Оценка Кортикальные головного мозга микроинфарктов на высокое разрешение МРТ

Резюме

Высокое разрешение экс естественных условиях протокол изображения 7Т МР представлены, чтобы выполнить МР-руководствуясь гистопатологическое проверку микрососудов патологии в посмертном человека мозговой ткани. Кроме того, руководящие принципы предназначены для оценки корковых микроинфарктов на 7Т в естественных условиях, а также 3T МРТ.

Аннотация

Мозговые микроинфарктов частые находки в посмертном человеческого мозга, и связаны с когнитивным снижением и слабоумие. Из-за их малых размеров он является сложной задачей для их изучения на клинических проверок МРТ. Это было недавно показано, что кортикальные микроинфарктов может быть изображен с МРТ сканеры с использованием высоких сильные магнитные поля (7T). Основываясь на этом опыте, доля этих поражений также видна на нижней разрешением 3Т МРТ. Эти данные были подтверждены с экс естественных изображений посмертного человеческого головного мозга ткани, сопровождающееся гистопатологической проверки возможных корковых микроинфарктов.

Здесь бывший естественных изображений протокол представлен, с целью проверки МР наблюдалось мозговой патологии микрососудов с гистологической оценки. Кроме того, руководящие принципы предназначены для оценки корковых микроинфарктов на обоих в естественных 7т и 3Т МРТ. Эти принципы обеспечивают исследователей WIth инструмент, чтобы проголосовать корковых микроинфарктов на изображениях в естественных условиях более крупных образцов пациентов, для дальнейшего распутать их клиническое значение в когнитивных нарушений и деменции, и установить эти поражения как новый биомаркер головного болезни мелких сосудов.

Введение

Применение ультра-высокой поле 7 Тесла (T) МРТ исследований пациент быстро прогрессирует ^1. В работе вводится репрезентативной применение 7Т МРТ в контексте цереброваскулярных заболеваний в стареющем мозге человека. Цереброваскулярная болезнь является основной причиной снижения когнитивных и деменции. Это сосудистая деменция вклад в часто включает в себя мелкие сосуды головного мозга, такие как артериол, мелких вен и капилляров,. Следовательно, это называют мозговой болезни мелких сосудов (SVD) ^2. Поскольку мозговые сосуды мелкие слишком мал, чтобы захватить с обычным МРТ, только последствия СВД - т.е., в результате повреждения тканей - могут быть визуализированы. Это включает в себя белого вещества головного мозга, hyperintensities микрокровоточит и лакунарных инфарктов ^3.

Другие важные проявления СВД являются мозговые микроинфарктов ^(КМИС) 4. Аутопсии сообщить высокую распространенность КМИС в Vascулар деменция и болезнь Альцгеймера ^5. Тем не менее, из-за их малых размеров (от 50 мкм до нескольких мм) они избежать обнаружения на обычной МРТ ^4,5. 7Т МРТ обеспечивает высокое разрешение изображения с улучшенной сигнал-шум-отношения и контрастности, что позволяет обнаруживать определенные структуры и поражений за пределом обнаружения обычной МРТ. Таким образом, этот метод был применен для обнаружения CMIS. Для выявления возможных КМИС, многие в естественных сканирования МРТ 7Т ранее скрининг на поражений с размерами <5 мм и изображений в соответствии с характеристиками ишемических свойств. Такие поражения может быть надежно идентифицированы в коре. Эти координационные удлиненные повреждения были гиперинтенсивна 7Т FLAIR (0,8 мм изотропной вокселей), ограничивается коры и, казалось, простирается от поверхности коры, гиперинтенсивных на Т2 (0,7 мм изотропных вокселей), и hypointense Т1 (1,0 мм изотропных вокселей). Было подтверждено, что эти повреждения были корковые CMIS использованиемMR-руководствуясь Гистопатология подход в посмертном человека мозговой ткани ^6,7.

Здесь, экс естественных условиях протокол МРТ представлено, который был использован в предыдущих исследованиях для гистопатологической проверки корковых КМИС. Во-вторых, принципы предназначены для оценки корковых КМИС на в естественных условиях 7Т МРТ. И, наконец, оценка корковых КМИС на 7Т была переведена на более широко доступны 3Т МРТ, и руководящие принципы при условии, как определить корковых КМИС на 3Т МРТ.

