Evaluar microinfartos cerebrales corticales en alta resolución MR Imágenes

Resumen

Una alta resolución ex vivo protocolo imágenes 7T MR se presenta, para llevar a cabo la validación histopatológico guiada por RM de la patología microvascular en tejido cerebral humano post-mortem. Además, se proporcionan directrices para la evaluación de microinfartos corticales en 7T in vivo, así como imágenes de RM 3T.

Resumen

Microinfartos cerebrales son hallazgos frecuentes en el cerebro humano post-mortem, y están relacionados con el deterioro cognitivo y la demencia. Debido a su pequeño tamaño, es difícil estudiarlos en MRI clínicos. Se ha demostrado recientemente que microinfartos corticales se pueden representar con escáneres de resonancia magnética utilizando intensidades de campos magnéticos altos (7T). En base a esta experiencia, una proporción de estas lesiones es también visible en la resolución más baja RM 3T. Estos resultados fueron corroborados con el ex vivo de imágenes de post-mortem del tejido cerebral humano, acompañado de verificación histopatológico de posibles microinfartos corticales.

Aquí se presenta un protocolo ex vivo de formación de imágenes, con el propósito de validar MR observó patología microvascular cerebral con evaluación histológica. Además, se proporcionan directrices para la evaluación de microinfartos corticales en ambos in vivo 7T y 3T MR imágenes. Estas directrices proporcionan investigadores won una herramienta para evaluar microinfartos corticales en imágenes en vivo de las muestras más grandes de pacientes, para desentrañar aún más su relevancia clínica en el deterioro cognitivo y la demencia, y establecer estas lesiones como un nuevo biomarcador de la enfermedad cerebral de pequeño vaso.

Introducción

La aplicación de ultra-alto campo 7 Tesla (T) RM en estudios de pacientes está progresando rápidamente ^1. Este artículo presenta una aplicación de representante de 7T resonancia magnética en el contexto de la enfermedad cerebrovascular en el cerebro humano que envejece. La enfermedad cerebrovascular es la causa principal del deterioro cognitivo y la demencia. Esta contribución a la demencia vascular implica con frecuencia los pequeños vasos del cerebro, tales como las arteriolas, pequeñas venas y capilares. Por lo tanto, se refiere a la enfermedad como cerebral de pequeño vaso (SVD) ^2. Debido a que los pequeños vasos cerebrales son demasiado pequeños para capturar con la RM convencional, sólo las consecuencias de SVD - es decir, la lesión tisular que resulta - puede ser visualizado. Esto incluye blanco hiperintensidades materia, microhemorragias cerebrales, infartos lacunares y ^3.

Otras manifestaciones importantes de la SVD son microinfartos cerebrales ^(CMIS) 4. Los estudios de autopsia reportan alta prevalencia de CMI en Vascdemencia ular, y la enfermedad de Alzheimer ^5. Sin embargo, debido a su pequeño tamaño (que van desde 50 micras a unos pocos mm) se escapan de detección en la RM convencional ^4,5. 7T resonancia magnética proporciona imágenes de alta resolución con una mejor relación de ruido-señal-y contraste, que permite la detección de ciertas estructuras y lesiones más allá del límite de detección de la RM convencional. Por tanto, esta técnica se aplicó para detectar CMIs. Para identificar posibles CMI, muchos en vivo exploraciones 7T MRI fueron seleccionados previamente para lesiones con tamaños <5 mm y de imagen características consistentes con propiedades isquémicos. Tales lesiones fiable pudieron ser identificados en la corteza. Estas lesiones alargadas focales fueron hiperintensa en 7T FLAIR (voxels 0,8 mm isotrópica), restringido a la corteza y parecía que se extienden desde la superficie cortical, hiperintensa en T2 (voxels 0,7 mm isotrópicas), y hipointensa en T1 (1,0 mm voxels isotrópicos). Se confirmó que estas lesiones eran CMIs corticales utilizando unaMR-guiado enfoque histopatología en la post-mortem ^6,7 tejido cerebral humano.

Aquí, el protocolo ex vivo MRI se presenta que se utilizó en estudios previos para la validación histopatológico de CMIs corticales. En segundo lugar, se proporcionan directrices para la evaluación del CMI corticales en in vivo 7T MRI. Por último, la evaluación de CMIs corticales en 7T ha sido traducido a más accesibles RM 3T, y las directrices se proporcionan como identificar CMIs corticales de RM 3T.

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Protocolo

El uso de las muestras de la autopsia y en vivo las imágenes de RM para este protocolo estaba de acuerdo con las regulaciones locales y aprobado por la junta de revisión institucional local del Centro Médico Universitario de Utrecht (UMCU).

