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Médecine

7.0テスラにおける多発性硬化症の磁気共鳴画像

Published: February 19, 2021
doi:
10.3791/62142
, , , , , , , , , ,
1Berlin Ultrahigh Field Facility (B.U.F.F.),Max Delbrück Center for Molecular Medicine in the Helmholtz Association, 2Experimental and Clinical Research Center,Max Delbrueck Center for Molecular Medicine and Charité – Universitätsmedizin Berlin, corporate member of Freie Universität Berlin, Humboldt-Universität zu Berlin, and Berlin Institute of Health, 3NeuroCure Clinical Research Center,Charité – Universitätsmedizin Berlin, corporate member of Freie Universität Berlin, Humboldt-Universität zu Berlin, and Berlin Institute of Health, 4Department of Neurology,Charité – Universitätsmedizin Berlin, corporate member of Freie Universität Berlin, Humboldt-Universität zu Berlin, and Berlin Institute of Health, 5The Swedish National 7T Facility, Lund University Bioimaging Center,Lund University, 6Department of Radiography,Medical University of Lublin, 7ECOTECH-COMPLEX,Maria Curie-Skłodowska University, 8MRI.TOOLS GmbH, 9Berlin School of Mind and Brain,Humboldt-Universität zu Berlin

Summary

ここでは、7.0テスラで多発性硬化症(MS)患者の脳の磁気共鳴(MR)画像を取得するためのプロトコルを提示する。このプロトコルは、無線周波数コイル、MS患者との標準化されたインタビュー手順、MRスキャナおよびMRデータ取得における被験者の位置を含むセットアップの調製を含む。

Abstract

この記事の全体的な目標は、多発性硬化症(MS)患者における7.0テスラの脳の最先端の超高磁場(UHF)磁気共鳴(MR)プロトコルを実証することです。MSは、慢性炎症性、脱髄性、白及び灰色物質病変を特徴とする神経変性疾患である。1.5 Tおよび3 TでのMRIの使用による空間的および時間的に普及したT2-高強烈病変の検出は、2017年のマクドナルド基準の現在のバージョンに基づいてMSの正確な診断を確立するための臨床現場での重要な診断ツールを表す。しかし、他の起源の脳白質病変からのMS病変の分化は、より低い磁場強度(典型的には3T)での形態に似ているため、時には困難である可能性がある。超高視野MR(UHF-MR)は、信号対雑音比の増加と空間分解能の向上による恩恵を受けており、微妙な病変のより正確で決定的な診断のための優れたイメージングの両方の鍵を受ける。したがって、7.0 TのMRIは、MS特異的な神経イメージングマーカー(例えば、中央静脈サイン、低激しいリム構造およびMS灰色物質病変の分化)を提供することによってMS鑑別診断の課題を克服するための励ましの結果を示している。これらのマーカーおよび他のマーカーは、T1 およびT2 以外の他のMR対比(T2*、相、拡散)によって同定され、神経髄炎のオプタやスサック症候群などの他の神経炎症性状態で起こるものからのMS病変の分化を実質的に改善することができる。本稿では、7.0 TのMS患者における脳白及び灰色物質病変を異なるMR取得方法を用いて研究するための現在の技術的アプローチについて述べている。最新のプロトコルには、UHF-MR用にカスタマイズされた無線周波数コイル、標準化されたスクリーニング、MS患者との安全とインタビュー手順、MRスキャナでの患者の位置決め、MSを検査するために調整された専用の脳スキャンの取得を含むMRセットアップの準備が含まれます。

Introduction

多発性硬化症(MS)は、若年成人において顕著な神経障害を引き起こし、長期障害を引き起こす中枢神経系(CNS)の最も一般的な慢性炎症および脱髄性疾患である1,2。MSの病的特徴は、脳の灰色および白色物質に生じる脱髄病変の蓄積であり、また脳全体において神経変性を拡散させる、正常に現れる白質(NAWM)3、4においても。MS病理は、炎症が疾患5の進行段階の間でさえ、疾患のすべての段階で組織損傷を引き起こすことを示唆している。MSの最初の臨床症状は、一般的に神経学的欠損の可逆的なエピソードを伴い、臨床的に単離症候群(CIS)と呼ばれ、MS6、7を示唆するだけである。明確なCISがない場合、MS診断を行う際には注意が必要です:診断は、長期的な疾患修飾療法のフォローアップと開始によって確認されるべきであり、追加の証拠8を保留する。

