Här presenterar vi ett protokoll för att förvärva magnetisk resonans (MR) bilder av multipel skleros (MS) patienthjärnor vid 7,0 Tesla. Protokollet omfattar förberedelse av installationen inklusive radiofrekvensspolar, standardiserade intervjuprocedurer med MS-patienter, ämnespositionering i MR-skannern och MR-datainsamling.
Det övergripande målet med denna artikel är att demonstrera ett toppmodernt ultrahögt fält (UHF) magnetisk resonans (MR) protokoll av hjärnan vid 7,0 Tesla i multipel skleros (MS) patienter. MS är en kronisk inflammatorisk, demyelinerande, neurodegenerativ sjukdom som kännetecknas av vita och grå materiaskador. Detektion av rumsligt ochtidsmässigt spridas T 2-hyperintense organskador genom användning av MRI vid 1,5 T och 3 T representerar ett avgörande diagnostiskt verktyg i klinisk praxis för att fastställa korrekt diagnos av MS baserat på den nuvarande versionen av 2017 McDonald kriterier. Differentieringen av MS-skador från hjärnan vit fråga organskador av andra ursprung kan dock ibland vara utmanande på grund av att de liknar morfologi vid lägre magnetfält styrkor (vanligtvis 3 T). Ultrahigh field MR (UHF-MR) drar nytta av ökat signal-till-brus-förhållande och förbättrad rumslig upplösning, både nyckeln till överlägsen bildbehandling för mer exakta och slutgiltiga diagnoser av subtila skador. Mri vid 7,0 T har därför visat uppmuntrande resultat för att övervinna utmaningarna med MS differentialdiagnos genom att tillhandahålla MS-specifika neuroimaging markörer (t.ex. centrala ven tecken, hypointense rim strukturer och differentiering av MS grå fråga skador). Dessa markörer och andra kan identifieras av andra MR kontraster än T1 och T2 (T2*, fas, diffusion) och avsevärt förbättra differentieringen av MS organskador från de som förekommer i andra neuroinflammatoriska villkor såsom neuromyelit optica och Susac syndrom. I den här artikeln beskriver vi vår nuvarande tekniska strategi för att studera cerebrala vit och grå fråga skador hos MS patienter vid 7,0 T med olika MR förvärvsmetoder. Det uppdaterade protokollet omfattar utarbetande av MR-installationen, inklusive radiofrekvensspolar anpassade för UHF-MR, standardiserade screening-, säkerhets- och intervjuprocedurer med MS-patienter, patientpositionering i MR-skannern och förvärv av dedikerade hjärnskanningar skräddarsydda för att undersöka MS.
Multipel skleros (MS) är den vanligaste kroniska inflammatoriska och demyelinerande sjukdomen i centrala nervsystemet (CNS) som orsakar uttalad neurologisk funktionsnedsättning hos yngre vuxna och leder till långvarig funktionsnedsättning1,2. Det patologiska kännetecknet för MS är ackumulering av demyelinerande lesioner som förekommer i hjärnans grå och vita materia och även diffus neurodegeneration i hela hjärnan, även i normal-utseende vit materia (NAWM)3,4. MS patologi tyder på att inflammation driver vävnadsskada i alla stadier av sjukdomen, även under de progressiva stadierna av sjukdom5. De första kliniska manifestationerna av MS åtföljs ofta av reversibla episoder av neurologiska underskott och kallas ett kliniskt isolerat syndrom (CIS), när endast suggestiva ms6,7. I avsaknad av en tydlig CIS bör försiktighet iakttas vid diagnos av MS: diagnosen bör bekräftas genom uppföljning och inledande av långtidsbehandling av sjukdomsmodifierande sjukdomar bör skjutas upp i avvaktan på ytterligare bevis8.
Magnetisk resonanstomografi (MRI) är ett oumbärligt verktyg för att diagnostisera MS och övervaka sjukdomsprogression9,10,11. MRI vid magnetiska fältstyrkor på 1,5 T och 3 T representerar för närvarande ett viktigt diagnostiskt verktyg i klinisk praxis för att upptäcka spin-spin avslappningstid viktade (T2) hyperintense lesioner och upprätta korrekt diagnos av MS baserat på den nuvarande versionen av 2017 McDonald kriterier8. Diagnostiska kriterier för MS betonar behovet av att visa spridning av skador i tid och rum och att utesluta alternativa diagnoser8,12. Kontrastförstärkt MRT är den enda metoden för att bedöma akut sjukdom och akut inflammation8men ökande oro för potentiell långsiktig gadolinium hjärndeposition kan potentiellt begränsa kontrastapplikationen som ett viktigt diagnostiskt verktyg13,14,17. Dessutom kan differentiering av MS organskador från hjärnan vit fråga organskador av andra ursprung ibland vara utmanande på grund av att deras liknar morfologi vid lägre magnetfält styrkor.
Medan MRI verkligen är det bästa diagnostiska verktyget för MS-patienter, bör MR-undersökningar och protokoll följa riktlinjerna för Magnetic Resonance Imaging in MS group (MAGNIMS) i Europa18,19 eller Consortium of Multiple Sclerosis Centers (CMSC) i Nordamerika20 för diagnos, prognos och övervakning av MS-patienter. Standardiserade kvalitetskontroller i enlighet med de senaste riktlinjerna för olika sjukhus och länder är också avgörande21.