1. MR-guiada histopatológico Validación de cortical microinfartos

1. Ex vivo MRI
   1. Al manipular el tejido cerebral, siempre use guantes y ropa de protección adecuada.
   2. Sobre la base de la pregunta de investigación, seleccione su caso, de preferencia de 10 mm de espesor, placas cerebrales fijado en formol. Las placas cerebrales para este trabajo se obtuvieron del departamento de neuropatología del UMCU, y el Centro Médico de la Universidad VU (VUMC), basados ​​en la patología conocida Alzheimer.
      1. La formalina-fix cerebros enteros durante al menos 3-4 semanas por inmersión en formalina al 10%, antes del corte. Cortar los cerebros en losas coronal, que contiene ambos hemisferios.
      2. Para la exploración post-mortem, seleccione, por ejemplo, sla de tres cerebrosbs por cerebro, tomada desde el frontal, temporo-parietal, y las regiones occipital del cerebro. El protocolo actual está optimizado para el uso de tres losas cerebrales coronales, que contiene ambos hemisferios, en una sesión de exploración.
   3. Tome fotografías de las placas cerebrales en ambos lados (dorsal y caudal), y tomar notas detalladas (o hacer bocetos) de la orientación de las losas en el recipiente y en el escáner, para más tarde co-localización de la histología con la RM.
   4. Llenar un recipiente especialmente diseñado (Figura 1) - en este caso uno que se ajuste a la bobina de cabeza MR - con un 10% de formalina fresca a temperatura ambiente. Si MRI señal desde el fluido es indeseable, utilizar un perfluoropoliéter (PFPE) lubricante con una densidad adecuada en lugar de formalina (tales como Fomblin PFPE o Galden). Asegúrese de usar una cabina de flujo al manipular formalina.
   5. Al colocar las placas cerebrales en el contenedor, asegúrese de evitar las burbujas de aire. Retire la mayoría de las burbujas de aire suavemente Shaking el tejido, ya sea a mano o usando un baño agitador o ultrasonido.
   6. Asegúrese de que las losas no se pueden mover dentro del contenedor y limitar la cantidad de líquido necesario, mediante el uso de un recipiente más pequeño para mantener las placas en su lugar (Figura 1).
   7. Cubrir el recipiente con plástico o Parafilm, para evitar la evaporación y para proteger el MR (cabeza) de la bobina de la contaminación potencial (Figura 2).
   8. Utilice una de cuerpo completo 7T escáner de resonancia magnética con una bobina adecuada. En este protocolo una doble transmisión y de 32 canales reciben se usa bobina de cabeza.
   9. Coloque el recipiente en la bobina de cabeza, envuelta en una toalla o quirúrgico underpad, para evitar posibles derrames de líquido. Asegúrese de que el contenedor no puede moverse, y que las losas permanecen en posición horizontal (Figura 2).
   10. Realizar un análisis encuesta que se puede utilizar para la planificación de las exploraciones de alta resolución, la falta de homogeneidad B0 correcta mediante el uso de una herramienta de acuñamiento apropiado, y calibrar la potencia de RFpara obtener los ángulos correctos (flip los pocos losas requieren menos energía en comparación con la exploración in vivo de una cabeza entera) de acuerdo con el protocolo del fabricante.
   11. Planee las adquisiciones de alta resolución en la exploración encuesta, para asegurar las placas cerebrales están completamente incluidos en el campo de visión. Analiza las losas cerebrales O / N con las adquisiciones de alta resolución que se muestran en la Tabla 1, que están optimizados para imágenes ex vivo. El protocolo de adquisición que aquí se presenta incluye una imagen ponderada 3D FLAIR, T2, T1 y con una resolución isotrópica de 0,4 mm, y una imagen ponderada T2 * con una resolución isotrópica de 0,18 mm.
   12. Identificar los procesos de software automáticas que pueden interrumpir la exploración, como automatizados fechas hasta-que se ejecutan O / N, o advertencias para la estimulación de los nervios periféricos, y asegurarse de que los procedimientos de escáner no se verán interrumpidos por estos.
   13. Monitorear el escáner O / N para posibles confirmación pop-ups que pueden interrumpir el escaneo, utilizando, por ejemplo, una conexión VPN.
   14. Volver a la mañana siguiente (después de un tiempo de ciclo total de aproximadamente 12 horas en el protocolo actual). Guarde las placas cerebrales en formalina, limpiar.
   15. Guarde las imágenes en un disco duro externo.

Figura 1. Preparación de placas cerebrales fijado en formol para la exploración post-mortem en 7T resonancia magnética. Un contenedor plexiglás especialmente diseñada se llena con 10% de formalina o un perfluoropoliéter (PFPE) lubricante si MRI señal del fluido es no deseado. Tres 10 mm de espesor losas coronal del cerebro fijadas en formalina se colocan en el recipiente. Un contenedor más pequeño se utiliza para mantener las placas en su lugar. Tape el segundo recipiente para el primero, para evitar el movimiento.

