Her presenterer vi en protokoll for å skaffe magnetisk resonans (MR) bilder av multippel sklerose (MS) pasienthjerner ved 7.0 Tesla. Protokollen inkluderer utarbeidelse av oppsettet, inkludert radiofrekvensspolene, standardiserte intervjuprosedyrer med MS-pasienter, subjektposisjonering i MR-skanneren og MR-datainnsamling.
Det overordnede målet med denne artikkelen er å demonstrere en toppmoderne ultrahøyfelt (UHF) magnetisk resonansprotokoll (MR) av hjernen ved 7,0 Tesla hos pasienter med multippel sklerose (MS). MS er en kronisk inflammatorisk, demyeliniserende, nevrodegenerativ sykdom som er preget av hvite og grå materie lesjoner. Påvisning av romlige og tidsmessigspredte T 2-hyperintense lesjoner ved bruk av MR ved 1,5 T og 3 T representerer et avgjørende diagnostisk verktøy i klinisk praksis for å etablere nøyaktig diagnose av MS basert på den nåværende versjonen av McDonald-kriteriene for 2017. Imidlertid kan differensiering av MS-lesjoner fra hjernehvite materielesjoner av annen opprinnelse noen ganger være utfordrende på grunn av deres ligner morfologi ved lavere magnetiske feltstyrker (vanligvis 3 T). Ultrahigh field MR (UHF-MR) drar nytte av økt signal-til-støy-forhold og forbedret romlig oppløsning, både nøkkelen til overlegen bildebehandling for mer nøyaktige og definitive diagnoser av subtile lesjoner. Derfor har MR ved 7.0 T vist oppmuntrende resultater for å overvinne utfordringene ved MS-differensialdiagnose ved å gi MS-spesifikke neuroimaging markører (f.eks. sentralt veneskilt, hypointense felgstrukturer og differensiering av MS grå materielesjoner). Disse markørene og andre kan identifiseres av andre MR-kontraster annet enn T1 og T2 (T2*, fase, diffusjon) og vesentlig forbedre differensiering av MS-lesjoner fra de som forekommer i andre nevroinflammatoriske forhold som nevromyelittoptikk og Susac syndrom. I denne artikkelen beskriver vi vår nåværende tekniske tilnærming for å studere cerebral hvite og grå materielesjoner hos MS-pasienter ved 7,0 T ved hjelp av forskjellige MR-anskaffelsesmetoder. Den oppdaterte protokollen inkluderer utarbeidelse av MR-oppsettet, inkludert radiofrekvensspolene tilpasset UHF-MR, standardisert screening, sikkerhet og intervjuprosedyrer med MS-pasienter, pasientposisjonering i MR-skanneren og oppkjøp av dedikerte hjerneskanninger skreddersydd for å undersøke MS.
Multippel sklerose (MS) er den vanligste kroniske inflammatoriske og demyeliniserende sykdommen i sentralnervesystemet (CNS) som forårsaker uttalt nevrologisk funksjonshemming hos yngre voksne og fører til langvarig funksjonshemming1,2. Det patologiske kjennetegnet på MS er akkumulering av demyeliniserende lesjoner som forekommer i hjernens grå og hvite materie og også diffus nevrodegenerasjon i hele hjernen, selv i normal utseende hvit materie (NAWM)3,4. MS-patologi antyder at betennelse driver vevsskade i alle stadier av sykdommen, selv i de progressive stadiene av sykdom5. De første kliniske manifestasjonene av MS ledsages ofte av reversible episoder av nevrologiske underskudd og referert til som et klinisk isolert syndrom (CIS), når det bare antyder MS6,7. I mangel av en klar CIS, bør det utvises forsiktighet ved å stille en MS-diagnose: diagnosen bør bekreftes ved oppfølging og initiering av langsiktige sykdomsmodifiserende terapier bør utsettes, i påvente av ytterligere bevis8.
