Évaluation du cortex cérébral microinfarctus sur la Résolution Monsieur le Haut Images

Résumé

Une haute résolution ex vivo 7T M. protocole d'imagerie est présenté, pour effectuer la validation histopathologique MR-guidée de la pathologie microvasculaire dans les tissus post-mortem du cerveau humain. En outre, les lignes directrices sont fournies pour l'évaluation des micro-infarctus corticaux sur 7T in vivo ainsi que des images 3T MR.

Résumé

Microinfarctus cérébraux sont fréquents conclusions dans le cerveau humain post-mortem, et sont liés au déclin cognitif et la démence. En raison de leur petite taille, il est difficile de les étudier sur IRM cliniques. Il a été récemment démontré que les micro-infarctus cortical peuvent être représentés avec des appareils d'IRM en utilisant des intensités de champ magnétique élevées (7T). Basé sur cette expérience, une proportion de ces lésions est également visible sur la résolution inférieure IRM 3T. Ces conclusions ont été corroborées par imagerie ex vivo des post-mortem tissu cérébral humain, accompagné de vérification histopathologique d'éventuels micro-infarctus corticaux.

Voici un ex vivo protocole d'imagerie est présenté, dans le but de valider M. cérébrale observée microvasculaire pathologie à l'évaluation histologique. En outre, les lignes directrices sont fournies pour l'évaluation des micro-infarctus corticaux sur les deux in vivo 7T et 3T MR images. Ces lignes directrices fournissent aux chercheurs wvec un outil pour évaluer microinfarctus corticales sur des images in vivo des échantillons de patients plus importants, à démêler encore leur pertinence clinique en déclin cognitif et de démence, et d'établir ces lésions comme un nouveau biomarqueur de la maladie des petits vaisseaux cérébraux.

Introduction

L'application de l'ultra-haut champ 7 Tesla (T) IRM dans les études des patients progresse rapidement ^1. Cet article présente une application représentant de 7T IRM dans le contexte de la maladie cérébro-vasculaire dans le cerveau humain de vieillissement. Les maladies vasculaires cérébrales est une cause majeure de déclin cognitif et de démence. Cette contribution à la démence vasculaire implique souvent les petits vaisseaux du cerveau, telles que les artérioles, les petites veines et capillaires. Par conséquent, il est fait référence à une maladie cérébrale comme des petits vaisseaux (SVD) ^2. Parce que les petits vaisseaux cérébraux sont trop petits pour capturer avec l'IRM conventionnelle, seules les conséquences de la maladie vésiculeuse du porc - dire, la blessure de tissu résultant - peuvent être visualisés. Cela comprend la matière blanche hypersignaux, microbleeds cérébraux et infarctus lacunaires ^3.

Autres manifestations importantes de maladie vésiculeuse du porc sont microinfarctus cérébraux (CMIS) ^4. Des études d'autopsie indiquent une prévalence élevée de CMIS dans Vascparti- démence et la maladie d'Alzheimer ^5. Toutefois, en raison de leur petite taille (allant de 50 um à quelques mm), ils échappent à la détection à l'IRM conventionnelle ^4,5. 7T IRM fournit des images de haute résolution avec l'amélioration de rapport signal sur bruit à-et le contraste, ce qui permet la détection de certaines structures et des lésions au-delà de la limite de détection de l'IRM conventionnelle. Cette technique a donc été appliqué pour détecter CMIS. Pour identifier CMI possibles, de nombreux in vivo scans IRM 7T étaient auparavant dépistage de lésions avec des tailles <5 mm de caractéristiques et d'imagerie compatibles avec les propriétés ischémiques. De telles lésions peuvent être identifiés de manière fiable dans le cortex. Ces lésions allongées focaux étaient hyperintenses en 7T FLAIR (de voxels 0,8 mm isotrope), restreinte au cortex et semblaient étendre à partir de la surface corticale, hyperintenses en T2 (voxels 0,7 mm isotropes) et hypointense en T1 (1,0 mm de voxels isotropes). Il a été confirmé que ces lésions étaient CMIs corticaux utilisant unMR-guidé approche histopathologie ^6,7 post-mortem du tissu cérébral humain.

Ici, le protocole ex vivo d'IRM est présenté qui a été utilisé dans des études précédentes pour la validation histopathologique des CMIs corticales. Deuxièmement, les lignes directrices sont fournies pour l'évaluation de CMIS corticales in vivo sur 7T IRM. Enfin, l'évaluation de CMIS corticales sur 7T a été traduit en plus largement disponibles IRM 3T, et des lignes directrices sont fournies comment identifier CMI corticales sur IRM 3T.

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Protocole

L'utilisation des échantillons d'autopsie et in vivo images IRM de ce protocole était en conformité avec les réglementations locales et approuvé par le conseil d'examen institutionnel local du Centre médical universitaire d'Utrecht (UMCU).

