הערכת Microinfarcts מוחין בקליפת המוח בתמונות ברזולוציה גבוהה MR

Summary

רזולוציה גבוהה לשעבר vivo פרוטוקול ההדמיה 7T MR מוצג, לבצע אימות ההיסטופתולוגיים מודרכת-MR של פתולוגיה כלי הדם ברקמת המוח אנושית פוסט-מורטם. יתר על כן, הנחיות ניתנות להערכת microinfarcts קליפת המוח על 7T in vivo, כמו גם תמונות 3T MR.

Abstract

microinfarcts מוחין הם ממצאים שכיחים במוח האנושי פוסט-מורטם, וקשורות לירידה קוגניטיבית ודמנציה. בשל גודלם הקטן זה מאתגר ללמוד אותם בסריקות MRI קליניות. זה הודגם לאחרונה שיכול להיות מתואר על microinfarcts קליפת המוח עם סורקי MRI באמצעות עוצמות גבוהות שדה מגנטי (7T). בהתבסס על ניסיון זה, חלקם של הנגעים אלה הוא גם נראים ברזולוציה נמוכה יותר 3T MRI. ממצאים אלה מאששים עם ההדמיה vivo לשעבר של רקמת מוח האנושי שלאחר המוות, מלווים באימות ההיסטופתולוגיים של microinfarcts קליפת המוח האפשרי.

הנה פרוטוקול הדמיה vivo לשעבר מוצג, לצורך אימות MR נצפה פתולוגיה כלי דם במוח עם ערכה היסטולוגית. יתר על כן, הנחיות ניתנות להערכת microinfarcts קליפת המוח משני in vivo תמונות 7T ו3T MR. קווים מנחים אלו מספקים חוקרים wה- i כלי כדי לדרג microinfarcts קליפת המוח בתמונות בvivo של דגימות גדולות יותר של משתתפים, כדי לפענח נוסף הרלוונטיות הקלינית שלהם בירידה ודמנציה קוגניטיבית, ולהקים נגעים אלה כסמן ביולוגי חדשני למחלות כלי שיט קטנות במוח.

Introduction

היישום של גבוה במיוחד שדה 7 טסלה MRI (T) במחקרי חולה מתקדם במהירות ^1. מאמר זה מציג יישום נציג 7T MRI בהקשר של מחלת כלי דם במוח במוח האנושי ההזדקנות. מחלת כלי דם במוח היא אחד גורמים עיקריים לירידה קוגניטיבית ודמנציה. תרומה של כלי דם זה לדמנציה לעתים קרובות כרוכה בכלי הדם הקטנים במוח, כגון arterioles, ורידים קטנים, ונימים. מכאן, שמתייחסים אליו כמחלת מוח קטנה כלי (SVD) ^2. הכיוון שהכלי הקטן במוח הם קטנים מדי כדי ללכוד עם MRI הקונבנציונלי, רק ההשלכות של SVD - כלומר, פגיעה ברקמות וכתוצאה מכך - ניתן דמיין. זה כולל hyperintensities חומר לבן, microbleeds המוחי, ואוטמי אַגמִימִי ^3.

גילויים חשובים אחרים של SVD הם microinfarcts המוחי (CMIs) ^4. מחקרי נתיחה לדווח שכיחות גבוהה של CMIs בvascדמנציה ular, ומחלת אלצהיימר ^5. עם זאת, בשל הגודל הקטן שלהם (הנע בין 50 מיקרומטר לכמה מ"מ) הם לברוח זיהוי על MRI הקונבנציונלי ^4,5. 7T MRI מספק תמונות ברזולוציה גבוהות עם רעש-יחס אות לשיפור ולעומת זאת, המאפשר זיהוי של מבנים מסוימים ונגעים מעבר לגבול הגילוי של MRI הקונבנציונלי. טכניקה זו מיושמת לכן כדי לזהות CMIs. לזהות CMIs האפשרי, רב בסריקות MRI 7T vivo הוקרנו בעבר לנגעים בגדלים <5 מ"מ והדמיה מאפיינים בקנה אחד עם מאפייני איסכמי. נגעים כגון מהימן יכולים להיות מזוהים בקליפת המוח. נגעים מוארכים מוקדי אלה היו hyperintense על 7T FLAIR (voxels 0.8 מ"מ איזוטרופיים), מוגבלים לקליפת המוח ונראה להאריך מפני השטח של קליפת המוח, hyperintense על T2 (voxels 0.7 מ"מ איזוטרופיים), וhypointense על T1 (voxels איזוטרופיים 1.0 מ"מ). הוא אישר כי נגעים אלה היו CMIs קליפת המוח באמצעותMR-מודרך גישת histopathology ^ב6,7 רקמת המוח אנושי פוסט-מורטם.

