta-analysis. Neuroimage Clin. 2023; 38: 103372. https://doi.org/10.1016/j.nicl.2023.103372Trolle C., Goldberg E., Linnman C. Spinal cord atrophy after spinal cord injury - A systematic review and meta-analysis. Neuroimage Clin. 2023; 38: 103372. https://doi.org/10.1016/j.nicl.2023.103372Божко О.В., Ахадов Т.А. Диффузионно-взвешенные и диффузионно-тензорные изображения у детей при позвоночно-спинномозговой травме: обзор. Лучевая диагностика и терапия. 2023; 14(1): 9–16. https://doi.org/10.22328/2079- 5343-2023-14-1-9-16Bozhko O.V., Akhadov T.A. Diffusion-weighted and diffusion tensor imaging in children with spinal cord injury: a review. Luchevaya diagnostika i terapiya. 2023; 14(1): 9–16. https://doi.org/10.22328/2079- 5343-2023-14-1-9-16 (in Russian)Левашкина И.М., Серебрякова С.В., Ефимцев А.Ю. Диффузионно-тензорная МРТ – современный метод оценки микроструктурных изменений вещества головного мозга (обзор литературы). Вестник Санкт-Петербургского университета. Медицина. 2016; (4): 39–54. https://doi.org/10.21638/11701/spbu11.2016.404 https://elibrary.ru/ygsgjvLevashkina I.M., Serebryakova S.V., Efimtsev A.Yu. Diffusion tensor MRI is a modern method for assessing microstructural changes in the brain (literature review). Vestnik Sankt-Peterburgskogo universiteta. Meditsina. 2016; (4): 39–54. https://doi.org/10.21638/11701/spbu11.2016.404 https://elibrary.ru/ygsgjv (in Russian)Martin A.R., Aleksanderek I., Cohen-Adad J., Tarmohamed Z., Tetreault L., Smith N., et al. Translating state-of-the-art spinal cord MRI techniques to clinical use: A systematic review of clinical studies utilizing DTI, MT, MWF, MRS, and fMRI. Neuroimage Clin. 2015; 10: 192–238. https://doi.org/10.1016/j.nicl.2015.11.019Martin A.R., Aleksanderek I., Cohen-Adad J., Tarmohamed Z., Tetreault L., Smith N., et al. Translating state-of-the-art spinal cord MRI techniques to clinical use: A systematic review of clinical studies utilizing DTI, MT, MWF, MRS, and fMRI. Neuroimage Clin. 2015; 10: 192–238. https://doi.org/10.1016/j.nicl.2015.11.019Figley C.R., Stroman P.W. Investigation of human cervical and upper thoracic spinal cord motion: implications for imaging spinal cord structure and function. Magn. Reson. Med. 2007; 58(1): 185–9. https://doi.org/10.1002/mrm.21260Figley C.R., Stroman P.W. Investigation of human cervical and upper thoracic spinal cord motion: implications for imaging spinal cord structure and function. Magn. Reson. Med. 2007; 58(1): 185–9. https://doi.org/10.1002/mrm.21260Kharbanda H.S., Alsop D.C., Anderson A.W., Filardo G., Hackney D.B. Effects of cord motion on diffusion imaging of the spinal cord. Magn. Reson. Med. 2006; 56(2): 334–9. https://doi.org/10.1002/mrm.20959Kharbanda H.S., Alsop D.C., Anderson A.W., Filardo G., Hackney D.B. Effects of cord motion on diffusion imaging of the spinal cord. Magn. Reson. Med. 2006; 56(2): 334–9. https://doi.org/10.1002/mrm.20959Summers P., Staempfli P., Jaermann T., Kwiecinski S., Kollias S. A preliminary study of the effects of trigger timing on diffusion tensor imaging of the human spinal cord. AJNR Am. J. Neuroradiol. 2006; 27(9): 1952–61.Summers P., Staempfli P., Jaermann T., Kwiecinski S., Kollias S. A preliminary study of the effects of trigger timing on diffusion tensor imaging of the human spinal cord. AJNR Am. J. Neuroradiol. 2006; 27(9): 1952–61.Wilm B.J., Gamper U., Henning A., Pruessmann K.P., Kollias S.S., Boesiger P. Diffusion-weighted imaging of the entire spinal cord. NMR Biomed. 2009; 22(2): 174–81. https://doi.org/10.1002/nbm.1298Wilm B.J., Gamper U., Henning A., Pruessmann K.P., Kollias S.S., Boesiger P. Diffusion-weighted imaging of the entire spinal cord. NMR Biomed. 2009; 22(2): 174–81. https://doi.org/10.1002/nbm.1298De Leener B., Lévy S., Dupont S.M., Fonov V.S., Stikov N., Louis Collins D., et al. SCT: Spinal Cord Toolbox, an open-source software for processing spinal cord MRI data. Neuroimage. 2017; 145(Pt. A): 24–43. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2016.10.009De Leener B., Lévy S., Dupont S.M., Fonov V.S., Stikov N., Louis Collins D., et al. SCT: Spinal Cord Toolbox, an open-source software for processing spinal cord MRI data. Neuroimage. 2017; 145(Pt. A): 24–43. