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Qui, presentiamo un protocollo per acquisire immagini di risonanza magnetica (MR) del cervello dei pazienti con sclerosi multipla (SM) a 7.0 Tesla. Il protocollo include la preparazione del setup, comprese le bobine a radiofrequenza, le procedure di intervista standardizzate con i pazienti con SM, il posizionamento del soggetto nello scanner MR e l'acquisizione dei dati MR.
L'obiettivo generale di questo articolo è dimostrare un protocollo di risonanza magnetica (MR) ad altissimo campo (UHF) all'avanguardia del cervello a 7,0 Tesla nei pazienti con sclerosi multipla (SM). La SM è una malattia infiammatoria cronica, demielinante e neurodegenerativa caratterizzata da lesioni della sostanza bianca e grigia. Il rilevamento di lesioni T 2-iperintensi disseminate spazialmente e temporalmente mediante l'uso della risonanza magnetica a 1,5 T e 3 T rappresenta uno strumento diagnostico cruciale nella pratica clinica per stabilire una diagnosi accurata della SM basata sulla versione attuale dei criteri McDonald del 2017. Tuttavia, la differenziazione delle lesioni della SM dalle lesioni della sostanza bianca cerebrale di altre origini può talvolta essere difficile a causa della loro morfologia simile a forze di campo magnetico inferiori (tipicamente 3 T). Ultrahigh field MR (UHF-MR) beneficia di un maggiore rapporto segnale-rumore e di una migliore risoluzione spaziale, entrambi fondamentali per immagini superiori per diagnosi più accurate e definitive di lesioni sottili. Pertanto, la risonanza magnetica a 7,0 T ha mostrato risultati incoraggianti per superare le sfide della diagnosi differenziale della SM fornendo marcatori di neuroimaging specifici per la SM (ad esempio, segno della vena centrale, strutture del bordo ipointense e differenziazione delle lesioni della materia grigia della SM). Questi marcatori e altri possono essere identificati da altri contrasti MR diversi da T1 e T2 (T2*, fase, diffusione) e migliorare sostanzialmente la differenziazione delle lesioni della SM da quelle che si verificano in altre condizioni neuroinfiammatorie come la neuromielite ottica e la sindrome di Susac. In questo articolo, descriviamo il nostro attuale approccio tecnico per studiare le lesioni cerebrali della sostanza bianca e grigia nei pazienti con SM a 7,0 T utilizzando diversi metodi di acquisizione MR. Il protocollo aggiornato include la preparazione della configurazione MR che include le bobine a radiofrequenza personalizzate per UHF-MR, lo screening standardizzato, le procedure di sicurezza e intervista con i pazienti con SM, il posizionamento del paziente nello scanner MR e l'acquisizione di scansioni cerebrali dedicate su misura per l'esame della SM.
La sclerosi multipla (SM) è la più comune malattia infiammatoria cronica e demielinante del sistema nervoso centrale (SNC) che causa una pronunciata disabilità neurologica nei giovani adulti e porta alla disabilità a lungo termine1,2. Il segno patologico della SM è l'accumulo di lesioni demielinanti che si verificano nella sostanza grigia e bianca del cervello e anche la neurodegenerazione diffusa in tutto il cervello, anche nella sostanza bianca dall'aspetto normale (NAWM)3,4. La patologia della SM suggerisce che l'infiammazione guida la lesione tissutale in tutte le fasi della malattia, anche durante le fasi progressive della malattia5. Le prime manifestazioni cliniche della SM sono comunemente accompagnate da episodi reversibili di deficit neurologici e indicate come sindrome clinicamente isolata (CIS), quando solo suggestiva di MS6,7. In assenza di una CIS chiara, si deve usare cautela nel fare una diagnosi di SM: la diagnosi deve essere confermata dal follow-up e l'inizio di terapie modificanti la malattia a lungo termine deve essere posticipato, in attesa di ulteriori evidenze8.
La risonanza magnetica (MRI) è uno strumento indispensabile nella diagnosi della SM e nel monitoraggio della progressione della malattia9,10,11. La risonanza magnetica a intensità di campo magnetico di 1,5 T e 3 T rappresenta attualmente uno strumento diagnostico cruciale nella pratica clinica per rilevare le lesioni iperintense del tempo di rilassamento spin-spin (T2)e stabilire una diagnosi accurata della SM basata sulla versione attuale dei criteri McDonald8del 2017. I criteri diagnostici per la SM sottolineano la necessità di dimostrare la diffusione delle lesioni nello spazio e nel tempo e di escludere diagnosi alternative8,12. La risonanza magnetica potenziata con contrasto è l'unico metodo per valutare la malattia acuta e l'infiammazione acuta8,ma le crescenti preoccupazioni riguardanti la potenziale deposizione cerebrale di gadolinio a lungo termine potrebbero potenzialmente limitare l'applicazione del contrasto come importante strumento diagnostico13,14,17. Inoltre, la differenziazione delle lesioni della SM dalle lesioni della sostanza bianca cerebrale di altre origini può talvolta essere difficile a causa della loro morfologia simile a forze di campo magnetico inferiori.
