Avaliando cortical cerebral microinfartos em alta resolução MR Imagens

Resumo

A alta resolução ex vivo protocolo de imagiologia 7T MR é apresentado, para executar a validação histopatológico MR-guided de patologia microvascular no tecido cerebral humano post-mortem. Além disso, as orientações são fornecidas para a avaliação da microinfartos corticais sobre in vivo 7T, bem como imagens de RM 3T.

Resumo

Microinfartos cerebrais são achados freqüentes no cérebro humano post-mortem, e estão relacionados ao declínio cognitivo e demência. Devido a suas pequenas dimensões é um desafio para estudá-los em exames de ressonância magnética clínicos. Foi recentemente demonstrado que microinfartos corticais pode ser representado com ressonância magnética usando elevadas forças do campo magnético (7T). Com base nesta experiência, uma proporção dessas lesões é também visível em baixa resolução 3T MRI. Estes resultados foram corroborados com ex vivo de imagens de post-mortem do tecido cerebral humano, acompanhado pela verificação histopatológico de possíveis microinfartos corticais.

Aqui um protocolo ex vivo de imagem é apresentado, com a finalidade de validar MR observada patologia microvascular cerebral com avaliação histológica. Além disso, as orientações são fornecidas para a avaliação da microinfartos corticais em ambos 7T e 3T MR imagens in vivo. Estas diretrizes fornecem pesquisadores wom uma ferramenta para avaliar microinfartos corticais em imagens in vivo das amostras dos doentes maiores, para desvendar ainda mais a sua relevância clínica em declínio cognitivo e demência, e estabelecer essas lesões como um novo biomarcador da doença cerebral pequena embarcação.

Introdução

A aplicação de ultra-alto campo 7 Tesla (T) MRI em estudos paciente está evoluindo rapidamente ^1. Este documento apresenta uma aplicação representativa de T7 MRI no contexto de doença vascular cerebral no cérebro humano envelhecimento. A doença cerebrovascular é a principal causa do declínio cognitivo e demência. Esta contribuição à demência vascular freqüentemente envolve os pequenos vasos do cérebro, tais como arteríolas, pequenas veias e capilares. Assim, é referido como doença cerebral de pequenos vasos (SVD) ^2. Uma vez que os pequenos vasos cerebrais são demasiado pequenos para capturar com ressonância magnética convencional, apenas as consequências da SVD - ou seja, a lesão do tecido resultante - pode ser visualizado. Isso inclui hyperintensities branco assunto, micro hemorragias cerebrais, infartos lacunares e ^3.

Outras manifestações importantes da SVD são microinfartos cerebrais ^(CMIS) 4. Estudos de autópsias relatam alta prevalência de CMIS em vascular demência e doença de Alzheimer ^5. No entanto, devido às suas pequenas dimensões (variando de 50 pM a poucos milímetros) que escapar à detecção de ressonância magnética convencional ^4,5. 7T MRI fornece imagens de alta resolução com uma melhor relação de sinal-para-ruído-e o contraste, o que permite a detecção de determinadas estruturas de lesões e para além do limite de detecção de ressonância magnética convencional. Esta técnica foi aplicada para detectar, portanto, CMIS. Para identificar possíveis CMIS, muitas in vivo scans 7T RM foram previamente selecionados para lesões com tamanhos <5 mm e de imagem características consistentes com propriedades isquêmicos. Tais lesões pode ser identificado de forma fiável no córtex. Estas lesões alongadas focais foram hiperintensa em T7 DOM (voxels 0,8 mm isotrópico), restrita ao córtex e parecia se estender desde a superfície cortical, hiperintensa em T2 (voxels 0,7 mm isotrópicos), e hipointensa em T1 (1,0 mm voxels isotrópicos). Foi confirmado que estas lesões eram CMIS corticais usando umMR-guided abordagem histopatologia em ^6,7 post-mortem do tecido cerebral humano.

Aqui, o protocolo ex vivo RM é apresentada que foi usada em estudos prévios para a validação histopatológico de CMIS corticais. Em segundo lugar, as orientações são fornecidas para a avaliação da CMIS corticais em in vivo 7T MRI. Finalmente, a avaliação do CMIS corticais em T7 foi traduzido para mais amplamente disponível 3T MRI, e as diretrizes são fornecidos como identificar CMIS corticais no 3T.

Protocolo

O uso de amostras de autópsia e in vivo imagens de RM para este protocolo foi em conformidade com os regulamentos locais e aprovado pelo comitê de ética local do University Medical Center Utrecht (UMCU).