протокол

Использование вскрытия проб и в естественных условиях МРТ для этого протокола была в соответствии с местными правилами и одобрено местным этическим комитетом Университета Медицинского центра Утрехтского (UMCU).

1. МР-руководствуясь Гистопатологическая Проверка корковых микроинфарктов

1. Экс естественных МРТ
   1. При обращении мозговую ткань, всегда надевайте перчатки и подходящую защитную одежду.
   2. На основании исследования вопроса, выберите соответствующие, предпочтительно толщиной 10 мм, формалин фиксированной плиты мозга. Плиты мозга для этой бумаги были получены из невропатологии отдела UMCU и VU University Medical Centre (VUMC), основанный на известном Альцгеймера патологии.
      1. Формалине исправить целые мозги, по крайней мере 3-4 недель путем погружения в 10% формалине, до резки. Отрежьте голову в корональных плит, содержащие оба полушария.
      2. Для сканирования посмертного, выберите например три мозга SLABS в мозге, взятых из лобной, височно-теменной и затылочной, областей мозга. Текущий протокол оптимизирован для использования трех корональных плит мозга, содержащие оба полушария, в одной сессии сканирования.
   3. Возьмите фотографии плит мозга с обеих сторон (спинной и хвостовой), и принять осторожные заметки (или сделать эскизы) ориентации плит в контейнере и в сканере, для последующего сотрудничества локализации гистологии с МРТ.
   4. Заполните специально построенном контейнер (рисунок 1) - в этом случае, что вписывается в головном катушки MR - 10% свежего формалина при комнатной температуре. Если сигнал МРТ от жидкости нежелательно, использовать перфторполиэфир (ПФПЭ) смазку с подходящей плотности вместо формалина (таких, как Fomblin или Galden ПФПЭ). Убедитесь в использовании кабинет потока при обращении формалин.
   5. При размещении плиты мозга в контейнере, убедитесь, чтобы избежать воздушных пузырей. Удалить большинство воздушных пузырьков мягко Шекинг ткани, либо вручную, либо с помощью шейкера или ультразвуковой ванне.
   6. Убедитесь, что плиты не может двигаться внутри контейнера и ограничить количество необходимых жидкости, с помощью меньший контейнер, чтобы держать плиты в месте (рисунок 1).
   7. Накройте контейнер с пластика или парафином, чтобы предотвратить испарение и защитить MR (голова) катушку от возможного загрязнения (рис 2).
   8. Использование всего тела 7T томограф с соответствующим катушки. В этом протоколе двойной передачи и 32-канальный получить голову катушка используется.
   9. Поместите контейнер в голову катушки, завернутый в полотенце или хирургического лежащей снизу, чтобы предотвратить потенциальную разлив жидкости. Убедитесь, что контейнер не может двигаться, и что плиты остаются в горизонтальном положении (фиг.2).
   10. Запуск съемки сканирование, что может быть использовано для планирования сканов высокого разрешения, правильное B0 неоднородности с помощью соответствующего инструмента прокладок и калибровки ВЧ-мощностьчтобы получить правильные углы флип (немногие плиты требуют меньше энергии по сравнению с сканирования в естественных условиях целого головы) в соответствии с протоколом производителя.
   11. Планирование приобретения с высоким разрешением на съемки сканирования, чтобы гарантировать, что плиты мозга в полной мере включались в целях поле-оф-. Сканирование мозга плиты O / N с приобретением высоким разрешением, показанных в таблице 1, которые оптимизированы для экс естественных изображений. Протокол приобретение, представленные здесь включает в себя 3D-чутье, T2, T1 и взвешенное изображение с изотропным разрешением 0,4 мм и Т2 * взвешенное изображение с изотропным разрешением 0,18 мм.
   12. Определить автоматические процессы программного обеспечения, которые прерывают процесс сканирования, такие как автоматизированные вверх-дат, которые работают O / N, или предупреждений для периферической нервной стимуляции, и убедитесь, что процедуры сканирования не будет прервана них.
   13. Монитор сканера O / N за возможные подтверждения всплывающих окон, которые могут прервать сканирование, используя, например, связь VPN.
   14. Вернуться на следующее утро (после общего времени сканирования приблизительно 12 ч в текущем протоколе). Хранить плиты мозга в формалине, очистить.
   15. Сохранение изображений на внешнем жестком диске.

