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Medicina

Resonancia magnética de la esclerosis múltiple a 7.0 Tesla

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

Aquí, presentamos un protocolo para adquirir imágenes de resonancia magnética (RM) de cerebros de pacientes con esclerosis múltiple (EM) a 7.0 Tesla. El protocolo incluye la preparación de la configuración, incluidas las bobinas de radiofrecuencia, los procedimientos de entrevista estandarizados con pacientes con EM, el posicionamiento del sujeto en el escáner de RM y la adquisición de datos de RM.

Abstract

El objetivo general de este artículo es demostrar un protocolo de resonancia magnética (MR) de campo ultra alto (UHF) de última generación del cerebro a 7.0 Tesla en pacientes con esclerosis múltiple (EM). La EM es una enfermedad inflamatoria crónica, desmielinizante y neurodegenerativa que se caracteriza por lesiones de materia blanca y gris. La detección de lesiones T2-hiperintensas diseminadas espacial y temporalmente mediante el uso de RM a 1,5 T y 3 T representa una herramienta diagnóstica crucial en la práctica clínica para establecer un diagnóstico preciso de la EM basado en la versión actual de los criterios de McDonald de 2017. Sin embargo, la diferenciación de las lesiones de EM de las lesiones de la sustancia blanca cerebral de otros orígenes a veces puede ser un desafío debido a su morfología similar a intensidades de campo magnético más bajas (típicamente 3 T). La RM de campo ultra alto (UHF-MR) se beneficia de una mayor relación señal-ruido y una resolución espacial mejorada, ambas clave para obtener imágenes superiores para diagnósticos más precisos y definitivos de lesiones sutiles. Por lo tanto, la resonancia magnética a 7.0 T ha mostrado resultados alentadores para superar los desafíos del diagnóstico diferencial de EM al proporcionar marcadores de neuroimagen específicos de EM (por ejemplo, signo venoso central, estructuras de borde hipensenso y diferenciación de lesiones de materia gris de EM). Estos marcadores y otros pueden ser identificados por otros contrastes de RM distintos de T1 y T2 (T2*,fase, difusión) y mejorar sustancialmente la diferenciación de las lesiones de EM de las que ocurren en otras afecciones neuroinflamatorias como la neuromielitis óptica y el síndrome de Susac. En este artículo, describimos nuestro enfoque técnico actual para estudiar las lesiones cerebrales de materia blanca y gris en pacientes con EM a 7.0 T utilizando diferentes métodos de adquisición de RM. El protocolo actualizado incluye la preparación de la configuración de RM, incluidas las bobinas de radiofrecuencia personalizadas para UHF-MR, procedimientos estandarizados de detección, seguridad y entrevista con pacientes con EM, posicionamiento del paciente en el escáner de RM y adquisición de escáneres cerebrales dedicados adaptados para examinar la EM.

Introduction

La esclerosis múltiple (EM) es la enfermedad inflamatoria y desmielinizante crónica más común del sistema nervioso central (SNC) que causa una discapacidad neurológica pronunciada en adultos más jóvenes y conduce a una discapacidad a largo plazo1,2. El sello patológico de la EM es la acumulación de lesiones desmielinizantes que se producen en la materia gris y blanca del cerebro y también la neurodegeneración difusa en todo el cerebro, incluso en la materia blanca de apariencia normal (NAWM)3,4. La patología de la EM sugiere que la inflamación impulsa la lesión tisular en todas las etapas de la enfermedad, incluso durante las etapas progresivas de la enfermedad5. Las primeras manifestaciones clínicas de la EM suelen ir acompañadas de episodios reversibles de déficits neurológicos y se denominan síndrome clínicamente aislado (CIS), cuando sólo sugieren EM6,7. En ausencia de un CIS claro, se debe tener precaución al hacer un diagnóstico de EM: el diagnóstico debe confirmarse mediante el seguimiento y el inicio de terapias modificadores de la enfermedad a largo plazo debe posponerse, a la espera de evidencia adicional8.