כאן, פרוטוקול MRI vivo לשעבר מוצג ששימש במחקרים קודמים לאימות ההיסטופתולוגיים של CMIs קליפת המוח. שנית, הנחיות ניתנות להערכת CMIs קליפת המוח בin vivo 7T MRI. לבסוף, ההערכה של CMIs קליפת המוח על 7T תורגמה ליותר זמין באופן נרחב 3T MRI, והנחיות ניתנות כיצד לזהות CMIs קליפת המוח על 3T MRI.

Protocol

השימוש בדגימות נתיחה שלאחר המוות וin vivo תמונות MR לפרוטוקול זה היה בהתאם לתקנות מקומיות ואושר על ידי המועצה לביקורת המוסדית המקומית של אוניברסיטת המרכז הרפואי אוטרכט (UMCU).

1. MR-מודרך Histopathological אימות של קליפת המוח Microinfarcts

1. Vivo לשעבר MRI
   1. בעת הטיפול ברקמת המוח, תמיד ללבוש כפפות וביגוד מגן מתאים.
   2. בהתבסס על שאלת המחקר, בחר לוחות מתאימים, רצוי 10 מ"מ עובי, קבוע פורמלין מוח. לוחות המוח למאמר זה נגזרו ממחלקת נוירופתולוגיה של UMCU, והמרכז רפואי באוניברסיטת VU (VUMC), המבוסס על פתולוגיה אלצהיימר הידועה.
      1. פורמלין-לתקן כל מוחות לפחות 3-4 שבועות על ידי טבילה בפורמלין 10%, לפני החיתוך. חותך את המוח ללוחות העטרה, המכיל את שני ההמיספרות.
      2. לסריקה שלאחר המוות, בחר עבור SLA שלושה מוח הדוגמאBS למוח, שנלקח מחזיתי, temporo-הקודקודית, ואזורים עורפי של המוח. הפרוטוקול הנוכחי הוא מותאם לשימוש בשלושה לוחות מוח העטרה, המכיל שני האונות, בפגישה אחת סריקה.
   3. קח תמונות של לוחות המוח בשני הצדדים (גב וזנב), ולרשום הערות זהירות (או לעשות סקיצות) של הנטייה של הלוחות במכל ובסורק, לשיתוף לוקליזציה מאוחר יותר של היסטולוגיה עם MRI.
   4. מלא מיכל מטרה הבנויה (איור 1) - במקרה זה אחד שמתאים בתוך סליל ראש MR - עם 10% פורמלין הטרי ב RT. אם אות MRI מהנוזל לא רצויה, להשתמש בחומר סיכה perfluoropolyether (PFPE) עם צפיפות מתאימה במקום פורמלין (כגון Fomblin או Galden PFPE). ודא להשתמש זרימת ממשלה בעת הטיפול בפורמלין.
   5. בעת ביצוע לוחות המוח במכל, לוודא כדי למנוע בועות אוויר. הסר את רוב בועות אוויר בעדינות על ידי שאקיng הרקמה, בין אם על ידי יד, או באמצעות אמבטיה שייקר או אולטרסאונד.
   6. ודא הלוחות לא יכולים לזוז בתוך המכל ולהגביל את כמות נוזל צורך, על ידי שימוש במכל קטן יותר כדי לשמור על הלוחות במקום (איור 1).
   7. מכסה את המכל עם פלסטיק או parafilm, על מנת למנוע אידוי ולהגן על MR הסליל (הראש) מזיהום פוטנציאלי (איור 2).
   8. השתמש בסורק MRI 7T כל גוף עם סליל מתאים. בפרוטוקול זה שידור כפול וערוץ 32 יקבלו סליל הראש משמש.
   9. מניחים את המכל בסליל הראש, עטוף במגבת או underpad כירורגית, כדי למנוע שפיכות פוטנציאל של נוזל. ודא את המכל לא יכול לזוז, ושהלוחות להישאר במצב אופקי (איור 2).
   10. הפעל סריקת סקר שיכול לשמש לתכנון של הסריקות ברזולוציה גבוהות, inhomogeneity B0 הנכון באמצעות כלי shimming מתאים, ולכייל את כוח RFכדי לקבל את הזוויות להעיף הנכונות (כמה הלוחות דורשים פחות חשמל בהשוואה לסריקה בvivo של כל ראש) על פי הפרוטוקול של היצרן.
   11. מתכנן רכישות ברזולוציה גבוהות על סריקת הסקר, על מנת להבטיח את לוחות המוח כלולים במלואו בשדה הראייה של. סרוק את לוחות המוח O / N עם הרכישות ברזולוציה גבוהות שמוצגים בטבלה 1, אשר מותאמות לvivo לשעבר הדמיה. פרוטוקול הרכישה המוצג כאן כולל תמונה משוקללת 3D FLAIR, T2, T1 ועם רזולוציה איזוטרופיים של 0.4 מ"מ, וT2 * תמונה משוקללת עם רזולוציה איזוטרופיים של 0.18 מ"מ.
   12. לזהות תהליכים אוטומטיים תוכנה שעשויה להפריע סריקה, כגון אוטומטי תאריכים עד-הפועלים O / N, או אזהרות לגירוי עצב היקפי, ולוודא את נהלי הסורק לא יופרעו על ידי אלה.
   13. צג O הסורק / N לחלונות קופצים אישור אפשרי שעלולים להפריע סריקה, באמצעות למשל חיבור VPN.
   14. לחזור למחרת בבוקר (לאחר זמן סריקה כולל של כ 12 שעות בפרוטוקול הנוכחי). אחסן את לוחות המוח בפורמלין, לנקות.
   15. שמור את התמונות לדיסק קשיח חיצוני.