Mentre la risonanza magnetica è certamente il miglior strumento diagnostico per i pazienti con SM, gli esami e i protocolli mr mr dovrebbero seguire le linee guida del gruppo di risonanza magnetica nella SM (MAGNIMS) in Europa18,19 o del Consorzio dei centri di sclerosi multipla (CMSC) in Nord America20 per la diagnosi, la prognosi e il monitoraggio dei pazienti con SM. Anche gli studi di controllo della qualità standardizzati in conformità con le ultime linee guida in diversi ospedali e paesi sono cruciali21.
I protocolli di risonanza magnetica su misura per la diagnosi di SM e il monitoraggio della progressione della malattia comprendono contrasti MRI multipli tra cui il contrasto governato dal tempo di rilassamento longitudinale T1,il tempo di rilassamento spin-spin T2, il tempo di rilassamento spin-spin efficace T2* e l'imaging ponderato per diffusione (DWI)22. Le iniziative di armonizzazione hanno fornito rapporti di consenso per la risonanza magnetica nella SM per passare a protocolli standardizzati che facilitano la traduzione clinica e il confronto dei dati tra i siti23,24,25. L'imaging ponderato T2è ben consolidato e frequentemente utilizzato nella pratica clinica per l'identificazione delle lesioni della sostanza bianca (WM), che sono caratterizzate da aspetto iperintenso26,27. Pur essendo un importante criterio diagnostico per MS28, il carico di lesioni WM è correlato solo debolmente con la disabilità clinica, a causa della sua mancanza di specificità per la gravità della lesione e la fisiopatologia sottostante26,27,29. Questa osservazione ha innescato esplorazioni nella mappatura parametrica del tempo di rilassamento trasversale T2 30. L'imaging ponderato T2* è diventato sempre più importante nell'imaging della SM. Il segno della vena centrale nella risonanza magnetica ponderata T2* è considerato un marcatore di imaging specifico per le lesioni della SM27,31,32,33. T2* è sensibile alla deposizione di ferro34,35, che può riguardare la durata della malattia, l'attività e la gravità36,37,38. T2* è stato anche segnalato per riflettere i cambiamenti del tessuto cerebrale in pazienti con deficit minori e SM precoce, e quindi può diventare uno strumento per valutare lo sviluppo della SM già in una fase iniziale39,40.
I miglioramenti nella tecnologia MRI promettono di identificare meglio i cambiamenti nel SNC dei pazienti con SM e di fornire ai medici una guida migliore per migliorare l'accuratezza e la velocità di una diagnosi di SM11. La risonanza magnetica a campo ultra elevato (UHF, B0≥7,0 T) beneficia di un aumento del rapporto segnale-rumore (SNR) che può essere investito in risoluzioni spaziali o temporali migliorate, entrambe chiave per un'imaging superiore per diagnosi più accurate e definitive41,42. Le disomogeneità del campo di trasmissione (B1+) che sono un attributo avverso della radiofrequenza 1H utilizzata a campi magnetici ultraaltri43 trarrebbero beneficio dalla trasmissione multicanale utilizzando bobine RF a trasmissione parallela (pTx) e approcci di progettazione di impulsi RF che migliorano l'omogeneità B1+ e quindi facilitano la copertura uniforme del cervello44.
Con l'avvento della risonanza magnetica 7.0 T, abbiamo ottenuto maggiori informazioni sulle malattie demielinari come la SM per quanto riguarda l'aumento della sensibilità e la specificità del rilevamento delle lesioni, l'identificazione dei segni della vena centrale, il potenziamento leptomeningeo e persino rispetto ai cambiamenti metabolici45. Le lesioni della SM hanno da tempo dimostrato da studi istopatologici di formarsi intorno alle vene e alle venule46. La distribuzione perivenosa delle lesioni (segno venoso centrale) può essere identificata con T2* mrisco ponderato46,47,48 a 3,0 T o 1,5 T, ma può essere meglio identificato con UHF-MRI a 7,0 T49,50,51,52. Oltre al segno della vena centrale, la risonanza magnetica UHF a 7,0 T ha migliorato o scoperto marcatori specifici per la SM come le strutture del bordo ipointense e la differenziazione delle lesioni della materia grigia della SM53,54,55,56. Una migliore delineazione di questi marcatori con UHF-MRI promette di superare alcune delle sfide di differenziare le lesioni della SM da quelle che si verificano in altre condizioni neuroinfiammatorie come la sindrome di Susac53 e la neuromielite ottica54, identificando anche meccanismi patogenetici comuni in altre condizioni o varianti della SM come la sclerosi concentrica di Baló57,58.