La resonancia magnética (RM) es una herramienta indispensable en el diagnóstico de la EM y el seguimiento de la progresión de la enfermedad9,10,11. La resonancia magnética a intensidades de campo magnético de 1,5 T y 3 T representa actualmente una herramienta diagnóstica crucial en la práctica clínica para detectar lesiones hiperinsensas ponderadas en tiempo de relajación espín-giro (T2)y establecer un diagnóstico preciso de la EM basado en la versión actual de los criterios McDonald 20178. Los criterios diagnósticos para la EM enfatizan la necesidad de demostrar la diseminación de lesiones en el espacio y el tiempo, y de excluir diagnósticos alternativos8,12. La resonancia magnética con contraste mejorado es el único método para evaluar la enfermedad aguda y la inflamación aguda8,pero las crecientes preocupaciones con respecto a la posible deposición cerebral de gadolinio a largo plazo podrían restringir la aplicación del contraste como una herramienta de diagnóstico importante13,14,17. Además, la diferenciación de las lesiones de EM de las lesiones de la sustancia blanca cerebral de otros orígenes a veces puede ser un desafío debido a su morfología similar a intensidades de campo magnético más bajas.

Si bien la RM es sin duda la mejor herramienta diagnóstica para los pacientes con EM, los exámenes y protocolos de RM deben seguir las directrices del grupo de Resonancia Magnética en EM (MAGNIMS) en Europa18,19 o del Consorcio de Centros de Esclerosis Múltiple (CMSC) en América del Norte20 para el diagnóstico, pronóstico y seguimiento de los pacientes con EM. Los estudios estandarizados de control de calidad de acuerdo con las últimas directrices en diferentes hospitales y países también son cruciales21.

Los protocolos de RESONANCIA magnética adaptados para el diagnóstico de EM y el monitoreo de la progresión de la enfermedad comprenden múltiples contrastes de resonancia magnética, incluido el contraste gobernado por el tiempo de relajación longitudinal T1,el tiempo de relajación espín-giro T2, el tiempo efectivo de relajación espín-giro T2* y la imagen ponderada por difusión (DWI)22. Las iniciativas de armonización proporcionaron informes de consenso para la resonancia magnética en la EM para avanzar hacia protocolos estandarizados que faciliten la traducción clínica y la comparación de datos entre los sitios23,24,25. La imagen ponderada en T2está bien establecida y se utiliza con frecuencia en la práctica clínica para la identificación de lesiones de materia blanca (WM), que se caracterizan por una apariencia hiperintesa26,27. Si bien es un criterio diagnóstico importante para la EM28,la carga de la lesión WM se correlaciona solo débilmente con la discapacidad clínica, debido a su falta de especificidad para la gravedad de la lesión y la fisiopatología subyacente26,27,29. Esta observación ha desencadenado exploraciones en el mapeo paramétrico del tiempo de relajación transversal T2 30. Las imágenes ponderadas en T2* se han vuelto cada vez más importantes en la obtención de imágenes de EM. El signo venoso central en la RM ponderada T2*se considera un marcador de imagen específico para las lesiones de EM27,31,32,33. T2* es sensible a la deposición de hierro34,35, que puede relacionarse con la duración, la actividad y la gravedad de la enfermedad36,37,38. También se informó que T2* refleja los cambios en el tejido cerebral en pacientes con déficits menores y EM temprana, y por lo tanto puede convertirse en una herramienta para evaluar el desarrollo de EM ya en una etapa temprana39,40.

Las mejoras en la tecnología de resonancia magnética prometen identificar mejor los cambios en el SNC de los pacientes con EM y proporcionar a los médicos una mejor guía para mejorar la precisión y la velocidad de un diagnóstico de EM11. La resonancia magnética de campo ultra alto (UHF, B0≥7.0 T) se beneficia de un aumento en la relación señal-ruido (SNR) que se puede invertir en resoluciones espaciales o temporales mejoradas, ambas clave para obtener imágenes superiores para diagnósticos más precisos y definitivos41,42. El campo de transmisión(B1+)inhomogeneidades que son un atributo adverso de la radiofrecuencia 1H utilizada en campos magnéticos ultra altos43 se beneficiaría de la transmisión multicanal utilizando bobinas de RF de transmisión paralela (pTx) y enfoques de diseño de pulsos de RF que mejoren la homogeneidad de B1+ y faciliten así una cobertura uniforme del cerebro44.