איור 1. הכנת לוחות מוח קבוע פורמלין לסריקה שלאחר המוות ב7T MRI. מיכל פרספקס מטרה הבנויה מלא או פורמלין 10% או חומר סיכה perfluoropolyether (PFPE) אם אות MRI מהנוזל היא לא רצויה. שלושה לוחות 10 מ"מ עבה קבוע פורמלין העטרה המוח ממוקמים במכל. מיכל קטן יותר משמש כדי לשמור על הלוחות במקום. הדבק את המכל השני לראשון, כדי למנוע תנועה.

מיקום 2. איורשל מיכל מטרה בנויה בסליל ראש 7T. מכסה את המכל עם פלסטיק או parafilm על מנת למנוע אידוי של פורמלין. מניחים את המכל, סגור במגבת או underpad כירורגית, בסליל ראש סורק 7T MR. ודא את המכל לא יכול לזוז, ושהלוחות להישאר במצב אופקי.

2. Histopathology
   1. לזהות CMIs האפשרי בקליפת המוח - או נגעים אחרים של עניין - על התמונות שנרכשו. נגעים אלה הם המטרות לניתוח היסטולוגית. תיזהר חפצים, כגון נזק שלאחר מות רקמות (שלפעמים מופיע על פני השטח של לוחות מוח עקב קיצוצים) או חפצי אחסון פורמלין לטווח ארוך (לדוגמא, hypointensities MRI הגס המייצג שינויי neuropil ^8).
      שים לב: יש לי תת ההיסטופתולוגיים שונה של קליפת המוח CMIs מאפייני MR שונים. לפרטים נוספים על תת CMI, הקורא נקרא לשעבר האחרון vivo ללמוד ^7.
   2. אפter זיהוי CMIs קליפת המוח אפשרי על תמונות MR, לטעום את האזור של עניין לאימות ההיסטופתולוגיים. הקפד לגזור אזור, המכיל ציוני דרך אנטומי, להתאמה מאוחר יותר של MRI עם histopathology. בצע histopathology הסטנדרטי, כמו אחרי (אבל גישות אחרות עשויות לחול גם).
   3. לגזור אזור של כ 30 x 20 x 5 מ"מ ³ מכיל CMI קליפת המוח אפשרי.
   4. כדי להשיג דגימה מדויקת, להעריך את מיקום הנגע על ידי העובי הפרוסה של תמונות MR, וארכיטקטורת רקמה. ידני לחתוך את הרקמה מעט מעל מיקום הנגע המוערך להגביל את כמות חתך סדרתי (לאחר הטבעת פרפין) שנדרש לצורך מיקוד הנגע.
   5. ודא רקמת נדגמו מתאימה קלטת רקמות. הנח את המשטח להיות עם פנים כלפי מטה לחתוך בקלטת.
   6. שמור את כל קלטות הרקמה בפורמלין 10%, עד לעיבוד של הרקמה.
   7. לעבד את הרקמה להטבעת פרפין. בדרך כלל הדבר כרוך הליך אוטומטי של התייבשות הרקמות, באמצעות סדרה של אלכוהול מדורג (למשל, 70% עד 95% עד 100%) אמבטיות, וסליקה של הרקמה בקסילן.
