Beurteilung kortikale zerebrale Mikroinfarkten auf Hochauflösende MR Bilder

Zusammenfassung

Eine hohe Auflösung ex vivo 7T MRT-Protokoll vorgestellt, um MR-gesteuerte histopathologische Validierung von mikrovaskuläre Pathologie in post-mortem menschlichen Hirngewebe durchzuführen. Weiterhin werden Anleitungen für die Bewertung der kortikalen microinfarcts auf in vivo 7T sowie 3T MR Images bereitgestellt.

Zusammenfassung

Zerebralen Mikroinfarkten sind häufige Befunde in der post-mortem Gehirn und sind mit kognitiven Verfall und Demenz. Aufgrund ihrer geringen Größe ist es eine Herausforderung, um sie auf die klinische MRI-Scans zu studieren. Es wurde vor kurzem gezeigt, dass kortikale Mikroinfarkten mit MRI-Scanner mit hoher Magnetfeldstärken (7T) dargestellt werden. Basierend auf dieser Erfahrung, ist auch ein Teil dieser Läsionen auf niedrigere Auflösung 3T MRT sichtbar. Diese Ergebnisse wurden mit der Ex-vivo-Abbildung von postmortalen humanen Hirngewebe bestätigt, begleitet von histopathologischen Überprüfung von möglichen kortikalen Mikroinfarkten.

Hier wird ein ex vivo-Bildgebungsprotokoll vorgestellt, zum Zweck der Validierung MR beobachtet Gehirn-Mikro Pathologie mit histologischen Auswertung. Weiterhin werden Anleitungen für die Bewertung der kortikalen microinfarcts auf beiden in vivo und 7T-3T-MR-Bildern vorgesehen ist. Diese Richtlinien sollen Forscher wi-te Instrument zur kortikalen Mikroinfarkten auf in vivo Bilder von größeren Patientenproben zu bewerten, um weitere zu entwirren ihre klinische Relevanz in kognitiven Verfall und Demenz, und stellen Sie diese Läsionen als neuartige Biomarker zerebraler Kleingefäßerkrankung.

Einleitung

Die Anwendung der Ultrahochfeld 7 Tesla (T) MRI in Patientenstudien zügig voran ^1. Dieser Beitrag stellt eine repräsentative Anwendung der 7T-MRT im Rahmen der zerebrovaskulären Erkrankungen in der alternden menschlichen Gehirns. Zerebrovaskuläre Erkrankung ist eine der Hauptursachen für kognitiven Verfall und Demenz. Dieses Gefäß Beitrag zur Demenz beinhaltet häufig die kleinen Gefäße im Gehirn, wie Arteriolen kleinen Venen und Kapillaren. Daher wird es als zerebraler Kleingefäßerkrankung (SVD) ² bezeichnet wird. Da die Hirn kleine Gefäße zu klein, um mit konventionellen MRT, nur die Folgen der SVD zu erfassen - das heißt, die resultierende Gewebeverletzung - visualisiert werden. Dazu gehören weiße Substanz Hyperintensitäten, zerebraler Mikroblutungen und lacunar Infarkten ^3.

Weitere wichtige Manifestationen der SVD sind zerebralen Mikroinfarkten (CMIs) ^4. Autopsie Studien berichten hohe Prävalenz von CMIs in vascdere Demenz und Alzheimer-Krankheit ^5. Jedoch aufgrund ihrer geringen Größe (von 50 um bis einige mm) die Detektion auf herkömmliche MRI ^4,5 entkommen. 7T MRI bietet hochauflösende Bilder mit verbessertem Signal-Rausch-Abstand und Kontrast, die den Nachweis bestimmter Strukturen und Läsionen über der Nachweisgrenze der üblichen MRI ermöglicht. Diese Technik wurde angewandt, um somit CMIs detektieren. Um mögliche CMIs, viele in vivo 7T MRT-Aufnahmen wurden bisher für Läsionen mit einer Größe <5 mm und Abbildungseigenschaften, die mit ischämischen Eigenschaften gescreent identifizieren. Solche Läsionen verlässlich im Cortex identifiziert werden. Diese Schwer länglichen Läsionen wurden hyperintens 7T FLAIR (0,8 mm isotropen Voxel) mit dem Kortex und schien von der kortikalen Oberfläche auf T2 erstrecken hyperintensen (0,7 mm isotropen Voxel) und hypointensen auf T1 (1,0 mm isotropen Voxel). Es wurde bestätigt, dass diese Läsionen wurden kortikale CMIs Verwendung einesMR-gesteuerte Histopathologie Ansatz in post-mortem menschlichem Gehirngewebe ^6,7.