Рисунок 1. Подготовка фиксированных формалином плит мозга для посмертного сканирования на 7Т МРТ. Специально построенный плексигласа контейнер заполнен или 10% формалин или перфторполиэфир (ПФПЭ) смазки, если сигнал МРТ от жидкости нежелательно. Три 10-мм толщиной фиксированных формалином корональные плиты мозга помещают в контейнер. Меньший контейнер используется, чтобы держать плиты на месте. Лента второй контейнер для первого, чтобы предотвратить движение.

Рисунок 2. Размещениеиз специально построенном контейнере в 7Т головы катушки. Накройте контейнер с пластика или парафином, чтобы предотвратить испарение формалина. Поместите контейнер, заключенный в полотенце или хирургического лежащей снизу, в головном катушки сканера 7Т MR. Убедитесь, что контейнер не может двигаться, и что плиты остаются в горизонтальном положении.

2. Гистопатология
   1. Определить возможные корковых КМИС - или другие повреждения, представляющие интерес - по приобретенным изображений. Эти повреждения являются мишенями для гистологического анализа. Следите за артефактов, таких как посмертного повреждения тканей (которые иногда появляются на поверхности плит мозга из-за сокращения) или долгосрочных артефактов хранения формалина (например, грубые hypointensities МРТ, представляющие нейропиля изменения ^8).
      Примечание: Различные гистологические подтипы корковых КМИС имеют различные характеристики MR. Для более подробной информации о ММК подтипов, мы отсылаем читателя к недавно экс естественных условиях изучать ^7.
   2. Мтер выявления возможных корковых КМИС о МРТ, образец область интереса для гистопатологической проверки. Убедитесь, вырезать область, содержащий анатомические ориентиры для последующего согласования МРТ с гистопатологии. Выполните стандартную гистопатологию, как следует (но другие подходы могут также применяться).
   3. Вырежьте область примерно 30 х 20 х 5 мм ^{3, содержащий} возможные корковой CMI.
   4. Для получения точной выборки, оценить расположение поражения от толщины среза изображений МР и архитектуры ткани. Вручную сократить ткани чуть выше расчетной месте повреждения, чтобы ограничить количество последовательный секционирования (после парафин), который необходим для ориентации поражения.
   5. Убедитесь, что пробы ткани подходит кассету ткани. Поместите поверхность, чтобы быть вырезать лицом вниз в кассете.
   6. Хранить все кассеты ткани в 10% формалине, пока обработки ткани.
   7. Обработайте ткань для парафин, Это обычно включает в себя автоматизированную процедуру дегидратации ткани, через серию градуированных алкоголя (например, 70% до 95% до 100%), ванны и очистки ткани в ксилоле.
   8. Вставить ткани в парафин блоков. Убедитесь, что поверхность, чтобы разрезать грозит до после встраивания.
   9. Вырезать 4-6 мкм серийных срезов с микротоме, пока целевое поражение не извлекается.
   10. Поплавок разделы на поверхности С водяной бане 37 °. Установите разделы на стеклах. Поместите слайды на разогрев блока для скрепления ткани к стеклу. Магазин скользит O / N в РТ.
   11. Выполните соответствующую окраску (например, Н & Е окрашивание) на первых разделов держать соседние пустые разделы для дальнейшего использования (например, иммуногистохимического).
   12. Покровное Н & Е окрашенные участки, используя каплю монтажа среды выбора. Осторожно опустите скольжения, избегая пузырьков воздуха.
   13. Изучите разделы помощью светового микроскопа, на соответствующем MAGличение. Сравнить разделы, полученных ранее изображений МР.

