7.0特斯拉多发性硬化症的磁共振成像

Summary

在这里，我们提出了一种方案，用于在7.0特斯拉下获取多发性硬化症（MS）患者大脑的磁共振（MR）图像。该协议包括设置的准备，包括射频线圈，与MS患者的标准化访谈程序，MR扫描仪中的受试者定位和MR数据采集。

Abstract

本文的总体目标是在多发性硬化症（MS）患者中以7.0特斯拉的速度展示最先进的超高场（UHF）磁共振（MR）方案。MS是一种慢性炎症性，脱髓鞘性，神经退行性疾病，其特征在于白色和灰质病变。通过使用_1.5T和3 T的MRI检测空间和时间播散的T 2 – 高信号病变是临床实践中根据当前版本的2017年McDonald标准建立MS准确诊断的关键诊断工具。然而，MS病变与其他来源的脑白质病变的区分有时可能具有挑战性，因为它们在较低的磁场强度（通常为3 T）下具有相似的形态。超高场磁共振 （UHF-MR） 受益于信噪比的提高和空间分辨率的增强，这两者都是卓越成像的关键，从而更准确、更明确地诊断细微病变。因此，7.0 T 的 MRI 显示，通过提供 MS 特异性神经影像学标志物（例如，中央静脉体征、发丝边缘结构和 MS 灰质病变的分化），在克服 MS 鉴别诊断的挑战方面取得了令人鼓舞的结果。这些标志物和其他标志物可以通过T₁ 和T_{2（T 2}*，相位，扩散）以外的其他MR造影剂来识别，并显着改善MS病变与其他神经炎症性疾病（如视神经脊髓炎和Susac综合征）中发生的MS病变的鉴别。在本文中，我们描述了我们目前使用不同的MR获取方法研究7.0 T的MS患者脑白质和灰质病变的技术方法。最新的协议包括MR设置的准备，包括为UHF-MR定制的射频线圈，标准化筛选，MS患者的安全和访谈程序，患者在MR扫描仪中的定位以及获取为检查MS量身定制的专用脑部扫描。

Introduction

多发性硬化症（MS）是中枢神经系统（CNS）最常见的慢性炎症和脱髓鞘疾病，可导致年轻人明显的神经功能障碍，并导致长期残疾^1，2。MS的病理标志是脑灰质和白质中发生的脱髓鞘病变的积累，以及整个大脑中的弥漫性神经变性，即使在正常出现的白质（NAWM）^{中也是如此3，4。}MS病理学表明，炎症在疾病的所有阶段驱动组织损伤，即使在疾病的进展阶段⁵。MS的最初临床表现通常伴有可逆的神经功能障碍发作，并被称为临床孤立综合征（CIS），当仅提示MS^6，7时。在没有明确的CIS的情况下，在进行MS诊断时应谨慎行事：应通过随访确认诊断，并应推迟开始长期疾病改善治疗，等待其他证据^8。

磁共振成像（MRI）是诊断MS和监测疾病进展^9，10，11不可或缺的工具。磁场强度为1.5 T和3 T的MRI目前是临床实践中检测自旋自旋弛豫时间加权（T_2）超潜病变并根据当前版本的2017 McDonald标准⁸建立MS准确诊断的关键诊断工具。MS的诊断标准强调需要证明病变在空间和时间上的播散，并排除替代诊断^8，12。造影剂增强MRI是评估急性疾病和急性炎症的唯一方法^8，但对潜在的长期钆脑沉积的日益关注可能会限制造影剂作为重要诊断工具的应用13，14，17。此外，MS病变与其他来源的脑白质病变的区分有时可能具有挑战性，因为它们在较低的磁场强度下具有相似的形态。

虽然MRI肯定是MS患者的最佳诊断工具，但MR检查和方案应遵循欧洲^18，19的MS组磁共振成像（MAGNIMS）或北美²⁰的多发性硬化症中心联盟（CMSC）的指南，用于MS患者的诊断，预后和监测。根据不同医院和国家的最新指南进行标准化的质量控制研究也至关重要²¹.