Hier wird die Ex-vivo-MRI-Protokoll vorgestellt, die in früheren Studien für die histopathologische Validierung von kortikalen CMIs verwendet wurde. Zweitens werden Anleitungen für die Bewertung der kortikalen CMIs auf in vivo 7T MRI vorgesehen. Schließlich hat die Beurteilung der kortikalen CMIs auf 7T, um mehr Nutzer verfügbar 3T MRI übersetzt und Leitlinien vorgesehen sind, wie kortikale CMIs auf 3T MRI identifizieren.

Protokoll

Die Nutzung der Autopsie Proben und in-vivo-MR-Bilder für dieses Protokoll wurde in Übereinstimmung mit den örtlichen Vorschriften und durch die lokale Ethikkommission des Universitätsklinikum Utrecht (UMCU) zugelassen.

1. MR-gesteuerte histopathologische Validierung der kortikalen Mikroinfarkten

1. Ex vivo MRI
   1. Beim Umgang mit Hirngewebe, tragen Sie immer Schutzhandschuhe und geeignete Schutzkleidung.
   2. Auf der Grundlage der Forschungsfrage, wählen Sie eine entsprechende, vorzugsweise 10 mm dicken, in Formalin fixierten Gehirnplatten. Die Gehirn Platten zu dieser Veröffentlichung wurden aus der Neuropathologie Abteilung des UMCU abgeleitet und VU University Medical Center (VUMC), basierend auf bekannten Alzheimer Pathologie.
      1. Formalin-fix gesamte Gehirn für mindestens 3-4 Wochen durch Eintauchen in 10% Formalin, vor dem Schneiden. Schneiden Sie die Gehirne in koronalen Platten, die beide Hemisphären.
      2. Für Post-mortem-Scannen, wählen Sie beispielsweise drei Gehirn slabs pro Gehirn, von der Stirnseite, temporo parietalen und okzipitalen Gehirnregionen gemacht. Das aktuelle Protokoll wird für die Verwendung von drei koronalen Hirnplatten optimiert, die beide Hemisphären, in einem Scan-Sitzung.
   3. Machen Sie Fotos des Gehirns Platten an beiden Seiten (Rücken- und Schwanz), und nehmen Sie sorgfältig Notizen (oder Skizzen) von der Ausrichtung der Platten in dem Behälter und in den Scanner, zur späteren Co-Lokalisation der Histologie mit der MRT.
   4. Füllen Sie eine speziell gebaute Behälter (Abbildung 1) - in diesem Fall eine, die innerhalb der MR-Kopfspule passt - bei RT mit 10% frischem Formalin. Wenn MRI-Signal von dem Fluid ist unerwünscht, verwenden Sie ein Perfluorpolyether (PFPE) Schmiermittel mit einem geeigneten Dichte anstelle von Formalin (wie Fomblin oder Galden PFPE). Achten Sie darauf, um eine Strömung Schrank beim Umgang mit Formalin zu verwenden.
   5. Beim Platzieren der Gehirn Platten in dem Behälter, stellen Sie sicher, um Luftblasen zu vermeiden. Entfernen Sie die Mehrheit der Luftblasen durch leichtes shaking das Gewebe, entweder von Hand oder mit einem Shaker oder Ultraschallbad.
   6. Sicherstellen, dass die Platten nicht in dem Behälter zu bewegen und die Menge der benötigten Flüssigkeit zu begrenzen, durch die Verwendung eines kleineren Behälter, um die Platten in Position zu halten (Abbildung 1).
   7. Bedecken Sie den Behälter mit Kunststoff oder Parafilm, um die Verdampfung zu verhindern und die MR (Kopf) Spule von potentiellen Kontamination (Abbildung 2) zu schützen.
   8. Verwenden Sie ein Ganzkörper-7T-MRT mit einer entsprechenden Spule. In diesem Protokoll ein Dual-Sende- und 32-Kanal empfangen Kopfspule verwendet wird.
   9. Stellen Sie den Behälter in die Kopfspule, in ein Handtuch oder chirurgische Unterlage gewickelt, um mögliche Verschütten von Flüssigkeit zu verhindern. Sicherzustellen, dass der Behälter nicht bewegen kann, und daß die Platten in horizontaler Lage bleibt (Figur 2).
   10. Führen Sie einen Scan-Umfrage, die für die Planung der Scans in hoher Auflösung, korrekte B0 Inhomogenität durch Verwendung eines geeigneten Shim-Tool verwendet werden können, und Kalibrierung des HF-Leistungsum die korrekten Flipwinkel (im Vergleich zu in vivo Abtastung einer ganzen Kopf die wenigen Platten benötigen weniger Strom) gemäß dem Protokoll des Herstellers erhalten.
   11. Planen Sie die hochauflösende Übernahmen auf der Übersichtsabtastung, um sicherzustellen, das Gehirn Platten sind vollständig in das Feld-of-view enthalten. Scannen Sie die Gehirn Platten O / N mit der hohen Auflösung Akquisitionen in Tabelle 1 dargestellt, die für die Ex-vivo-Bildgebung optimiert sind. Die hier vorgestellte Übernahme-Protokoll enthält eine 3D-FLAIR, T2 und T1-Wich mit einer isotropen Auflösung von 0,4 mm und einer T2 * gewichteten Bild mit einer isotropen Auflösung von 0,18 mm.
   12. Identifizieren Sie die automatische Software-Prozesse, die Scan unterbrechen können, wie automatische Aktualisierungen, die O / N laufen, oder Warnungen für die periphere Nervenstimulation, und sicherzustellen, dass die Scanner-Verfahren wird nicht durch diese unterbrochen werden.
   13. Überwachen Sie den Scanner O / N für mögliche Bestätigung Pop-ups, die Scan unterbrechen können, indem Sie zum Beispiel eine VPN-Verbindung.
   14. Rückflug am nächsten Morgen (nach einer Gesamtzykluszeit von ca. 12 h im aktuellen Protokoll). Bewahren Sie die Gehirn-Platten in Formalin, aufzuräumen.
   15. Speichern Sie die Bilder auf einer externen Festplatte.