MRT-protokoll skräddarsydda för MS-diagnos och sjukdomsprogressionsövervakning består av flera MRT-kontraster, inklusive kontrast som styrs av den longitudinella avslappningstiden T1,spin-spin avslappningstiden T2, den effektiva spin-spin avslappningstiden T2*och diffusionsviktad avbildning (DWI)22. Harmoniseringsinitiativ gav konsensusrapporter för MRI i MS för att gå mot standardiserade protokoll som underlättar klinisk översättning och jämförelse av data på platser23,24,25. T2-viktadavbildning är väl etablerad och används ofta i klinisk praxis för identifiering av vitsubstans (WM) lesioner, som kännetecknas av hyperintense utseende26,27. Även om det är ett viktigt diagnostiskt kriterium för MS28,korrelerar WM lesion belastningen endast svagt med klinisk funktionsnedsättning, på grund av dess brist på specificitet för lesion svårighetsgrad och den underliggande patofysiologi26,27,29. Denna observation har utlöst utforskningar av parametrisk kartläggning av den tvärgående avslappningstiden T2 30. T2*-viktad avbildning har blivit allt viktigare vid avbildning av MS. Det centrala ventecknet i T2* viktad MRT anses vara en specifik bildmarkör för MS-lesioner27,31,32,33. T2* är känslig för järndeposition34,35, som kan relatera till sjukdomens varaktighet, aktivitet och svårighetsgrad36,37,38. T2* rapporterades också återspegla hjärnvävnadsförändringar hos patienter med mindre underskott och tidig MS, och kan därmed bli ett verktyg för att bedöma utvecklingen av MS redan i ett tidigt skede39,40.
Förbättringar i MRI-tekniken lovar att bättre identifiera förändringar i MS-patienternas CNS och att ge kliniker en bättre guide för att förbättra noggrannheten och hastigheten hos en MS-diagnos11. Ultrahögt fält (UHF, B0≥7,0 T) MRT drar nytta av en ökning av signal-till-brus-förhållandet (SNR) som kan investeras i förbättrade rumsliga eller tidsmässiga upplösningar, båda nyckeln till överlägsen avbildning för mer exakta och slutgiltiga diagnoser41,42. Överföringsfält (B1+) inhomogeniteter som är ett negativt attribut för 1H-radiofrekvensen som används vid ultrahöga magnetfält43 skulle dra nytta av flerkanalsöverföring med parallella överföringsspolar (pTx) RF-spolar och RF-pulsdesignmetoder som förbättrar B1+ homogenitet och därmed underlättar enhetlig täckning av hjärnan44.
Med tillkomsten av 7.0 T MRI har vi uppnått mer insikt i demyelinating sjukdomar som MS med avseende på ökad känslighet och specificitet av lesion upptäckt, central ven tecken identifiering, leptomeningeal förbättring, och även med avseende på metaboliska förändringar45. MS-lesioner har länge visats från histopatologiska studier att bildas runt vener och venule46. Perivenous fördelning av skador (centrala ven tecken) kan identifieras med T2* viktad MRI46,47,48 vid 3,0 T eller 1,5 T, men kan bäst identifieras med UHF-MRI vid 7,0 T49,50,51,52. Förutom det centrala ventecknet har UHF-MRI vid 7,0 T förbättrat eller avtäckt MS-specifika markörer såsom hypointensfälgstrukturer och differentiering av MS grå materiaskador53,54,55,56. En bättre avgränsning av dessa markörer med UHF-MRI lovar att övervinna några av utmaningarna med att skilja MS-lesioner från de som förekommer i andra neuroinflammatoriska tillstånd som Susac syndrom53 och neuromyelitoptik54, samtidigt som man identifierar vanliga patogenetiska mekanismer i andra tillstånd eller varianter av MS som Balós koncentriska skleros57,58.
Erkänner utmaningarna och möjligheterna med UHF-MRI för detektion och differentiering av MS organskador, beskriver denna artikel vår nuvarande tekniska strategi för att studera cerebrala vit och grå fråga organskador i MS patienter vid 7,0 T med olika bildframställning tekniker. Det uppdaterade protokollet omfattar utarbetande av MR-installationen, inklusive radiofrekvensspolar (RF) skräddarsydda för UHF-MR, standardiserade screening-, säkerhets- och intervjuprocedurer med MS-patienter, patientpositionering i MR-skannern och förvärv av hjärnskanningar avsedda för MS. Artikeln är avsedd att vägleda bildexperter, grundläggande forskare, kliniska forskare, translationella forskare och teknologer med all erfarenhet och expertis som sträcker sig från praktikanter till avancerade användare och applikationsexperter inom UHF-MRI hos MS-patienter, med det ultimata målet att synergistiskt ansluta teknikutveckling och klinisk tillämpning över disciplinära områden.
Protokollet som presenteras här beskriver en serie MRI sekvenser med olika kontraster som vanligtvis används vid undersökning MS patienter vid 7.0 T. Tillsammans med framväxande teknisk utveckling, de ger grunden för utforskningar i mer avancerade tillämpningar i metabola eller funktionella imaging.
Bortsett från hjärnskador påverkar skador i ryggmärgen ofta MS-patienter som orsakar motorisk, sensorisk och autonom dysfunktion. Men ryggmärgsavbildning, särskilt vid 7,0 T, är teknis…
The authors have nothing to disclose.
Detta projekt (T.N.) har delvis fått finansiering från Europeiska forskningsrådet (ERC) inom ramen för Europeiska unionens forsknings- och innovationsprogram Horisont 2020 enligt bidragsavtal nr 743077 (ThermalMR). Författarna vill tacka teamen på Berlin Ultrahigh Field Facility (B.U.F.F.), Max Delbrueck Center for Molecular Medicine i Helmholtz Association, Berlin, Tyskland; vid National 7T Facility, Lund University Bioimaging Center, Lunds universitet, Lund, Sverige och vid ECOTECH-KOMPLEXet, Maria Curie-Skłodowska universitetet, Lublin, Polen för teknisk och annan hjälp.
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 |