为MS诊断和疾病进展监测量身定制的MRI方案包括多种MRI对比，包括由纵向弛豫时间_T1，自旋自旋弛豫时间_T2，有效自旋自旋弛豫时间_T2*和弥散加权成像（DWI）22控制的对比度。协调计划为MS中的MRI提供了共识报告，以朝着标准化方案迈进，促进临床翻译和跨站点数据的比较23，24，25。T₂加权成像是公认的，并且经常用于临床实践中用于识别白质（WM）病变，其特征在于高信号外观26，27。虽然是MS²⁸的重要诊断标准，但WM病变负荷仅与临床残疾的相关性较弱，因为它缺乏对病变严重程度和潜在病理生理学的特异性26，27，29。这一观察结果引发了对横向弛豫时间T₂ ³⁰的参数映射的探索。T₂*加权成像在MS成像中变得越来越重要。T₂*加权MRI中的中心静脉征被认为是MS病变的特异性成像标志物27，31，32，33。T_2*对铁沉积^34，35敏感，这可能与疾病持续时间，活动和严重程度^有关36，37，38。据报道，T₂*还反映了患有轻微缺陷和早期MS的患者的脑组织变化，因此可能成为评估MS发展的工具，已经在早期阶段39，40。

MRI技术的改进有望更好地识别MS患者的CNS变化，并为临床医生提供更好的指导，以提高MS诊断的准确性和速度¹¹。超高场（UHF，B₀≥7.0 T）MRI受益于信噪比（SNR）的增加，可以投资于增强的空间或时间分辨率，这两者都是卓越成像的关键，以获得更准确和明确的诊断41，42。传输场（B₁^+）不均匀性是超高磁场⁴³下使用的¹H射频的不利属性，将受益于使用并行发射（pTx）RF线圈和RF脉冲设计方法的多通道传输，这些方法增强了B₁⁺均匀性，从而促进了大脑⁴⁴的均匀覆盖。

随着7.0 T MRI的出现，我们对脱髓鞘疾病（如MS）有了更多的了解，增加了病变检测的敏感性和特异性，中心静脉体征识别，软脑膜增强，甚至代谢变化⁴⁵。MS病变早已从组织病理学研究显示为在静脉和静脉周围形成⁴⁶。病变的周分布（中心静脉征兆）可以用T₂*加权MRI^46，47，48在^3.0 T或1.5 T处识别，但可以通过7.0 T 49，50，51，52的UHF-MRI来识别。除中央静脉征外，7.0 T处的UHF-MRI改善或发现了MS特异性标志物，例如HYPOINTENSE边缘结构和MS灰质病变的分化53，54，55，56。用UHF-MRI更好地描绘这些标志物有望克服将MS病变与其他神经炎症性疾病（如Susac综合征⁵³和视神经脊髓炎^54）中发生的病变区分开来的一些挑战，同时还可以确定其他病症或MS变体中的常见致病机制，例如Baló的同心硬化症57，58。

认识到UHF-MRI在检测和鉴别MS病变方面的挑战和机遇，本文介绍了我们目前使用不同成像技术研究7.0 T时MS患者脑白质和灰质病变的技术方法。最新的协议包括MR设置的准备，包括为UHF-MR量身定制的射频（RF）线圈，标准化的筛选，安全性和MS患者的访谈程序，患者在MR扫描仪中的定位以及获取专用于MS的脑部扫描。本文旨在指导成像专家、基础研究人员、临床科学家、转化研究人员和技术人员，他们拥有从学员到高级用户和应用专家的各种经验和专业知识，进入MS患者的UHF-MRI领域，最终目标是跨学科领域协同连接技术开发和临床应用。

Protocol

该协议适用于由柏林慈善大学伦理委员会（批准号：EA1/222/17，2018/01/08）和柏林慈善大学数据保护部和公司治理批准的研究。在纳入研究之前，已获得所有受试者的知情同意。 1. 主题 注意：MS患者的招募通常在MR检查前几天至几周内进行，温度为7.0 T。 由门诊的神经科医生根据纳入标准（取决于神经免疫学问题）和排除标准（包括例如植入式医疗?…

Representative Results

一名26岁的女性被诊断患有复发性缓解性MS（RRMS），使用上述方案在7.0 T时进行检查（图11）。在MR图像中可以观察到B1+轮廓中的一些失真。当移动到更高的共振频率43时，这是预期的;较短的波长增加了破坏性和建设性干扰105，106。为了获取MR图像（图…

Discussion

这里介绍的方案描述了一系列具有不同对比度的MRI序列，这些序列通常用于检查7.0 T的MS患者，与新兴技术发展一起，它们为探索代谢或功能成像中更高级的应用提供了基础。

除脑部病变外，脊髓病变还经常影响MS患者，导致运动，感觉和自主神经功能障碍。然而，脊髓成像，特别是在7.0 T时，在技术上具有挑战性¹¹³。并行传输和并行成像的进一步发展需要克…

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