1. M.-guidée histopathologique Validation des corticale microinfarctus

1. Ex vivo IRM
   1. Lorsque les tissus du cerveau de manutention, toujours porter des gants et des vêtements de protection appropriés.
   2. Basé sur la question de recherche, sélectionnez appropriées préférence de 10 mm d'épaisseur, les dalles du cerveau, fixés au formol. Les dalles de cerveau pour ce document ont été obtenues du département de neuropathologie de l'UMCU, et le Centre médical de l'Université VU (VUMC), basés sur la pathologie connue Alzheimer.
      1. Formol fixer cerveaux entiers pendant au moins 3-4 semaines par immersion dans du formol 10%, avant la coupe. Couper les cerveaux en plaques coronaires, contenant les deux hémisphères.
      2. Pour la numérisation post-mortem, sélectionnez par exemple trois cerveau slabs par le cerveau, tiré de la frontale, temporo-pariétal, occipital et les régions du cerveau. Le protocole actuel est optimisée pour l'utilisation de trois plaques coronales du cerveau, contenant les deux hémisphères, dans une session de numérisation.
   3. Prenez des photos des plaques cérébrales des deux côtés (dorsales et caudales), et de prendre des notes précises (ou faire des croquis) de l'orientation des dalles dans le récipient et dans le scanner, pour plus tard la co-localisation de l'histologie avec l'IRM.
   4. Remplissez un récipient construit à cet effet (Figure 1) - dans ce cas, celui qui correspond dans la bobine de tête MR - avec 10% de formol frais à température ambiante. Si le signal IRM du fluide est indésirables, utiliser un perfluoropolyéther (PFPE) lubrifiant avec une densité appropriée à la place de formol (comme Fomblin ou Galden PFPE). Assurez-vous d'utiliser une hotte à flux lors de la manipulation du formol.
   5. Lorsque vous placez les dalles du cerveau dans le conteneur, assurez-vous d'éviter les bulles d'air. Retirer la majorité des bulles d'air en douceur shaking le tissu, soit à la main, ou en utilisant un bain d'agitateur ou ultrasons.
   6. Assurez-vous que les dalles ne peuvent pas se déplacer dans le récipient et de limiter la quantité de liquide nécessaire, en utilisant un récipient plus petit pour maintenir les dalles en place (Figure 1).
   7. Couvrez le récipient avec du plastique ou du parafilm, pour éviter l'évaporation et de protéger le MR (tête) bobine de la contamination potentielle (Figure 2).
   8. Utilisez un corps entier 7T IRM scanner avec une bobine appropriée. Dans ce protocole, une double émission et 32 ​​canaux reçoivent bobine de tête est utilisé.
   9. Placer le récipient dans la bobine de la tête, enveloppée dans une serviette ou chirurgical underpad, pour éviter de renverser le potentiel de fluide. Assurez-vous que le conteneur ne peut pas se déplacer, et que les dalles restent en position horizontale (Figure 2).
   10. Exécuter une analyse de l'enquête qui peut être utilisé pour la planification des scans de haute résolution, non-homogénéité B0 correcte en utilisant un outil de calage appropriée, et de calibrer la puissance RFpour obtenir les angles de bascule corrects (ces plaques nécessitent moins d'énergie par rapport à balayage in vivo d'un ensemble tête) selon le protocole du fabricant.
   11. Planifiez les acquisitions à haute résolution sur l'analyse de l'enquête, afin d'assurer les dalles du cerveau sont entièrement inclus dans le champ de vision. Scannez les dalles du cerveau O / N avec les acquisitions à haute résolution présentés dans le tableau 1, qui sont optimisés pour l'imagerie ex vivo. Le protocole d'acquisition présenté ici comprend une image 3D pondéré FLAIR, T2, T1 et avec une résolution isotrope de 0,4 mm, et un T2 * de l'image avec une résolution pondéré isotrope de 0,18 mm.
   12. Identifier les processus de logiciels automatiques qui peuvent interrompre la numérisation, comme automatisés dates mises qui exécutent O / N, ou des avertissements pour la stimulation du nerf périphérique, et assurez-vous les procédures de scanner ne seront pas interrompus par ces derniers.
   13. Surveiller le scanner O / N pour une éventuelle confirmation des pop-ups qui peuvent interrompre la numérisation, en utilisant par exemple une connexion VPN.
   14. Retour le lendemain matin (après un temps de balayage total d'environ 12 heures dans le protocole actuel). Rangez les dalles du cerveau dans du formol, nettoyer.
   15. Enregistrez les images sur un disque dur externe.