Con el advenimiento de la resonancia magnética 7.0, hemos logrado una mayor comprensión de las enfermedades desmielinizantes como la EM con respecto al aumento de la sensibilidad y la especificidad de la detección de lesiones, la identificación del signo venoso central, la mejora leptomeningeal e incluso con respecto a los cambiosmetabólicos 45. Las lesiones de EM se han demostrado durante mucho tiempo a partir de estudios histopatológicos que se forman alrededor de venas y vénulas46. La distribución perúnica de las lesiones (signo venoso central) se puede identificar con T2*RM ponderada46,47,48 a 3,0 T o 1,5 T, pero se puede identificar mejor con UHF-RM a 7,0 T49,50,51,52. Aparte del signo venoso central, la UHF-MRI a 7.0 T ha mejorado o descubierto marcadores específicos de MS, como las estructuras del borde hipointenso y la diferenciación de las lesiones de materia gris de MS53,54,55,56. Una mejor delineación de estos marcadores con UHF-MRI promete superar algunos de los desafíos de diferenciar las lesiones de EM de las que ocurren en otras afecciones neuroinflamatorias como el síndrome de Susac53 y la neuromielitis óptica54,al tiempo que identifica mecanismos patogénicos comunes en otras afecciones o variantes de em como la esclerosis concéntrica de Baló57,58.

Reconociendo los desafíos y oportunidades de UHF-MRI para la detección y diferenciación de lesiones de EM, este artículo describe nuestro enfoque técnico actual para estudiar las lesiones cerebrales de materia blanca y gris en pacientes con EM a 7.0 T utilizando diferentes técnicas de imagen. El protocolo actualizado incluye la preparación de la configuración de RM, incluidas las bobinas de radiofrecuencia (RF) adaptadas a la UHF-MR, procedimientos estandarizados de detección, seguridad y entrevista con pacientes con EM, posicionamiento del paciente en el escáner de RM y adquisición de escáneres cerebrales dedicados a la EM. El artículo está destinado a guiar a expertos en imágenes, investigadores básicos, científicos clínicos, investigadores traslacionales y tecnólogos con todos los niveles de experiencia y conocimientos que van desde aprendices hasta usuarios avanzados y expertos en aplicaciones en el campo de UHF-MRI en pacientes con EM, con el objetivo final de conectar sinérgicamente el desarrollo de tecnología y la aplicación clínica en todos los dominios disciplinarios.

Protocol

Este protocolo es para estudios aprobados por el comité de ética de la Charité – Universitätsmedizin Berlin (número de aprobación: EA1/222/17, 2018/01/08) y la División de Protección de Datos y Gobierno Corporativo de la Charité – Universitätsmedizin Berlin. Se ha obtenido el consentimiento informado de todos los sujetos antes de ser incluidos en el estudio. 1. Asignaturas NOTA: El reclutamiento de pacientes con EM generalmente se lleva a cabo en pocos días…

Representative Results

Una mujer de 26 años diagnosticada con EM remitente recurrente (EMRR) fue examinada a 7,0 T utilizando los protocolos anteriores(Figura 11). Algunas distorsiones en el perfil B1+ se pueden observar en las imágenes MR. Esto se anticipa cuando se pasa a frecuencias de resonancia más altas43; las longitudes de onda más cortas aumentan las interferencias destructivas y constructivas105</…

Discussion

El protocolo presentado aquí describe una serie de secuencias de resonancia magnética con diferentes contrastes que se utilizan típicamente cuando se examina a pacientes con EM a 7.0 T. Junto con los desarrollos tecnológicos emergentes, proporcionan la base para exploraciones en aplicaciones más avanzadas en imágenes metabólicas o funcionales.

Aparte de las lesiones cerebrales, las lesiones en la médula espinal con frecuencia afectan a los pacientes con EM causando disfunción motora, …

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este proyecto (T.N.) ha recibido financiación en parte del Consejo Europeo de Investigación (ERC) en el marco del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea en virtud del acuerdo de subvención n.º 743077 (ThermalMR). Los autores desean agradecer a los equipos de berlin Ultrahigh Field Facility (B.U.F.F.), Max Delbrueck Center for Molecular Medicine en la Helmholtz Association, Berlín, Alemania; en the Swedish National 7T Facility, Lund University Bioimaging Center, Lund University, Lund, Suecia y en el ECOTECH-COMPLEX, Maria Curie-Skłodowska University, Lublin, Polonia para asistencia técnica y de otro tipo.

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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