MAGNETISK resonansavbildning (MR) er et uunnværlig verktøy for å diagnostisere MS og overvåke sykdomsprogresjon9,10,11. MR ved magnetiske feltstyrker på 1,5 T og 3 T representerer for tiden et avgjørende diagnostisk verktøy i klinisk praksis for å oppdage spin-spin avslapningstid vektet (T2) hyperintense lesjoner og etablere nøyaktig diagnose av MS basert på den nåværende versjonen av McDonald-kriteriene8 i2017 . Diagnostiske kriterier for MS understreker behovet for å demonstrere formidling av lesjoner i rom og tid, og å utelukke alternative diagnoser8,12. Kontrastforbedret MR er den eneste metoden for å vurdere akutt sykdom og akutt betennelse8,men økende bekymringer angående potensiell langsiktig gadolinium hjerneavsetning kan potensielt begrense kontrastapplikasjonen som et viktig diagnostisk verktøy13,14,17. I tillegg kan differensiering av MS-lesjoner fra hjernehvite materielesjoner av annen opprinnelse noen ganger være utfordrende på grunn av deres ligner morfologi ved lavere magnetiske feltstyrker.
Selv om MR absolutt er det beste diagnostiske verktøyet for MS-pasienter, bør MR-undersøkelser og protokoller følge retningslinjer for Magnetic Resonance Imaging i MS-gruppen (MAGNIMS) i Europa18,19 eller Consortium of Multiple Sclerosis Centers (CMSC) i Nord-Amerika20 for diagnostisering, prognose og overvåking av MS-pasienter. Standardiserte kvalitetskontrollstudier i samsvar med de nyeste retningslinjene på tvers av forskjellige sykehus og land er også avgjørende21.
MR-protokoller skreddersydd for MS-diagnose og overvåking av sykdomsprogresjon består av flere MR-kontraster, inkludert kontrast styrt av den langsgående avslapningstiden T1, spin-spin avslapningstid T2, den effektive spin-spin avslapningstiden T2*, og diffusjon vektet bildebehandling (DWI)22. Harmoniseringsinitiativer ga konsensusrapporter for MR i MS om å bevege seg mot standardiserte protokoller som letter klinisk oversettelse og sammenligning av data på tvers av områder23,24,25. T2-vektetavbildning er veletablert og brukes ofte i klinisk praksis for identifisering av hvite stoffer (WM) lesjoner, som er preget av hyperintens utseende26,27. Mens wm lesjonsbelastningen er et viktig diagnostisk kriterium for MS28, korrelerer den bare svakt med klinisk funksjonshemming, på grunn av manglende spesifisitet for lesjonsgrad og underliggende patofysiologi26,27,29. Denne observasjonen har utløst undersøkelser i parametrisk kartlegging av den tverrgående avslapningstiden T2 30. T2*-vektet bildebehandling har blitt stadig viktigere i bildebehandling MS. Det sentrale veneskiltet i T2* vektet MR anses å være en bestemt bildemarkør for MS-lesjoner27,31,32,33. T2* er følsom for jernavsetning34,35, som kan forholde seg til sykdomsvarighet, aktivitet ogalvorlighetsgrad 36,37,38. T2* ble også rapportert å reflektere hjernevevsendringer hos pasienter med mindre underskudd og tidlig MS, og kan dermed bli et verktøy for å vurdere utviklingen av MS allerede i et tidlig stadium39,40.
Forbedringer i MR-teknologi lover å bedre identifisere endringer i CNS hos MS-pasienter og å gi klinikere en bedre guide for å forbedre nøyaktigheten og hastigheten til en MS-diagnose11. Ultrahøyt felt (UHF, B0≥7,0 T) MR drar nytte av en økning i signal-til-støy-forhold (SNR) som kan investeres i forbedrede romlige eller tidsmessige oppløsninger, begge nøkkelen til overlegen avbildning for mer nøyaktige og definitive diagnoser41,42. Overføringsfelt (B1+) inhomogeneiteter som er en negativ egenskap av 1H-radiofrekvensen som brukes ved ultrahøye magnetfelt43, vil dra nytte av flerkanalsoverføring ved hjelp av parallell overføring (pTx) RF-spoler og RF-pulsdesigntilnærminger som forbedrer B1+ homogenitet og dermed letter jevn dekning av hjernen44.