Figure 1. Préparation de dalles de cerveau fixées au formol pour la numérisation post-mortem à 7T IRM. Un conteneur en plexiglas construite à cet effet est rempli avec soit 10% de formol ou un lubrifiant perfluoropolyéther (PFPE) si le signal IRM du fluide est indésirable. Trois 10 mm d'épaisseur des dalles coronales de cerveau fixées à la formaline sont placés dans le récipient. Un petit récipient est utilisé pour maintenir les dalles en place. Tape le deuxième récipient à la première, pour empêcher un mouvement.

Figure 2. Placementdu conteneur construit à cet effet dans la bobine de la tête 7T. Couvrez le récipient avec du plastique ou du parafilm pour éviter l'évaporation de la formaline. Placez le récipient, enfermé dans une serviette ou underpad chirurgicale, dans la bobine de la tête d'un scanner 7T MR. Assurez-vous que le conteneur ne peut pas se déplacer, et que les dalles restent en position horizontale.

2. Histopathologie
   1. Identifier les possibles CMI corticales - ou d'autres lésions d'intérêt - sur les images acquises. Ces lésions sont les cibles pour l'analyse histologique. Méfiez-vous des artefacts, tels que les dommages post-mortem des tissus (qui apparaissent parfois à la surface des plaques cérébrales en raison de coupures) ou des artefacts de stockage de formol à long terme (par exemple, hypointensities IRM grossières représentant changements neuropiles ^8).
      Remarque: différents sous-types histologiques de CMIS corticales ont des caractéristiques différentes MR. Pour plus de détails sur les sous-types de CMI, le lecteur est renvoyé à une récente étude ex vivo ^7.
   2. Un Fter identifier d'éventuelles CMI corticales sur les images IRM, échantillonner la région d'intérêt pour la validation histopathologique. Assurez-vous de couper une région, contenant des repères anatomiques, pour adaptation ultérieure de l'IRM avec l'histopathologie. Effectuer histopathologie standard, comme suit (mais d'autres approches pourraient également appliquer).
   3. Découper une région d'approximativement 30 x 20 x 5 mm ³ contenant un possible corticale CMI.
   4. Pour obtenir un échantillonnage précis, d'estimer l'emplacement de la lésion par l'épaisseur de tranche des images RM et de l'architecture tissulaire. Couper manuellement le tissu légèrement au-dessus de l'emplacement de la lésion estimée à limiter la quantité de coupes sériées (après inclusion dans la paraffine) qui est nécessaire pour cibler la lésion.
   5. Assurez-vous que le tissu prélevé correspond à une cassette de tissu. Placez la surface à couper face vers le bas dans la cassette.
   6. Gardez toutes les cassettes de tissus dans du formol 10%, jusqu'à ce que le traitement du tissu.
   7. Traiter le tissu pour inclusion dans la paraffine. Cela implique généralement une procédure automatisée de déshydrater le tissu, à travers une série graduée d'alcool (par exemple, 70% à 95% à 100%) des bains, et la compensation du tissu dans le xylène.
   8. Incluez le tissu dans des blocs de paraffine. Assurez la surface à couper vers le haut après l'intégration.
   9. Couper 4-6 um sections en série avec un microtome, jusqu'à ce que la lésion cible est récupéré.
   10. Flotter les sections sur la surface d'un bain d'eau à 37 C °. Montez les coupes sur des lames de verre. Placer les lames sur un bloc de chauffage pour lier le tissu de verre. Magasin glisse O / N à température ambiante.
   11. Effectuer une coloration appropriée (par exemple, coloration H & E) sur les premières sections, garder les sections vides adjacentes pour une utilisation ultérieure (par exemple, immunohistochimie).
   12. Lamelle les sections H & E colorées, en utilisant une goutte de milieu de montage de choix. Abaissez doucement le glissement, en évitant les bulles d'air.
   13. Étudier les sections à l'aide d'un microscope optique, à un mag appropriéenification. Comparer les sections les images IRM obtenues précédemment.

