Bedöma kortikala Cerebral Microinfarcts på högupplöst MR Images
Summary
En hög upplösning ex vivo 7T MR-protokollet presenteras, att utföra MR-guidad histopatologisk validering av mikrovaskulär patologi i obduktion mänsklig hjärnvävnad. Dessutom finns riktlinjer för bedömning av kortikala microinfarcts på in vivo 7T liksom 3T MR-bilder.
Abstract
Cerebrala microinfarcts är vanliga fynd i obduktions mänskliga hjärnan, och är relaterade till kognitiv nedsättning och demens. På grund av sina små storlekar är det svårt att studera dem på kliniska magnettomografi. Det har nyligen visats att kortikala microinfarcts kan beskrivas med MRI scanners använder höga magnetfältstyrkor (7T). Baserat på denna erfarenhet är också synlig på lägre upplösning 3T MR en del av dessa skador. Dessa fynd bekräftades med ex vivo-avbildning av post-mortem human hjärnvävnad, åtföljd av histopatologiska verifiering av möjliga kortikala microinfarcts.
Här en ex vivo imaging protokollet presenteras, i syfte att validera MR observerade cerebral mikrovaskulär patologi med histologisk utvärdering. Dessutom finns riktlinjer för bedömning av kortikala microinfarcts på båda in vivo 7T och 3T MR-bilder. Dessa riktlinjer ger forskare wed ett verktyg för att sätta betyg på kortikala microinfarcts på in vivo bilder av större patientprover, för att ytterligare reda ut sin kliniska relevansen i kognitiv svikt och demens, och etablera dessa skador som en ny biomarkör av cerebral liten kärlsjukdom.
Introduction
Tillämpningen av ultrahög fält 7 Tesla (T) MR i patientstudier snabbt framåt ett. Denna uppsats presenterar en representativ tillämpning av 7T MR i samband med cerebrovaskulär sjukdom i den åldrande mänskliga hjärnan. Cerebrovaskulär sjukdom är en viktig orsak till cognitive nedgång och demens. Denna vaskulära bidrag till demens innebär ofta de små blodkärlen i hjärnan, såsom arterioler, små vener och kapillärer. Därför är det kallas cerebral liten kärlsjukdom (SVD) 2. Eftersom cerebrala små fartyg är för små för att fånga med konventionell MRI, endast konsekvenserna av SVD – det vill säga, den resulterande vävnadsskada – kan visualiseras. Detta inkluderar vita substansen hyperintensities, cerebrala microbleeds och lakunära infarkter 3.
Andra viktiga manifestationer av SVD är cerebrala microinfarcts (CMIS) 4. Obduktions studier rapporterar hög förekomst av CMIS i Vascular demens och Alzheimers sjukdom 5. Men på grund av deras små storlekar (från 50 um till några mm) de undgår upptäckt på konventionell MRI 4,5. 7T MRI ger bilder med förbättrad signal-brus-förhållande och kontrast, vilket gör det möjligt att upptäcka vissa strukturer och lesioner utanför detektionsgränsen för konventionell MRI högupplösta. Denna teknik därför används för att påvisa CMIS. För att identifiera möjliga CMIS många in vivo 7T MRT tidigare screenades för lesioner med storlekar <5 mm och avbildningsegenskaper som överensstämmer med ischemiska egenskaper. Sådana skador kan tillförlitligt identifieras i cortex. Dessa fokala avlånga lesioner var hyper på 7T FLAIR (0,8 mm isotropisk voxlar), begränsas till hjärnbarken och tycktes sträcker sig från den kortikala ytan, hyper på T2 (0,7 mm isotropa voxlar), och hypointense på T1 (1,0 mm isotropa voxlar). Det bekräftades att dessa lesioner var kortikala CMIS med användning av enMR-guidad histopatologisk strategi obduktion mänsklig hjärnvävnad 6,7.
Här är ex vivo MRI Protokollet presenteras som användes i tidigare studier för histopatologiska validering av kortikala CMIS. För det andra är riktlinjer för bedömning av kortikala CMIS på in vivo 7T MRI. Slutligen har bedömningen av kortikala CMIS på 7T översatts till mer allmänt tillgänglig 3T MRT, och riktlinjer ges hur man identifierar kortikala CMIS på 3T MR.
Protocol
Representative Results
Discussion
CMIS har uppmärksammats allt mer under de senaste åren. En växande mängd bevis som härrör från obduktions studier har identifierat CMIS som viktiga bidragsgivare till åldersrelaterade cognitive nedgång och demens 4,5. CMIS är nu upptäckas på 7T och även 3T MR. Optimering och standardisering av protokoll för dessa skador bedömning kommer att stödja ett snabbt genomförande av robusta och giltig CMI detektering i kohortstudier över hela världen. Detta kommer att möjliggöra en utbredd utvärd…
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).