Riconoscendo le sfide e le opportunità della UHF-MRI per il rilevamento e la differenziazione delle lesioni della SM, questo articolo descrive il nostro attuale approccio tecnico per studiare le lesioni cerebrali della sostanza bianca e grigia nei pazienti con SM a 7,0 T utilizzando diverse tecniche di imaging. Il protocollo aggiornato comprende la preparazione del setup MR comprensivo delle bobine a radiofrequenza (RF) su misura per l'UHF-MR, procedure standardizzate di screening, sicurezza e intervista con i pazienti con SM, posizionamento del paziente nello scanner MR e acquisizione di scansioni cerebrali dedicate alla SM. L'articolo ha lo scopo di guidare esperti di imaging, ricercatori di base, scienziati clinici, ricercatori traslazionali e tecnologi con tutti i livelli di esperienza e competenza che vanno dai tirocinanti agli utenti avanzati e agli esperti di applicazioni nel campo della UHF-MRI nei pazienti con SM, con l'obiettivo finale di collegare sinergicamente lo sviluppo tecnologico e l'applicazione clinica attraverso domini disciplinari.
Questo protocollo è per gli studi approvati dal comitato etico della Charité - Universitätsmedizin Berlin (numero di approvazione: EA1/222/17, 2018/01/08) e dalla Divisione Protezione dei dati e Corporate Governance della Charité - Universitätsmedizin Berlin. Il consenso informato è stato ottenuto da tutti i soggetti prima di essere inclusi nello studio.
1. Soggetti
NOTA: Il reclutamento dei pazienti con SM di solito avviene a pochi giorni fino ad alcune settimane prima delle indagini MR a 7.0 T.
2. Preparazione della configurazione MR
NOTA: quanto segue viene eseguito prima che il soggetto arrivi all'edificio UHF-MR.
3. Preparazione del soggetto
4. Acquisizione dati
NOTA: di seguito, alcuni dei riferimenti alle azioni dell'interfaccia utente o a specifiche procedure di scansione possono essere validi solo per un sistema MR specifico (7.0T Magnetom, Siemens healthineers, Erlangen, Germania). I comandi e le procedure variano tra fornitori e versioni del software. Il seguente protocollo segue le linee guida del gruppo MAGNIMS (Magnetic Resonance Imaging in MS) in Europa18,19 e del Consortium of Multiple Sclerosis Centers (CMSC) in North America20 per la diagnosi, la prognosi e il monitoraggio dei pazienti con SM.
5. Conclusione dell'esame MR
6. Backup dei dati
NOTA: ogni centro MR segue le proprie linee guida per salvare e eseguire il backup sicuro dei dati MR. I dati MR digitali devono essere memorizzati su un server protetto da password. La procedura riportata di seguito è tipica di un sistema Mr Siemens 7.0 T.
7. Arresto del sistema
Una donna di 26 anni con diagnosi di SM recidivante remittente (RRMS) è stata esaminata a 7,0 T utilizzando i protocolli di cui sopra (Figura 11). Alcune distorsioni nel profilo B1+ possono essere osservate nelle immagini MR. Questo è previsto quando si passa a frequenze di risonanza più elevate43; le lunghezze d'onda più corte aumentano le interferenze distruttive ecostruttive
Il protocollo qui presentato descrive una serie di sequenze di risonanza magnetica con diversi contrasti che vengono tipicamente utilizzate quando si esaminano i pazienti con SM a 7,0 T. Insieme agli sviluppi tecnologici emergenti, forniscono la base per esplorazioni in applicazioni più avanzate nell'imaging metabolico o funzionale.
Oltre alle lesioni cerebrali, le lesioni nel midollo spinale colpiscono frequentemente i pazienti con SM causando disfunzione motoria, sensoriale e autonomica. Tu...
Non vi sono interessi finanziari concorrenti da dichiarare.
Questo progetto (T.N.) ha ricevuto finanziamenti in parte dal Consiglio europeo della ricerca (CER) nell'ambito del programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell'Unione europea nell'ambito della convenzione di sovvenzione n. 743077 (ThermalMR). Gli autori desiderano ringraziare i team del Berlin Ultrahigh Field Facility (B.U.F.F.), Max Delbrueck Center for Molecular Medicine presso l'Associazione Helmholtz, Berlino, Germania; presso la Swedish National 7T Facility, Lund University Bioimaging Center, Lund University, Lund, Svezia e presso l'ECOTECH-COMPLEX, Maria Curie-Skłodowska University, Lublino, Polonia per assistenza tecnica e di altro livello.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
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 |
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