2. Évaluer microinfarctus corticales sur In Vivo IRM 7T

1. Effectuer 7T IRM dans la population de patients de votre intérêt, en utilisant le protocole vivo en IRM (qui comprend au moins une FLAIR 3D) tel que décrit dans ^6.
2. Évaluer CMI corticales sur les in vivo images 7T MR comme détaillé dans les étapes ci-dessous, en utilisant les 7T critères de notation suivantes pour CMI: CMI corticales sont hyperintenses en FLAIR (avec ou sans un centre de hypo), hyperintenses en T2, hypointense en T1, détectable sur au moins deux points de vue du cerveau (par exemple, sagittal et transversal), limité vers le cortex, distinct espaces périvasculaires, avec une plus grande dimension ≤4 mm ^6,7.
3. Utilisez une interface avec trois visionneuses d'images, pour afficher simultanément FLAIR, T1, et T2, par exemple, MeVisLab (Figure 3). Cette plate-forme allows d'incorporer plusieurs téléspectateurs et de placer des marqueurs sur les lieux de lésions possibles.
4. Première évaluer un hémisphère FLAIR en vue sagittale. Dépister l'ensemble du cortex pour lésions hyperintenses. Toute lésion hyperintens ≤4 mm est un possible CMI. Placer des marqueurs en cliquant sur chaque possible CMI.
5. Répétez l'opération pour l'autre hémisphère.
6. Vérifiez tous les emplacements marqués sur T1 et T2. Jeter un emplacement si elle est pas hypointense en T1 ou T2 hyperintenses sur.
7. Évaluer vue transversale, FLAIR, T1, et T2. Jeter un emplacement si elle est pas visible. Vérifiez la vue coronale en cas de doute.
8. Méfiez-vous des artefacts IRM et variations anatomiques (en particulier les bords sulcales).
9. Enregistrer marqueurs.

Figure 3. Exemple plate-forme de visionnement d'images pour l'évaluation des micro-infarctus cortical. Une interface est utilisé, integrated dans MeVisLab. Ce programme permet d'intégrer de multiples téléspectateurs simultanément, de basculer facilement entre sagittale / transversal / orientation coronale, et de placer des marqueurs et économisez sur les lieux de lésions possibles. (Différents marqueurs peuvent être choisies pour différents types de lésions).

3. Évaluer microinfarctus corticales sur In Vivo IRM 3T

1. Acquérir les images 3T MR de la population de patients de votre intérêt. Les données existantes peuvent également être utilisés dans la mesure où le protocole d'imagerie par RM contient au moins un 3D T1 et T2 et une touche.
2. Évaluer CMI corticales sur les in vivo images 3T MR comme détaillé dans les étapes ci-dessous, en utilisant les 3T critères de notation suivantes pour CMI: CMI corticales sont hypointense en T1 (isointense avec CSF), détectable sur au moins deux points de vue du cerveau (par exemple sagittale et transversale), restreinte au cortex, distincte de espaces périvasculaires, avec une plus grande dimension ≤4 mm.
   1. Explorez l'emplacement d'un Hypointense lésion corticale trouvé sur T1 et T2 FLAIR images pondérées. Noter la lésion comme une corticale CMI probable si l'emplacement est hyper ou isointense (avec la matière grise) sur FLAIR et T2. Jeter la lésion si au même endroit un signal hypointense se trouve sur T2, indiquant la lésion hypointense T1 est soit due à une lésion hémorragique, un navire ou un artefact. En cas de doute, vérifier l'emplacement sur ​​un T2 * l'image pondérée ^9.
3. Utiliser la même interface comme décrit ci-dessus.
4. Première évaluer un hémisphère sur T1 en vue sagittale. Dépister l'ensemble des lésions du cortex hypointenses focaux. Toute lésion hypointense ≤4 mm est un possible CMI. Placer des marqueurs en cliquant sur chaque possible CMI.
5. Répétez l'opération pour l'autre hémisphère.
6. Évaluer transversal T1, et de vérifier simultanément tous les endroits marqués sur transversal FLAIR et T2. Regard de l'emplacement comme un CMI probable si elle est hyper ou isointense FLAIR et T2. Jeter un emplacement if il semble être un artefact ou variation anatomique. Jeter un emplacement si elle est hypointense en T2.
7. Méfiez-vous des objets qui ressemblent à des CMI sur images pondérées en T1, en particulier la sonnerie artefacts aux 'bords' du cerveau qui apparaîtra dans plusieurs circonvolutions adjacentes, faites attention aux bords des sillons, watch out pour les grands navires dans les lobes temporaux (au les pôles). Enfin, il est recommandé de jeter possibles CMI corticales dans le tissu à proximité d'un infarctus corticale plus grande.
8. Enregistrer marqueurs.

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Résultats

Une empreinte de la haute résolution et la qualité d'une séquence ex vivo acquises à 7T est prévu d'image ici (Figure 4). Ceci est un T2 3D * pondérée ex vivo de balayage, avec une résolution isotrope de 0,18 mm. Le tissu a été dérivé d'un 84 ans femme démente avec la maladie histologiquement prouvé Alzheimer et sévère angiopathie amyloïde cérébrale de (CAA). Le détail de l'image ...

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Discussion

CMI ont attiré une attention croissante au cours des dernières années. Un nombre croissant de preuves tirées d'études d'autopsie a identifié CMI que d'importants contributeurs à la démence et le déclin cognitif lié à l'âge ^{de 4,5.} CMI sont maintenant détectable sur 7T et aussi IRM 3T. Optimisation et standardisation des protocoles d'évaluation pour ces lésions appuieront la mise en œuvre rapide de détection robuste et valide CMI dans les études de cohorte dans le monde en...

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matériels

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