Abbildung 1. Herstellung von Formalin-fixierten Gehirn Platten für die Post-mortem-Scanning bei 7T MRT. Ein speziell entwickeltes Plexiglasbehälter mit entweder 10% Formalin oder ein Perfluorpolyether (PFPE) Schmiermittel, wenn MRI-Signal von dem Fluid unerwünscht ist gefüllt. Drei 10 mm dicke Formalin fixierten koronalen Hirn Brammen werden in den Behälter gelegt. Eine kleinere Behälter verwendet wird, um die Platten in Position zu halten. Band der zweite Behälter in den ersten, um eine Bewegung zu verhindern.

Abbildung 2. Placementder Zweck gebauten Container in 7T Kopfspule. Bedecken Sie den Behälter mit Kunststoff oder Parafilm, um die Verdampfung des Formalin zu verhindern. Stellen Sie den Behälter, in ein Handtuch oder chirurgische Unterlage eingeschlossen ist, in die Kopfspule eines 7T MR-Scanner. Sicherzustellen, dass der Behälter nicht bewegen kann, und daß die Platten in horizontaler Lage bleibt.

2. Histopathologie
   1. Identifizieren Sie mögliche kortikalen CMIs - oder andere Läsionen Sehenswürdigkeiten - auf die aufgenommenen Bilder. Diese Läsionen sind die Ziele für die histologische Analyse. Watch out für Artefakte, wie post-mortem Gewebeschäden (die manchmal an der Oberfläche des Gehirns Platten durch Schnitte erscheinen) oder langfristige Lagerung Formalin-Artefakte (zB Grob MRI hypointensities darstellt Neuropil Änderungen ^8).
      Hinweis: Verschiedene histopathologische Subtypen von kortikalen CMIs unterschiedliche MR Eigenschaften. Für weitere Details über CMI-Subtypen, wird der Leser auf einer aktuellen ex vivo zu studieren ⁷ bezeichnet.
   2. After Identifizierung möglicher kortikalen CMIs auf den MR-Bildern, probieren Sie die Region von Interesse für die histopathologische Validierung. Stellen Sie sicher, einen Bereich ausschneiden, anatomischen Landmarken, für eine spätere Anpassung der MRT mit Histopathologie enthalten. Führen Sie Standard-Histopathologie, wie folgt (aber andere Ansätze könnten auch Aufpreis).
   3. Schneiden Sie einen Bereich von ca. 30 x 20 x 5 ^mm 3, die eine mögliche kortikalen CMI.
   4. Um genaue Abtastung zu erhalten, schätzen die Läsion Lage von der Schichtdicke der MR-Bilder und Gewebearchitektur. Manuell schneiden das Gewebe leicht über dem geschätzten Läsion Lage, die Menge des Serienschnitt (nach Einbettung in Paraffin), das für das Targeting der Läsion erforderlich ist, zu begrenzen.
   5. Sicherstellen, dass die abgetasteten Gewebe passt eine Gewebekassette. Setzen Sie die Oberfläche zu schneiden Gesicht nach unten in der Kassette ist.
   6. Bewahren Sie alle Gewebekassetten in 10% Formalin, bis die Verarbeitung des Gewebes.
   7. Verarbeiten Sie die Gewebe für die Paraffineinbettung. Dies beinhaltet gewöhnlich ein automatisiertes Verfahren zum Entwässern des Gewebes durch eine Reihe von abgestuften Alkohol (zB 70% bis 95% bis 100%) mit WC und Löschen des Gewebes in Xylol.
   8. Betten Sie das Gewebe in Paraffin-Blöcke. Achten Sie darauf, die Oberfläche zu schneidenden Gesichter von bis nach dem Einbetten.