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2016.10.009Winston G.P. The physical and biological basis of quantitative parameters derived from diffusion MRI. Quant. Imaging. Med. Surg. 2012; 2(4): 254–65. https://doi.org/10.3978/j.issn.2223-4292.2012.12.05Winston G.P. The physical and biological basis of quantitative parameters derived from diffusion MRI. Quant. Imaging. Med. Surg. 2012; 2(4): 254–65. https://doi.org/10.3978/j.issn.2223-4292.2012.12.05Saksena S., Middleton D.M., Krisa L., Shah P., Faro S.H., Sinko R., et al. Diffusion tensor imaging of the normal cervical and thoracic pediatric spinal cord. AJNR Am. J. Neuroradiol. 2016; 37(11): 2150–7. https://doi.org/10.3174/ajnr.A4883Saksena S., Middleton D.M., Krisa L., Shah P., Faro S.H., Sinko R., et al. Diffusion tensor imaging of the normal cervical and thoracic pediatric spinal cord. AJNR Am. J. Neuroradiol. 2016; 37(11): 2150–7. https://doi.org/10.3174/ajnr.A4883Barakat N., Mohamed F.B., Hunter L.N., Shah P., Faro S.H., Samdani A.F., et al. Diffusion tensor imaging of the normal pediatric spinal cord using an inner field of view echo-planar imaging sequence. AJNR Am. J. Neuroradiol. 2012; 33(6): 1127–33. https://doi.org/10.3174/ajnr.A2924Barakat N., Mohamed F.B., Hunter L.N., Shah P., Faro S.H., Samdani A.F., et al. Diffusion tensor imaging of the normal pediatric spinal cord using an inner field of view echo-planar imaging sequence. AJNR Am. J. Neuroradiol. 2012; 33(6): 1127–33. https://doi.org/10.3174/ajnr.A2924Alizadeh M., Fisher J., Saksena S., Sultan Y., Conklin C.J., Middleton D.M., et al. Age related diffusion and tractography changes in typically developing pediatric cervical and thoracic spinal cord. Neuroimage Clin. 2018; 18: 784–92. https://doi.org/10.1016/j.nicl.2018.03.014Alizadeh M., Fisher J., Saksena S., Sultan Y., Conklin C.J., Middleton D.M., et al. Age related diffusion and tractography changes in typically developing pediatric cervical and thoracic spinal cord. Neuroimage Clin. 2018; 18: 784–92. https://doi.org/10.1016/j.nicl.2018.03.014Campbell W.W., DeJong R.N. The spinal cord level. In: DeJong’s the Neurologic Examination. 6th ed. Philadelphia: Lippincott Williams Wilkins; 2005: 314–24.Campbell W.W., DeJong R.N. The spinal cord level. In: DeJong’s the Neurologic Examination. 6th ed. Philadelphia: Lippincott Williams Wilkins; 2005: 314–24.Goto N., Otsuka N. Development and anatomy of the spinal cord. Neuropathology. 1997; 17(1): 25–31. https://doi.org/10.1111/j.1440-1789.1997.tb00007.xGoto N., Otsuka N. Development and anatomy of the spinal cord. Neuropathology. 1997; 17(1): 25–31. https://doi.org/10.1111/j.1440-1789.1997.tb00007.xMossa-Basha M., Peterson D.J., Hippe D.S., Vranic J.E., Hofstetter C., Reyes M., et al. Segmented quantitative diffusion tensor imaging evaluation of acute traumatic cervical spinal cord injury. Br. J. Radiol. 2021; 94(1118): 20201000. https://doi.org/10.1259/bjr.20201000Mossa-Basha M., Peterson D.J., Hippe D.S., Vranic J.E., Hofstetter C., Reyes M., et al. Segmented quantitative diffusion tensor imaging evaluation of acute traumatic cervical spinal cord injury. Br. J. Radiol. 2021; 94(1118): 20201000. https://doi.org/10.1259/bjr.20201000Shahrampour S., De Leener B., Alizadeh M., Middleton D., Krisa L., Flanders A.E., et al. Atlas-based quantification of DTI measures in a typically developing pediatric spinal cord. AJNR Am. J. Neuroradiol. 2021; 42(9): 1727–34. https://doi.org/10.3174/ajnr.A7221Shahrampour S., De Leener B., Alizadeh M., Middleton D., Krisa L., Flanders A.E., et al. Atlas-based quantification of DTI measures in a typically developing pediatric spinal cord. AJNR Am. J. Neuroradiol. 2021; 42(9): 1727–34. https://doi.org/10.3174/ajnr.A7221Bosma R.L., Stroman P.W. Characterization of DTI indices in the cervical, thoracic, and lumbar spinal cord in healthy humans. Radiol. Res. Pract. 2012; 2012: 143705. https://doi.org/10.1155/2012/143705Bosma R.L., Stroman P.W. Characterization of DTI indices in the cervical, thoracic, and lumbar spinal cord in healthy humans. Radiol. Res. Pract. 2012; 2012: 143705. https://doi.org/10.1155/2012/143705

The authors declare that there are no conflicts of interest present.