Vurdere Kortikale Cerebral Microinfarcts på High Resolution MR-billeder
Summary
En høj opløsning ex vivo 7T MR imaging-protokollen er præsenteret, til at udføre MR-vejledt histopatologisk validering af mikrovaskulære patologi i post-mortem menneskelige hjerne væv. Endvidere er retningslinjer fastsat for vurdering af kortikale microinfarcts på in vivo-7T samt 3T MR-billeder.
Abstract
Cerebral microinfarcts er hyppige fund i den post-mortem menneskelige hjerne, og er relateret til kognitiv tilbagegang og demens. På grund af deres små størrelser er det en udfordring at studere dem på kliniske MR-scanninger. Det blev for nylig vist, at kortikale microinfarcts kan være afbildet med MRI-scannere hjælp høje magnetiske feltstyrke (7T). Baseret på denne erfaring, en del af disse læsioner er også synlig på lavere opløsning 3T MR. Disse resultater blev bekræftet med ex vivo billeddannelse af post mortem-humant hjernevæv, ledsaget af histopatologisk verifikation af mulige kortikale microinfarcts.
Her en ex vivo imaging protokol er fremlagt, med det formål at validere MR observeret cerebral mikrovaskulære patologi med histologisk evaluering. Endvidere er retningslinjer fastsat for vurdering af kortikale microinfarcts på begge in vivo 7T og 3T MR-billeder. Disse retningslinjer giver forskerne wed et værktøj til at bedømme kortikale microinfarcts på in vivo billeder af større patientprøver, for yderligere at udrede deres kliniske relevans i kognitiv tilbagegang og demens, og etablere disse læsioner som en ny biomarkør for cerebral lille fartøj sygdom.
Introduction
Anvendelsen af ultra-høje felt 7 Tesla (T) MR i patientundersøgelser er hastigt skrider 1. Dette papir introducerer en repræsentativ anvendelse af MRI 7T i forbindelse med cerebrovaskulær sygdom i den aldrende menneskelige hjerne. Cerebrovaskulær sygdom er en væsentlig årsag til kognitiv tilbagegang og demens. Denne vaskulær bidrag til demens ofte involverer små fartøjer i hjernen, såsom arterioler, små vener og kapillærer. Derfor er det nævnt som cerebral lille fartøj sygdom (SVD) 2. Fordi de cerebrale små fartøjer er for små til at fange med konventionel MRI, kun følgerne af SVD – dvs., den resulterende vævsskade – kan visualiseres. Dette omfatter hvide substans hyperintensities, cerebrale microbleeds, og lakunære infarkter 3.
Andre vigtige manifestationer af SVD er cerebrale microinfarcts (CMIS) 4. Obduktion undersøgelser rapporterer høj forekomst af CMI'er i Vascular demens og Alzheimers sygdom 5. Men på grund af deres små størrelser (fra 50 um til nogle få mm) de undslippe påvisning på konventionelt MRI 4,5. 7T MRI giver billeder i høj opløsning med forbedret signal-til-støj-forholdet og kontrast, som muliggør påvisning af visse strukturer og læsioner ud over grænsen for konventionelle MRI detektion. Denne teknik blev herefter anvendt til at detektere CMI'er. At identificere mulige CMI'er, mange in vivo 7T MR-scanninger var tidligere screenet for læsioner med størrelser <5 mm og billedbehandling egenskaber i overensstemmelse med iskæmiske egenskaber. Sådanne læsioner kunne pålideligt identificeres i cortex. Disse fokale aflange læsioner var hyperintens på 7T FLAIR (0,8 mm isotrop voxels), begrænset til cortex og syntes at strække sig fra den kortikale overflade, hyperintens på T2 (0,7 mm isotrope voxels), og hypointense på T1 (1,0 mm isotrope voxels). Det blev bekræftet, at disse læsioner var kortikale CMI'er under anvendelse af enMR-vejledt histopatologisk tilgang i post-mortem humant hjernevæv 6,7.
Her er ex vivo MRI-protokollen fremlagt, der blev anvendt i tidligere undersøgelser for histopatologiske validering af kortikale CMI'er. For det andet er retningslinjer fastsat for vurdering af kortikale CMI'er på in vivo-7T MR. Endelig er oversat vurderingen af kortikale CMI'er på 7T til mere bredt tilgængelig 3T MR, og retningslinjer findes, hvordan man identificerer kortikale CMI'er på 3T MR.