   8. להטביע את הרקמה בלוקים שעוות פרפין. להבטיח את פני השטח כדי לגזור פרצופים עד לאחר ההטבעה.
   9. חותך 4-6 מיקרומטר סעיפי סדרתי עם microtome, עד הנגע הממוקד מאוחזר.
   10. לצוף על פני השטח החלקים של אמבט מים 37 מעלות צלזיוס. הר הסעיפים בשקופיות זכוכית. מניחים את השקופיות על גוש התחממות אג"ח הרקמה לזכוכית. חנות מחליקה O / N ב RT.
   11. לבצע צביעה מתאימה (למשל, צביעת H & E) על הסעיפים הראשונים, לשמור על חלקים ריקים סמוכים לשימוש נוסף (למשל, אימונוהיסטוכימיה).
   12. Coverslip סעיפי H & E המוכתמת, באמצעות ירידה של מדיום הרכבה של בחירה. בעדינות להוריד את תלוש, הימנעות בועות אוויר.
   13. ללמוד את החלקים באמצעות מיקרוסקופ אור, בmag מתאיםnification. שקלו את חלקים לתמונות MR שהושגו בעבר.

2. הערכת Microinfarcts בקליפת המוח בin vivo 7T MRI

1. בצע 7T MRI באוכלוסיית חולי העניין שלך, תוך שימוש בפרוטוקול in vivo MRI (הכולל לפחות FLAIR 3D) כפי שמתואר ^ב6.
2. להעריך CMIs קליפת המוח בתמונות בvivo 7T MR כמפורט בשלבים הבא, תוך שימוש בקריטריוני דירוג 7T הבאים לCMIs: CMIs קליפת המוח הוא hyperintense על FLAIR (עם או בלי מרכז hypointense), hyperintense על T2, T1 hypointense ב, לזיהוי על לפחות שתי תצוגות של המוח (למשל, sagittal ורוחבי), מוגבל לקליפת המוח, להבדיל ממקומות perivascular, עם ממד הגדול ביותר ≤4 מ"מ ^6,7.
3. השתמש בממשק עם שלושה צופים תמונה, בו זמנית כדי להציג FLAIR, T1, T2 ותמונות, למשל, MeVisLab (איור 3). allo פלטפורמה זוws לשלב צופים רבים ולהציב סמנים במקומות נגע אפשריים.
4. ראשון להעריך חצי כדור אחד בFLAIR במבט sagittal. מסך כל קליפת המוח לנגעי hyperintense. כל hyperintens מ"מ נגע ≤4 הוא CMI אפשרי. הנח סמנים על ידי לחיצה על כל אחד CMI האפשרי.
5. חזור על פעולה עבור חץ הכדור השני.
6. לאמת את כל המקומות המסומנים על T1 ו- T2. מחק מיקום אם זה לא hypointense על T1 או T2 hyperintense ב.
7. להעריך מבט רוחבי, על FLAIR, T1, T2 ו. מחק מיקום אם זה לא נראה לעין. בדוק את תצוגת העטרה במקרה של ספק.
8. תיזהר חפצי MRI ווריאציות אנטומיים (במיוחד קצות sulcal).
9. להציל את הסמנים.

