在高分辨率磁共振图像上评估大脑皮层微梗死

摘要

高分辨率 离体 7T MR成像方案用于对死后人脑组织中的微血管病理进行MR引导下的组织病理学验证。此外，还提供了评估皮层微梗死的指南 体内 7T 以及 3T 磁共振图像。

摘要

脑微梗死在人脑尸检中常见，且与认知功能下降和痴呆相关。由于其体积微小，在临床磁共振成像（MRI）扫描中难以对其进行研究。最近研究表明，利用高场强（7T）MRI扫描仪可显示皮层微梗死。基于该研究经验，部分此类病灶在分辨率较低的3T MRI上亦可见。这些发现已得到验证 离体 死后人脑组织成像，结合可能的皮质微梗死组织病理学验证。

本文介绍了一种ex vivo成像方案，用于通过组织学评估验证磁共振成像所观察到的脑微血管病变。此外，还提供了在in vivo 7T和3T磁共振图像上评估皮质微梗死的指导原则。这些指导原则为研究人员提供了一种工具，可在更大样本量患者的活体图像上对皮质微梗死进行评级，从而进一步揭示其在认知功能下降和痴呆中的临床意义，并将这些病灶确立为脑小血管病的一种新型生物标志物。

引言

超高场强7特斯拉（T）磁共振成像（MRI）在患者研究中的应用正在迅速发展¹。本文介绍了一项7T MRI在人类老年大脑脑血管疾病研究中的代表性应用。脑血管疾病是认知功能下降和痴呆的主要原因。这种血管性因素导致的痴呆通常涉及脑内的小血管，例如小动脉、小静脉和毛细血管，因此被称为脑小血管病（cerebral small vessel disease, SVD）²。由于脑小血管过于微小，常规MRI难以直接显示，因此目前仅能观察到SVD所引起的组织损伤后果i.e.，即继发性组织损害。这些表现包括白质高信号、脑微出血和腔隙性脑梗死³。

SVD 的其他重要表现为脑微梗死（CMIs）⁴。尸检研究显示，脑微梗死在血管性痴呆和阿尔茨海默病中具有较高的患病率⁵。然而，由于其体积较小（范围为 50 µm 至数毫米），在常规 MRI 上难以被检测到^4,5。7T MRI 能够提供高分辨率图像，并具有更高的信噪比和对比度，从而可检测到某些超出常规 MRI 检测极限的结构和病灶。因此，该技术被应用于检测脑微梗死。为识别可能的脑微梗死病灶，先前已对大量 in vivo 的 7T MRI 扫描图像进行了筛查，寻找大小<5 mm 且影像特征符合缺血性病变的病灶。这类病灶在皮层中可被可靠识别。这些局灶性条状病灶在 7T FLAIR 图像上呈高....

方案

本方案中使用尸体解剖样本和体内磁共振图像均符合当地法规，并已获得乌得勒支大学医学中心（UMCU）当地机构审查委员会的批准。

1. 磁共振引导下的皮层微梗死组织病理学验证

1. 离体 MRI
   1. 处理脑组织时，务必佩戴手套并穿着适当的防护服。
   2. 根据研究问题，选择合适的、 preferably 10 mm 厚的福尔马林固定脑片。本文所用脑片来源于乌得勒支大学医学中心（UMCU）和荷兰VU大学医学中心（VUMC）的神经病理学部门，基于已知的阿尔茨海默病病理特征。
      1. 在切片前，将完整脑组织浸入10%福尔马林中固定至少3–4周。将脑组织切成包含双侧半球的冠状切片。
      2. 对于死后扫描，可选择每例脑组织三个脑片，分别取自额叶、颞顶叶和枕叶区域。本方案优化了单次扫描中同时使用三个包含双侧半球的冠状脑片的成像流程。
   3. 对脑片的两侧（背侧和尾侧）进行拍照，并仔细记录（或绘制示意图）脑片在容器及扫描仪中的方向，以便后续将组织学结果与MRI图像进行共定位分析。
   4. 将专用容器（图1）——本例中为可放入MR头部线圈的容器——在室温下装满10%新鲜福尔马林。若不希望液体产生MRI信号，可使用适当密度的全氟聚醚（PFPE）润滑剂替代福尔马林（例如Fomblin或G....

结果

此处提供了一个在7T下采集的离体序列的高分辨率和高图像质量示例（图4）。该图像为三维T2*加权的离体扫描，各向同性分辨率为0.18 mm。组织样本来自一名84岁患有痴呆的女性，经病理证实患有阿尔茨海默病及严重的脑淀粉样血管病（CAA）。图像的细节清晰可辨，能够识别皮层微血管病变。T2*对铁沉积和空气均敏感。该组织样本的皮层内存在大量微血管病变。这些组织切片脑沟内的低信号影是气泡所致，可能干扰皮层微血管病变的评估。为识别皮层 cerebral microinfarcts（CMIs），需采用T2加权序列。

图5 代表在皮层发现的细胞介导免疫反应（cortical CMI） 离体 7T下的图像。这种皮层CMI在一位86岁女性的死后脑组织中被发现，该患者具有中等程度的阿尔茨海默病病理（Braak） & Braak IV期）.......

讨论

近年来，脑微梗死（CMIs）受到越来越多的关注。越来越多来自尸检研究的证据表明，CMIs是与年龄相关的认知功能下降和痴呆的重要因素^4,5。目前，CMIs已可在7T以及3T磁共振成像（MRI）上被检测到。对这些病变评估方案的优化和标准化，将有助于在全球范围内的队列研究中快速实施可靠且有效的CMIs检测。这将使未来临床研究（包括横断面和纵向研究）能够在衰老、脑血管疾病和痴呆的背景下，广泛评估CMIs的临床相关性^9,10。

本研究中描述的方法实际上是一种“元方法”，因为它可被视为一种用于开发（并逐步改进）活体检测脑微梗死（CMI）方法的流程，而此前CMI只能通过神经病理学家进行死后评估。通过新的磁共振成像（MRI）方案和图像处理技术来开发更优的活体CMI检测方法时，最关键的步骤是使用组织病理学进行验证，后者目前仍是金标准。与组织病理学相比，活体检测CMI的一个重要局限性在于分辨率。然而，尽管活体MRI无法检测到较小的CMI，但它能够实现全脑覆盖，这可能在整体效果上等同于仅通过少数几份组织切片寻找显微镜下的CMI。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
全氟聚醚（Fomblin / Galden PFPE）	Solvay Solexis, Bollate, Italy
7T 磁共振成像系统	Philips Healthcare, Cleveland, OH, USA
32 通道接收式头部线圈	Nova Medical, Wilmington, MA, USA
MeVisLab 软件	MeVis Medical Solutions AG, Bremen, Germany