   9. Schneiden Sie 4-6 um Serienschnitte mit einem Mikrotom, bis die gezielte Läsion abgerufen.
   10. Schweben die Abschnitte auf der Oberfläche einer 37 ° C Wasserbad. Montieren Sie die Teile auf Glasobjektträgern. Objektträger auf einer Wärmeblock, um das Gewebe an der Glas binden. Shop gleitet O / N bei RT.
   11. Führen Sie eine geeignete Färbung (zB H & E-Färbung), die auf den ersten Abschnitten, halten benachbarten Leerstellen für die weitere Verwendung (zB Immunhistochemie).
   12. Deckglas der H & E-gefärbten Schnitten, mit einem Tropfen Eindeckmedium der Wahl. Senken Sie den Schlupf, die Vermeidung von Luftblasen.
   13. Studieren Sie die Abschnitte mit einem Lichtmikroskop, an einer geeigneten maggrößerung. Abschnitte im Vergleich zu den zuvor erhaltenen MR-Bilder.

2. Die Beurteilung kortikalen Mikroinfarkten auf In-vivo-7T-MRT

1. Zuführen 7T MRI in der Patientenpopulation von Ihrem Interesse, unter Verwendung der in vivo MRI-Protokoll (die zumindest eine 3D-FLAIR enthält), wie in ⁶ beschrieben ist.
2. Beurteilen Sie kortikalen CMIs auf die In-vivo-7T MR-Bilder wie in den Schritten unten beschrieben, mit den folgenden 7T Bewertung Kriterien für CMIs: kortikale CMIs sind hyperintens im FLAIR (mit oder ohne hypointense Mitte), hyperintens auf T2 hypointens im T1, nachweisbar auf wenigstens zwei Ansichten des Gehirns (zB sagittal und transversal), zum Cortex, die sich von perivaskulären Räumen beschränkt, mit einer größten Abmessung ≤4 mm ^6,7.
3. Verwenden Sie eine Schnittstelle mit drei Bildbetrachter, um gleichzeitig zu betrachten FLAIR, T1, T2 und Bilder, beispielsweise MeVisLab (Abbildung 3). Diese Plattform allows mehrere Zuschauer zu integrieren und zu Markierungen auf mögliche Läsion Standorten zu platzieren.
4. Erste Beurteilung einer Hemisphäre auf FLAIR in Sagittalansicht. Bildschirm die ganze Kortex für hyperintense Läsionen. Alle hyperintens Läsion ≤4 mm ist eine mögliche CMI. Platzmarkierungen, indem Sie auf jede mögliche CMI.
5. Wiederholen Sie für die andere Hemisphäre.
6. Überprüfen Sie alle markierten Stellen auf T1 und T2. Entsorgen Sie einen Ort ein, wenn es nicht hypointens im T1- oder T2 hyperintens.
7. Beurteilen Queransicht in FLAIR, T1, T2 und. Wirf eine Position, wenn sie nicht sichtbar ist. Überprüfen Sie die koronale Ansicht im Zweifel.
8. Watch out für die MRT Artefakte und anatomischen Veränderungen (insbesondere Furchenränder).
9. Sparen Marker.

Abbildung 3. Beispiel Bild Aussichtsplattform für die Beurteilung der kortikalen Mikroinfarkten. Eine Schnittstelle wird verwendet, intin MeVisLab egrated. Dieses Programm ermöglicht es, mehrere Zuschauer gleichzeitig zu übernehmen, auf einfache Weise zwischen sagittalen / transversal / koronale Orientierung zu wechseln, und zu platzieren und zu speichern Markierungen auf mögliche Läsion Standorten. (Verschiedene Marker können für verschiedene Arten von Läsionen ausgewählt werden).