איור 3. דוגמא פלטפורמת צפייה בתמונה להערכת microinfarcts קליפת המוח. משמש ממשק, integrated בMeVisLab. תכנית זו מאפשרת לשלב את הצופים מרובים בו זמנית, כדי לעבור בקלות בין sagittal / רוחבי / אוריינטצית העטרה, ולמקום ולשמור על סמני מקומות נגע אפשריים. (ניתן לבחור סמנים שונים לסוגים שונים של נגעים).

3. הערכת Microinfarcts בקליפת המוח בin vivo 3T MRI

1. לרכוש תמונות 3T MR של אוכלוסיית חולי העניין שלך. יכולים לשמש גם הנתונים קיימים כל עוד פרוטוקול ההדמיה MR הכיל לפחות T1 3D, ופלייר וT2.
2. להעריך CMIs קליפת המוח בתמונות בvivo 3T MR כמפורט בשלבים הבא, תוך שימוש בקריטריוני דירוג 3T הבאים לCMIs: CMIs קליפת המוח הוא hypointense על T1 (isointense עם CSF), לזיהוי על לפחות שתי תצוגות של המוח (למשל sagittal ורוחבי), מוגבל לקליפת המוח, להבדיל ממקומות perivascular, עם מ"מ ממד הגדול ביותר ≤4.
   1. חקור את המיקום של hypointense נגע קליפת המוח נמצא על T1 על פלייר ותמונות משוקללים T2. דרג את הנגע כCMI קליפת המוח סביר אם המיקום הוא hyperintense או isointense (עם החומר האפור) על פלייר וT2. מחק את הנגע אם באותו המקום אות hypointense נמצאת על T2, המציינת את נגע hypointense T1 היא גם בשל נגע מדמם, כלי שיט, או חפץ. במקרה של ספק, בדוק את המיקום על T2 * תמונה משוקללת ^9.
3. השתמש באותו הממשק כפי שתואר לעיל.
4. ראשון להעריך חצי כדור אחד על T1 במבט sagittal. מסך כל קליפת המוח לנגעי hypointense מוקדי. כל מ"מ ≤4 נגע hypointense הוא CMI אפשרי. הנח סמנים על ידי לחיצה על כל אחד CMI האפשרי.
5. חזור על פעולה עבור חץ הכדור השני.
6. להעריך T1 הרוחבי, ובו זמנית לבדוק את כל המקומות המסומנים על FLAIR הרוחבי וT2. לגבי המיקום כCMI סביר אם הוא hyperintense או isointense על פלייר וT2. מחק אני מיקוםנראה F להיות חפץ או וריאציה אנטומית. מחק מיקום אם הוא hypointense על T2.
7. תיזהר חפצים שנראים כמו CMIs על תמונות משוקללים T1, ובמיוחד בצלצול חפצים ב'הקצוות 'של המוח אשר יופיע בכמה gyri הסמוך, להיזהר קצוות של sulci, להיזהר כלי גדול באונה הטמפורלית (ב הקטבים). לבסוף, מומלץ להשליך CMIs קליפת המוח אפשרי ברקמה בסמיכות לאוטם בקליפת המוח גדול יותר.
8. להציל את הסמנים.

תוצאות

רושם של ברזולוציה הגבוהה ואיכות תמונה גבוהה של רצף vivo לשעבר רכש ב7T מסופק כאן (איור 4). זה T2 3D סריקה * משוקלל vivo לשעבר, עם רזולוציה של 0.18 מ"מ איזוטרופיים. רקמה נגזרה מנקבה מטורפת 84 שנים ישנות עם מחלת אלצהיימר המו?...

Discussion

CMIs משך את תשומת לב גוברת בשנים האחרונות. גוף הולך וגדל של ראיות הנגזרים ממחקרי נתיחה זיהה CMIs כתורמים חשובים לירידה קוגניטיבית הקשורה לגיל ודמנציה ^4,5. CMIs הוא לגילוי על 7T וגם 3T MRI עכשיו. אופטימיזציה וסטנדרטיזציה של פרוטוקולי הערכה לנגעים אלה יתמכו יישום מהיר של זי?...

Materials

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