磁気共鳴画像法(MRI)は、MSの診断と疾患進行のモニタリング9、10、11に欠かせないツールです。1.5 Tおよび3 Tの磁界強度におけるMRIは現在、スピンスピン緩和時間を重み付け(T2)過重症病変を検出し、2017マクドナルド基準8の現在のバージョンに基づいてMSの正確な診断を確立するための臨床現場で重要な診断ツールを表している。MSの診断基準は、空間と時間における病変の普及を実証し、代替診断8,12を除外する必要性を強調する。対照的に強化されたMRIは、急性疾患および急性炎症8を評価する唯一の方法であるが、潜在的な長期ガドリニウム脳沈着に関する懸念の増大は、重要な診断ツール13、14、17としてのコントラスト適用を潜在的に制限する可能性がある。さらに、他の起源の脳白質病変からのMS病変の分化は、より低い磁場強度での形態に似ているため、時には困難である可能性がある。

MRIは確かにMS患者にとって最良の診断ツールですが、MR検査とプロトコルは、MS患者の診断、予後および監視のために、ヨーロッパ18、19、または北米の多発性硬化症センター(CMSC)コンソーシアムのMSグループ(MAGNIMS)の磁気共鳴画像のガイドラインに従う必要があります。異なる病院や国の最新のガイドラインに従って標準化された品質管理研究も重要です21.

MS診断および疾患進行モニタリングに合わせたMRIプロトコルは、縦方向緩和時間T1によって支配されるコントラストを含む複数のMRIコントラストを含み、スピンスピン緩和時間T2、有効スピンスピン緩和時間T2*、および拡散重み付け画像(DWI)22から構成される。調和の取り組みは、MSのMRIに対するコンセンサスレポートを提供し、サイト23、24、25の間で臨床翻訳とデータ比較を容易にする標準化されたプロトコルに向けて進む。T2-重み画像化は、十分に確立され、しばしば、高強烈な外観26、27を特徴とする白質(WM)病変の同定のための臨床現場で使用される。MS28の重要な診断基準である一方で、WM病変負荷は、病変重症度および基礎的な病態生理学26、27、29に対する特異性の欠如のために、臨床的障害と弱く相関するだけである。この観測は、横方向緩和時間T2 30のパラメトリックマッピングへの探索を引き起こした。T2*重み付けイメージングは、イメージングMSにおいてますます重要になっています。T2*加重MRIにおける中央静脈サインは、MS病変27、31、32、33に対する特異的な画像マーカーであると考えられる。T2*は鉄蒸着34、35に敏感であり、疾患期間、活動および重症度36、37、38に関連する可能性がある。T2*は、軽度の欠損および初期MSの患者における脳組織変化を反映すると報告され、したがって、初期段階39、40で既にMSの発達を評価するツールとなり得る。

MRI技術の改善は、MS患者のCNSの変化をよりよく特定し、MS診断11の精度と速度を向上させるより良いガイドを臨床医に提供することを約束する。超高視野(UHF,B0≥7.0 T)MRIは、より正確かつ決定的な診断41、42のための優れたイメージングの両方の鍵を、高められた空間または時間的解像度に投資することができる信号対雑音比(SNR)の増加の恩恵を受ける。超高磁場43で使用される1H無線周波数の有害な属性である伝送フィールド(B1+)不均一性は、並列送信(pTx)RFコイルを用いたマルチチャネル伝送と、B1+均質性を高め、脳44の均一な被覆を促進するRFパルス設計アプローチの恩恵を受けるであろう。