Med ankomsten av 7.0 T MR, har vi oppnådd mer innsikt i demyeliniserende sykdommer som MS med hensyn til økt følsomhet og spesifisitet av lesjonsdeteksjon, sentral veneskiltidentifikasjon, leptomeningeal forbedring, og til og med med hensyn til metabolske endringer45. MS lesjoner har lenge blitt vist fra histopatologiske studier for å danne rundt årer og venules46. Den perivenøse fordelingen av lesjoner (sentralt veneskilt) kan identifiseres med T2* vektet MR46,47,48 ved 3,0 T eller 1,5 T, men kan best identifiseres med UHF-MR ved 7,0 T49,50,51,52. Bortsett fra det sentrale veneskiltet, har UHF-MR ved 7,0 T forbedret eller avdekket MS-spesifikke markører som hypointense felgstrukturer og differensiering av MS grå materielesjoner53,54,55,56. En bedre avgrensning av disse markørene med UHF-MR lover å overvinne noen av utfordringene med å differensiere MS-lesjoner fra de som forekommer i andre nevroinflammatoriske forhold som Susac syndrom53 og neuromyelitt optica54, samtidig som de identifiserer vanlige patogenetiske mekanismer under andre forhold eller varianter av MS som Balós konsentriske sklerose57,58.
Denne artikkelen beskriver vår nåværende tekniske tilnærming for å studere cerebral hvite og grå materielesjoner hos MS-pasienter ved 7,0 T ved hjelp av ulike avbildningsteknikker. Den oppdaterte protokollen inkluderer utarbeidelse av MR-oppsettet, inkludert radiofrekvensspolene (RF) skreddersydd for UHF-MR, standardisert screening, sikkerhet og intervjuprosedyrer med MS-pasienter, pasientposisjonering i MR-skanneren og oppkjøp av hjerneskanning dedikert til MS. Artikkelen er ment å veilede bildeeksperter, grunnleggende forskere, kliniske forskere, translasjonsforskere og teknologer med alle nivåer av erfaring og kompetanse som spenner fra traineer til avanserte brukere og applikasjonseksperter innen UHF-MR hos MS-pasienter, med det endelige målet om synergistisk tilkobling av teknologiutvikling og klinisk anvendelse på tvers av disiplinære domener.
Protokollen som presenteres her beskriver en rekke MR-sekvenser med forskjellige kontraster som vanligvis brukes ved undersøkelse av MS-pasienter ved 7.0 T. Sammen med den fremvoksende teknologiske utviklingen gir de grunnlag for undersøkelser i mer avanserte applikasjoner innen metabolsk eller funksjonell avbildning.
Bortsett fra hjerneskader, påvirker lesjoner i ryggmargen ofte MS-pasienter som forårsaker motorisk, sensorisk og autonom dysfunksjon. Men spinalmargsavbildning, spesielt ved…
The authors have nothing to disclose.
Dette prosjektet (T.N.) har blant annet fått støtte fra Det europeiske forskningsrådet (ERC) under EUs forsknings- og innovasjonsprogram Horizon 2020 under tilskuddsavtale No 743077 (ThermalMR). Forfatterne ønsker å takke lagene ved Berlin Ultrahigh Field Facility (B.U.F.F.F.), Max Delbrueck Center for Molecular Medicine i Helmholtz Association, Berlin, Tyskland; ved Det svenske nasjonale 7T-anlegget, Lund universitets bioimaging Center, Lunds universitet, Lund, Sverige og ved ECOTECH-KOMPLEKSET, Maria Curie-Skłodowska University, Lublin, Polen for teknisk og annen hjelp.
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 |