2. Оценка Кортикальные микроинфарктов на in vivo на 7Т МРТ

1. Выполните 7T МРТ в популяции пациентов Вашей заинтересованности, используя протокол естественных условиях в МРТ (которая включает в себя, по меньшей мере 3D FLAIR), как описано ^в 6.
2. Оценка корковых КМИС на в естественных условиях 7Т МРТ, как подробно в следующих шагов, используя следующие 7T критерии рейтинга для КМИС: корковых КМИС являются гиперинтенсивна FLAIR (с или без hypointense центра), гиперинтенсивна T2, hypointense Т1, обнаруживается по меньшей мере, двух взглядов мозга (например, сагиттальной и поперечная), ограничивается коры, отличным от периваскулярные пространства, с наибольшем измерении ≤4 мм ^6,7.
3. Используйте интерфейс с тремя просмотра изображений, одновременно просматривать чутье, T1, T2 и изображения, например, MeVisLab (Рисунок 3). Эта платформа аллоWS включить несколько зрителей и поставить маркеры на местах поражения возможных.
4. Во-первых оценить одно полушарие на FLAIR в сагиттальной зрения. Экран весь кору для гиперинтенсивных поражений. Любое hyperintens поражение ≤4 мм возможным ММК. Поместите маркеры, нажав на каждой возможной ММК.
5. Повторите для другой полушарии.
6. Проверьте все отмеченные места на Т1 и Т2. Сбросьте место, если это не hypointense Т1 или Т2 гиперинтенсивна.
7. Оценка поперечный вид на чутье, T1, и T2. Сбросьте место, если она не видна. Проверьте корональной вид в случае сомнений.
8. Следите за артефактами МРТ и анатомических изменений (особенно sulcal ребер).
9. Сохранить маркеры.

Рисунок 3. Пример просмотра изображений платформой для оценки корковых микроинфарктов. Интерфейс используется, INTegrated в MeVisLab. Эта программа позволяет включать несколько зрителей одновременно, легко переключаться между сагиттальной / поперечном / корональной ориентации, и на место и сохранить маркеры на местах поражения возможных. (Различных маркеров может быть выбран для различных типов поражений).

3. Оценка Кортикальные микроинфарктов на in vivo на 3Т МРТ

1. Приобретать 3T MR изображения популяции пациентов вашего интереса. Имеющиеся данные также могут быть использованы при условии, что протокол МРТ содержал по меньшей мере, 3D-T1, и стиль и Т2.
2. Оценка корковых КМИС на в естественных условиях 3T МРТ, как подробно в следующих шагов, используя следующие 3T критерии рейтинга для КМИС: корковых КМИС являются hypointense Т1 (isointense с CSF), обнаруживается, по крайней мере, двух взглядов мозга (например, сагиттальной и поперечная), ограничивается коры, отличным от периваскулярные пространства, с наибольшей размерности ≤ 4 мм.
   1. Исследуйте местоположение hypointEnse корковых поражения найти на Т1 на Т2 FLAIR и взвешенных изображений. Оценить поражения как вероятного корковой ММК, если расположение гиперинтенсивным или isointense (с серого вещества) на чутье и Т2. Откажитесь от поражения, если в том же месте сигнал hypointense находится на Т2, Т1 с указанием hypointense поражения либо из-за геморрагического поражения, судна или артефакта. В случае сомнения, проверить местоположение на Т2 * взвешенное изображение ^9.
3. Используйте тот же интерфейс, как описано выше.
4. Во-первых оценить одно полушарие на T1 в сагиттальной зрения. Экран весь кору для очаговых поражений hypointense. Любое hypointense поражение ≤4 мм возможным ММК. Поместите маркеры, нажав на каждой возможной ММК.
5. Повторите для другой полушарии.
6. Оценить поперечной T1, и одновременно проверить все отмеченные места на поперечном FLAIR и Т2. Применительно место как вероятный ММК, если оно гиперинтенсивным или isointense на чутье и Т2. Сбросьте местоположение Яе это, кажется, артефакт или анатомической вариации. Сбросьте место, если это hypointense на Т2.
7. Следите за артефактов, которые выглядят как CMIS на Т1 взвешенных изображениях, особенно артефакты в «краев» мозга, который появится в нескольких смежных извилин, следить за краям борозд, следить за крупных сосудов в височных долях (по полюса). Наконец, рекомендуется, чтобы отменить возможные корковых CMIS в ткани в непосредственной близости к большей корковой инфаркта.
8. Сохранить маркеры.

Результаты

Впечатление высокого разрешения и высокого качества изображения экс естественных условиях последовательности приобретенной на 7Т обеспечивается здесь (Рисунок 4). Это 3D Т2 * взвешенный экс естественных условиях сканирования, с ?...

Обсуждение

КМИС привлекло повышенное внимание в течение последних нескольких лет. Растущий объем фактических данных, полученных из аутопсии выявила КМИС как важный вклад в возрастной когнитивной упадка и деменции ^4,5. КМИС сейчас обнаружить на 7Т а также 3Т МРТ. Оптимизация и стандартизация ?...

Материалы

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