Figura 2. Ubicacióndel contenedor especialmente diseñado en la bobina cabeza 7T. Cubra el recipiente con plástico o parafina para evitar la evaporación de la formalina. Coloque el recipiente, encerrado en una toalla o underpad quirúrgica, en la bobina de la cabeza de un escáner 7T MR. Asegúrese de que el contenedor no puede moverse, y que las losas permanezcan en posición horizontal.

2. Histopatología
   1. Identificar posibles CMIs corticales - u otras lesiones de interés - en las imágenes adquiridas. Estas lesiones son los objetivos para el análisis histológico. Tenga cuidado con los artefactos, tales como daños post-mortem del tejido (que a veces aparecen en la superficie de las losas del cerebro debido a los recortes) o artefactos de almacenamiento de formalina a largo plazo (por ejemplo, hipointensidades MRI gruesas representan cambios neurópilo ^8).
      Nota: Los diferentes subtipos histopatológicos de CMIs corticales tienen diferentes características de RM. Para más detalles sobre los subtipos de CMI, se remite al lector a un reciente ex vivo estudiar ^7.
   2. After identificar posibles CMIs corticales en las imágenes de RM, muestra de la región de interés para la validación histopatológico. Asegúrese de cortar una región, que contiene referencias anatómicas, por juego después de la resonancia magnética con la histopatología. Realizar histopatología estándar, como sigue (pero también la aplicación de otros métodos).
   3. Cortar una región de aproximadamente 30 x 20 x 5 mm ³ que contiene un posible cortical CMI.
   4. Para obtener un muestreo preciso, estimar la localización de la lesión por el grosor del corte de las imágenes de RM, y la arquitectura de los tejidos. Cortar manualmente el tejido ligeramente por encima de la ubicación estimada lesión para limitar la cantidad de seccionamiento en serie (después de la inclusión en parafina) que se necesita para la orientación de la lesión.
   5. Asegúrese de que el tejido de la muestra se ajusta a una casete de tejido. Coloque la superficie a cortar la cara hacia abajo en el cassette.
   6. Mantenga todos los casetes de tejido en formalina al 10%, hasta el procesamiento del tejido.
   7. Procesar el tejido para la inclusión en parafina. Esto implica generalmente un procedimiento automatizado de deshidratar el tejido, a través de una serie de alcohol graduada (por ejemplo, 70% a 95% a 100%) cuartos de baño, y la limpieza del tejido en xileno.
   8. Insertar el tejido en bloques de cera de parafina. Asegúrese de que la superficie a cortar enfrenta hasta después de la incrustación.
   9. Cortar 4-6 micras secciones seriadas con un micrótomo, hasta que se recupera de la lesión diana.
   10. Flotador las secciones sobre la superficie de un 37 ° C baño de agua. Montar las secciones sobre portaobjetos de vidrio. Colocar los portaobjetos en un bloque de calentamiento para unir el tejido al vidrio. Tienda desliza O / N a temperatura ambiente.
   11. Realizar una tinción apropiada (por ejemplo, H & E tinción) en las primeras secciones, mantenga secciones adyacentes en blanco para su uso posterior (por ejemplo, inmunohistoquímica).
   12. Cubreobjetos las secciones teñidas con H & E, utilizando una gota de medio de montaje de elección. Baje suavemente el deslizamiento, evitando las burbujas de aire.
   13. Estudie las secciones usando un microscopio de luz, en una revista apropiadanification. Comparar secciones a las imágenes de RM obtenidos previamente.

2. La evaluación de microinfartos corticales en En Vivo 7T MRI

1. Realizar 7T RM en la población de pacientes de su interés, utilizando el protocolo en vivo MRI (que incluye al menos un toque 3D) como se describe en ^6.
2. Evaluar CMIs corticales en los in vivo imágenes 7T MR que se detallan en los siguientes pasos, utilizando los siguientes criterios de calificación 7T para CMI: CMI corticales son hiperintensa en FLAIR (con o sin un centro hipointensa), hiperintensa en T2, hipointensa en T1, detectable en al menos dos puntos de vista del cerebro (por ejemplo, sagital y transversal), restringida a la corteza, distintos de los espacios perivasculares, con una dimensión mayor ≤4 mm ^6,7.
3. Utilice una interfaz con tres visores de imágenes, para ver simultáneamente FLAIR, T1, T2 y las imágenes, por ejemplo, MeVisLab (Figura 3). Este allo plataformaws incorporar múltiples espectadores y colocar marcadores en ubicaciones posibles lesiones.
4. En primer lugar evaluar un hemisferio en FLAIR en vista sagital. Pantalla toda la corteza de lesiones hiperintensas. Cualquier hyperintens lesión ≤4 mm es un posible CMI. Coloque marcadores haciendo clic en cada posible CMI.
5. Repita para el otro hemisferio.
6. Verifique todos los lugares marcados en T1 y T2. Descartar un lugar si no es hipointensa en T1 o hiperintensa en T2.
7. Evaluar vista transversal, en FLAIR, T1, y T2. Descartar una ubicación si no es visible. Compruebe la vista coronal en caso de duda.
8. Tenga cuidado con los artefactos de MRI y variaciones anatómicas (especialmente los bordes sulcal).
9. Ahorre marcadores.