Protocol
Representative Results
Discussion
CMI'er har tiltrukket stigende opmærksomhed i de sidste par år. En voksende mængde af beviser stammer fra obduktionen studier har identificeret CMI'er som vigtige bidragydere til aldersrelateret kognitiv tilbagegang og demens 4,5. CMI'er nu påvises på 7T og også 3T MR. Optimering og standardisering af vurdering protokoller for disse læsioner vil støtte en hurtig gennemførelse af robust og gyldigt CMI detektion i kohortestudier hele verden. Dette vil gøre det muligt for en udbredt vurderi…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The research leading to these results has received funding from the European Research Council under the European Union’s Seventh Framework Programme [FP7/2007-2013] / ERC grant agreement [337333]. The research of SvV and GJB is supported by a VIDI grant [91711384] from ZonMw, the Netherlands Organization for Health Research and Development.
Materials
| Fomblin / Galden PFPE | Solvay Solexis, Bollate, Italy | ||
| 7T MR system | Philips Healthcare, Cleveland, OH, USA | ||
| 32-channel receive head coil | Nova Medical, Wilmington, MA, USA | ||
| MeVisLab | MeVis Medical Solutions AG, Bremen, Germany |
References
- Vander Kolk, A. G., Hendrikse, J., Zwanenburg, J. J., Visser, F., Luijten, P. R. Clinical applications of 7 T MRI in the brain. Eur J Radiol. 82 (5), 708-718 (2013).
- Pantoni, L. Cerebral small vessel disease: from pathogenesis and clinical characteristics to therapeutic challenges. Lancet Neurol. 9, 689-701 (2010).
- Gouw, A. A., et al. Heterogeneity of small vessel disease: a systematic review of MRI and histopathology correlations. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 82 (2), 126-135 (2011).
- Smith, E. E., Schneider, J. A., Wardlaw, J. M., Greenberg, S. M. Cerebral microinfarcts: the invisible lesions. Lancet Neurol. 11, 272-282 (2012).
- Brundel, M., de Bresser, J., van Dillen, J. J., Kappelle, L. J., Biessels, G. J. Cerebral microinfarcts: a systematic review of neuropathological studies. J. Cereb. Blood Flow Metab. 32 (3), 425-436 (2012).
- Van Veluw, S. J., et al. In vivo detection of cerebral cortical microinfarcts with high-resolution 7T MRI. J Cereb Blood Flow Metab. 33 (3), 322-329 (2013).
- Van Veluw, S. J., et al. The spectrum of MR detectable cortical microinfarcts; a classification study with 7 tesla post-mortem MRI and histopathology. J Cereb Blood Floow Metab. Jan. 21, 10-1038 (2015).
- Van Duijn, S., et al. MRI artifacts in human brain tissue after prolonged formalin storage. Magn Reson Med. 65 (6), 1750-1758 (2011).
- Van Veluw, S. J., et al. Cortical microinfarcts on 3T MRI: clinical correlates in memory-clinic patients. Alzheimers Dement. 5, 10-1016 (2015).
- Van Dalen, J. W., et al. Cortical microinfarcts detected in vivo on 3 Tesla MRI: clinical and radiological correlates. Stroke. 46 (1), 255-257 (2015).
- Vander Kolk, A. G., et al. Imaging the intracranial atherosclerotic vessel wall using 7T MRI: initial comparison with histopathology. AJNR Am J Neuroradiol. 36 (4), 694-701 (2015).
- Visser, F., Zwanenburg, J. J., Hoogduin, J. M., Luijten, P. R. High-resolution magnetization-prepared 3D-FLAIR imaging at 7.0 Tesla. Magn Reson Med. 64 (1), 194-202 (2010).
- Brundel, M., et al. High prevalence of cerebral microbleeds at 7Tesla MRI in patients with early Alzheimer’s disease. J Alzheimers Dis. 31 (2), 259-263 (2012).
- Kuijf, H. J., et al. Detecting cortical cerebral microinfarcts in 7.0 T MR images. IEEE International Symposium on Biomedical Imaging. , 982-985 (2013).