3. Bewertung kortikalen Mikroinfarkten auf In-vivo-3T-MRT

1. Erwerben 3T MR-Bilder der Patientenpopulation, die Sie interessiert. Bestehende Daten können auch, solange der MR-Bildgebungsprotokoll enthielt mindestens eine 3D-T1 und einem Gespür und T2 verwendet werden.
2. Beurteilen Sie kortikalen CMIs auf die In-vivo-3T MR-Bilder wie in den Schritten unten beschrieben, mit den folgenden 3T Bewertung Kriterien für CMIs: kortikale CMIs sind hypointens im T1 (isointens mit CSF), auf mindestens zwei Ansichten des Gehirns nachweisbar (zB sagittal und transversal), zum Cortex, die sich von perivaskulären Räumen, mit einer größten Abmessung ≤4 mm beschränkt.
   1. Sehen Sie sich die Position eines hypointense kortikalen Läsion auf T1 auf Flair und T2-gewichteten Bilder gefunden. Bewerten Sie die Läsion als wahrscheinliche kortikalen CMI, wenn die Lage ist hyperintens oder isointens (mit der grauen Substanz) auf Flair und T2. Verwerfen die Läsion, wenn an der gleichen Stelle hypointenses Signal auf T2 festgestellt, was auf die T1 hypointensen Läsion entweder aufgrund eines hämorrhagischen Läsionen, eines Schiffes oder eines Artefakts. Im Zweifel, überprüfen Sie die Lage auf einem T2 * gewichteten Bild ^9.
3. Verwenden die gleiche Schnittstelle wie oben beschrieben.
4. Erste Beurteilung einer Hemisphäre auf T1 in Sagittalansicht. Bildschirm die ganze Kortex für Brenn hypointense Läsionen. Alle hypointense Läsion ≤4 mm ist eine mögliche CMI. Platzmarkierungen, indem Sie auf jede mögliche CMI.
5. Wiederholen Sie für die andere Hemisphäre.
6. Beurteilen transversale T1 und gleichzeitig überprüfen Sie alle markierten Stellen am Quer FLAIR und T2. Hinsichtlich der Standort als wahrscheinlich, CMI, wenn es hyperintens oder isointens auf FLAIR und T2. Entsorgen Sie einen Ort if scheint es ein Artefakt oder anatomische Variation sein. Entsorgen Sie einen Ort ein, wenn es sich hypointens im T2.
7. Watch out für Artefakte, die aussehen wie CMIs auf T1-gewichteten Bildern, vor allem Ringing-Artefakten an den "Rändern" des Gehirns, die an mehreren angrenzenden Gyri erscheinen wird, achten Sie auf Kanten der Furchen, watch out für große Schiffe in den Schläfenlappen (at die Pole). Schließlich ist es empfehlenswert, möglichst kortikalen CMIs im Gewebe in der Nähe einer größeren kortikalen Infarkt verwerfen.
8. Sparen Marker.

Ergebnisse

Einen Eindruck von der hohen Auflösung und hohe Bildqualität eines zumin 7T wird erworben ex vivo-Sequenz hier (Abbildung 4). Dies ist ein 3D-T2 * gewichteten ex vivo-Scan mit einer isotropen Auflösung von 0,18 mm. Gewebe wurde von einem 84 Jahre alten weiblichen dementen mit pathologisch erwiesen Alzheimer-Krankheit und schwere zerebrale Amyloid-Angiopathie (CAA) abgeleitet. Das Detail des Bildes ermöglicht die...

Diskussion

CMIs haben zunehmend Beachtung in den letzten Jahren. Eine wachsende Zahl von Hinweisen aus Autopsiestudien abgeleitet hat CMIs als wichtigen Beitrag zur altersbedingten kognitiven Verfall und Demenz ^4,5 identifiziert. CMIs sind jetzt auf 7T und 3T MRI nachweisbar. Optimierung und Standardisierung von Bewertungsprotokollen für dieser Läsionen wird eine schnelle Umsetzung von robusten und gültig CMI Erkennung in Kohortenstudien in der ganzen Welt zu unterstützen. Dadurch wird eine weit verbreitete Beurteil...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Fomblin / Galden PFPE	Solvay Solexis, Bollate, Italy
7T MR system	Philips Healthcare, Cleveland, OH, USA
32-channel receive head coil	Nova Medical, Wilmington, MA, USA
MeVisLab	MeVis Medical Solutions AG, Bremen, Germany