Figura 3. Ejemplo plataforma de visualización de imágenes para la evaluación de microinfartos corticales. Se utiliza una interfaz, integrated en MeVisLab. Este programa permite incorporar múltiples espectadores al mismo tiempo, para cambiar fácilmente entre sagital / transversal / orientación coronal y colocar y guardar marcadores en ubicaciones posibles lesiones. (Diferentes marcadores pueden ser elegidos para los diferentes tipos de lesiones).

3. Evaluar microinfartos corticales en En Vivo RM 3T

1. Adquirir imágenes de RM 3T de la población de pacientes de su interés. Los datos existentes también se pueden utilizar, siempre y cuando el protocolo de formación de imágenes MR contenía al menos un T1 3D, y un instinto y T2.
2. Evaluar CMIs corticales en los in vivo imágenes 3T MR que se detallan en los siguientes pasos, utilizando los siguientes criterios de calificación 3T para CMI: CMI corticales son hipointensa en T1 (isointensas con CSF), detectable en al menos dos puntos de vista del cerebro (por ejemplo, sagital y transversal), restringido a la corteza, distinto de los espacios perivasculares, con una dimensión mayor ≤4 mm.
   1. Explora la ubicación de un Hypointense lesión cortical se encuentra en T1 en FLAIR y T2 imágenes ponderadas. Valorar la lesión como un probable cortical CMI si la ubicación es hiperintensa o isointensas (con la materia gris) en FLAIR y T2. Desechar la lesión si en el mismo lugar se encuentra una señal hipointensa en T2, lo que indica la lesión hipointensa T1 es ya sea debido a una lesión hemorrágica, un recipiente, o un artefacto. En caso de duda, compruebe la ubicación en un T2 * Imagen ponderada ^9.
3. Utilice la misma interfaz como se describió anteriormente.
4. En primer lugar evaluar un hemisferio en T1 en vista sagital. Pantalla toda la corteza de lesiones hipointensas focales. Cualquier lesión hipointensa ≤4 mm es un posible CMI. Coloque marcadores haciendo clic en cada posible CMI.
5. Repita para el otro hemisferio.
6. Evaluar transversal T1 y verificar simultáneamente todas las ubicaciones marcadas en FLAIR transversal y T2. Regard la ubicación como un probable CMI si es hiperintensa o isointensas en FLAIR y T2. Descartar una i ubicaciónf parece ser un artefacto o variación anatómica. Descartar una ubicación si es hipointensa en T2.
7. Tenga cuidado con los artefactos que parecen CMI en T1 imágenes ponderadas, especialmente a sonar artefactos en los "bordes" del cerebro que aparecerá en varios circunvoluciones adyacentes, cuidado con los bordes de los surcos, cuidado con los grandes buques en los lóbulos temporales (al los polos). Por último, se recomienda para descartar posibles CMIs corticales en el tejido en las proximidades de un infarto cortical más grande.
8. Ahorre marcadores.

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Resultados

Una impresión de la alta resolución y alta calidad de imagen de una secuencia ex vivo adquirido al 7T se proporciona aquí (Figura 4). Esta es una exploración 3D T2 * ponderado ex vivo, con una resolución de 0,18 mm isotrópica. El tejido se deriva de un 84-años de edad Hembra demente con la enfermedad patológicamente probada de Alzheimer y angiopatía amiloide cerebral grave (CAA). El detalle de la imagen per...

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Discusión

CMI han atraído una atención creciente en los últimos años. Un creciente cuerpo de evidencia derivada de estudios de autopsia ha identificado CMI como importantes contribuyentes a la decadencia y la demencia ^4,5 cognitivo relacionado con la edad. CMI ahora son detectables en 7T y RM 3T. Optimización y estandarización de los protocolos de evaluación para estas lesiones apoyarán aplicación rápida de detección de CMI robusta y válida en los estudios de cohorte en todo el mundo. Esto permitirá una ev...

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Materiales

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