7.0 T MRIの出現により、病変検出の感受性と特異性の増加、中央静脈サイン同定、レプトメニンゲアル増強、さらには代謝変化に関してもMSなどの脱髄疾患に関するより多くの洞察を得た。MS病変は長い間、静脈および小胞の周りに形成する組織病理学的研究から示されてきた46.病変のペリビヌス分布(中央静脈サイン)は、T2*加重MRI46、47、48、3.0Tまたは1.5 Tで識別することができるが、7.0 T49、50、51、52でUHF-MRIで最もよく識別することができる。中央静脈サイン以外に、7.0TのUHF-MRIは、MS灰色物質病変53、54、55、56の低強烈なリム構造および分化などのMS特異的マーカーを改善または発見した。UHF-MRIによるこれらのマーカーのより良い描写は、スサック症候群53および神経髄炎光学系54のような他の神経炎症状態で起こるものとMS病変を区別する課題のいくつかを克服することを約束する一方で、Balóの同心性硬化症57、57などのMSの他の状態または変異体における一般的な病態遺伝学的メカニズムを同定する。

この記事では、MS病変の検出と分化に関するUHF-MRIの課題と機会を認識し、異なるイメージング技術を使用して7.0 TのMS患者における脳白及び灰色物質病変を研究するための現在の技術的アプローチについて説明します。最新のプロトコルには、UHF-MRに合わせた無線周波(RF)コイル、MS患者との標準化されたスクリーニング、安全性およびインタビュー手順、MRスキャナでの患者の位置決め、MS専用の脳スキャンの取得を含むMRセットアップの準備が含まれます。この記事は、イメージングの専門家、基礎研究者、臨床研究者、翻訳研究者、技術者に、研修生から上級ユーザー、アプリケーションの専門家、MS患者のUHF-MRI分野に至るまで、あらゆるレベルの経験と専門知識を持つ専門家を導くことを目的としており、技術開発と臨床応用を相乗的に結びつける究極の目標です。

Protocol

このプロトコルは、チャリテ大学の倫理委員会によって承認された研究のためのものです – ベルシテ大学メディジンベルリン(承認番号:EA1/222/17、2018/01/08)とチャリテ大学のデータ保護部門とコーポレートガバナンス – ベルリン大学。インフォームド・コンセントは、研究に含まれる前にすべての被験者から得られています。 1. 被験者 注:MS患者の募集は…

Representative Results

再発性MS(RRMS)と診断された26歳の女性は、上記のプロトコルを使用して7.0 Tで検査を受けた(図11)。B1+プロファイルの歪みは、MR画像で観察することができます。これは、より高い共振周波数43に移行する際に予想されます。短い波長は破壊的で建設的な干渉を増加させる 105,<sup clas…

Discussion

ここで提示されるプロトコルは、7.0 T.でMS患者を調べる際に一般的に使用される異なるコントラストを持つ一連のMRI配列を記述し、新興の技術開発と共に、代謝または機能的イメージングにおけるより高度なアプリケーションへの探査の基礎を提供する。

脳病変とは別に、脊髄の病変はしばしば運動、感覚および自律神経機能障害を引き起こすMS患者に影響を与える。し?…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

このプロジェクト(T.N.)は、EUのHorizon 2020研究イノベーションプログラムの下で、欧州連合(EU)のホライゾン2020研究・イノベーションプログラムの下で、一部の743077(ThermalMR)から資金を受け取っています。著者らは、ドイツ・ベルリンのヘルムホルツ協会のマックス・デルブリュック分子医学センター、ベルリン超高野原館(B.U.F.F.)のチームに感謝したいと考えている。スウェーデン国立7T施設、ルンド大学バイオイメージングセンター、ルンド大学、ルンド、スウェーデン、ECOTECH-COMPLEX、マリア・キュリー・スクウォフスカ大学、ルブリン、ポーランド、技術およびその他の支援。

Materials

7T TX/RX 24 Ch Head Coil Nova Medical, Inc., Wilmington, USA NM008-24-7S-013 1-channel circular polarized (CP) transmit (Tx), 24-channel receive (Rx) RF head coil
Magnetom 7T System Siemens Healthineers, Erlangen, Germany MRB1076 7.0 T whole body research scanner
syngoMR B17 Software Siemens Healthineers, Erlangen, Germany B17A image processing software for the Magnetom 7T system
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Waiczies, S., Els, A., Kuchling, J., Markenroth Bloch, K., Pankowska, A., Waiczies, H., Herrmann, C., Chien, C., Finke, C., Paul, F., Niendorf, T. Magnetic Resonance Imaging of Multiple Sclerosis at 7.0 Tesla. J. Vis. Exp. (168), e62142, doi:10.3791/62142 (2021).
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