1. MR-guided histopatológico Validação de Cortical microinfartos

1. Ex vivo RM
   1. Ao manusear tecido cerebral, sempre usar luvas e vestuário de protecção adequado.
   2. Com base na questão de pesquisa, selecione adequadas, de preferência de 10 mm de espessura, placas cerebrais fixados em formol. As placas cerebrais para este papel foram derivados do departamento de neuropatologia do UMCU e Centro Médico da Universidade VU (VUMC), com base em patologia conhecida Alzheimer.
      1. Formalina-fix cérebros inteiros de, pelo menos, 3-4 semanas de imersão em formalina a 10%, antes do corte. Corte os cérebros em lajes coronais, que contém ambos os hemisférios.
      2. Para a digitalização post-mortem, selecione, por exemplo, sla três cérebroBS por cérebro, feita a partir de córtex frontal, temporo-parietal e occipital do cérebro. O protocolo atual é otimizado para o uso de três placas cerebrais coronais, que contém ambos os hemisférios, em uma sessão de digitalização.
   3. Tirar fotografias das placas cerebrais em ambos os lados (dorsal e caudal), e tomar notas cuidadosas (ou fazer esboços) da orientação das lajes no recipiente e no scanner, para mais tarde co-localização de histologia com ressonância magnética.
   4. Encha um recipiente construído para o efeito (Figura 1) - neste caso, um que se encaixa dentro da bobina cabeça MR - com formalina a 10% fresco à temperatura ambiente. Se o sinal de ressonância magnética a partir do fluido é indesejada, o uso de um lubrificante de perfluoropoliéter (PFPE) com uma densidade conveniente, em vez de formalina (como Fomblin ou Galden PFPE). Certifique-se de usar uma câmara de fluxo ao manusear formalina.
   5. Ao colocar as placas cerebrais no recipiente, certifique-se para evitar bolhas de ar. Remover a maior parte das bolhas de ar por suavemente shaking do tecido, quer à mão, ou utilizando um banho com agitação, ou ultra-som.
   6. Certifique-se as placas não pode mover-se no interior do recipiente e limitar a quantidade de fluido necessária, por meio de um recipiente menor para manter as placas no lugar (Figura 1).
   7. Cobrir o recipiente de plástico ou com parafilme, para evitar a evaporação e para proteger o MR (cabeça) da bobina de contaminação potencial (Figura 2).
   8. Use um scanner de corpo inteiro 7T MRI com uma bobina adequada. Neste protocolo a transmissão de dupla e de 32 canais receber bobina de cabeça é usado.
   9. Coloque o recipiente dentro da bobina de cabeça, enrolada em uma toalha ou cirúrgico underpad, para evitar a potencial derramamento de líquidos. Certifique-se o recipiente não pode mover-se, e que as placas permanecem na posição horizontal (figura 2).
   10. Execute uma verificação de pesquisa que podem ser usados ​​para o planejamento dos scans de alta resolução, correto inhomogeneity B0 usando uma ferramenta de calços adequado, e calibrar o poder RFpara se obter os ângulos correctos aleta (as lajes de alguns requerem menos energia em comparação com in vivo de varrimento de uma cabeça inteira) de acordo com o protocolo do fabricante.
   11. Planejar as aquisições de alta resolução na varredura levantamento, para garantir as placas cerebrais estão totalmente incluídos na vista campo de. Digitalize as placas cerebrais O / N com as aquisições de alta resolução apresentados na Tabela 1, que são otimizados para ex vivo de imagens. O protocolo de aquisição aqui apresentado inclui uma imagem ponderada DOM 3D, T2 e T1 com uma resolução isotrópica de 0,4 mm, e um T2 * ponderada imagem com uma resolução isotrópico de 0,18 mm.
   12. Identificar os processos automáticas de software que possam interromper a digitalização, como automatizados up-datas que são executados O / N, ou avisos para a estimulação de nervos periféricos, e certifique-se os procedimentos do scanner não será interrompido por estes.
   13. Monitorar o scanner O / N para possíveis confirmação de pop-ups que podem interromper a digitalização, usando, por exemplo, uma conexão VPN.
   14. Voltar na manhã seguinte (depois de um tempo de varredura total de aproximadamente 12 hr no protocolo atual). Armazene as placas cerebrais em formalina, limpar.
   15. Salve as imagens para um disco rígido externo.

Figura 1. Preparação de placas cerebrais fixados em formol para a digitalização post-mortem em T7 ressonância magnética. Um recipiente Perspex propositadamente construído é preenchido com 10% de formalina ou um lubrificante perfluoropoliéter (PFPE) se o sinal MRI do fluido é indesejada. Três de 10 mm de espessura, placas cerebrais coronais fixados em formalina são colocados no recipiente. Um recipiente mais pequeno é usada para manter as placas no lugar. Tape o segundo recipiente para o primeiro, para evitar o movimento.

Figura 2. Colocaçãode recipiente construído para o efeito na cabeça da bobina T7. Cobrir o recipiente de plástico com parafilme ou para evitar a evaporação da formalina. Coloque o recipiente, fechado em uma toalha ou underpad cirúrgica, na bobina cabeça de um scanner MR T7. Certifique-se o recipiente não pode mover-se, e que as placas de permanecer em posição horizontal.

2. Histopatologia
   1. Identificar possíveis CMIS corticais - ou outras lesões de interesse - nas imagens adquiridas. Estas lesões são os alvos para análise histológica. Cuidado com os artefatos, tais como danos post-mortem de tecidos (que às vezes aparecem na superfície de placas cerebrais devido a cortes) ou artefatos de armazenamento formalina a longo prazo (por exemplo, hypointensities MRI grosseiros que representam mudanças neuropil ^8).
      Nota: Diferentes subtipos histopatológicos da CMIS corticais têm diferentes características de RM. Para mais detalhes sobre os subtipos CMI, o leitor é remetido para um recente estudo ex vivo ^7.
   2. After a identificação de possíveis CMIS corticais nas imagens de RM, provar a região de interesse para validação histopatológico. Certifique-se de cortar uma região, contendo marcos anatômicos, por correspondência posterior da ressonância magnética com a histopatologia. Execute histopatologia padrão, como seguida (mas outras abordagens também podem ser aplicadas).
   3. Cortar uma região de aproximadamente 30 x 20 x 5 ^mm3 contendo uma possível CMI cortical.
   4. Para obter amostragem precisas, estimar a localização da lesão pela espessura de corte das imagens de RM, e arquitetura do tecido. Cortadas manualmente o tecido ligeiramente acima da localização da lesão estimativa para limitar a quantidade de cortes seriados (após imersão em parafina) que é necessária para o direccionamento da lesão.
   5. Certifique-se o tecido da amostra se encaixa uma cassete de tecido. Coloque a superfície a ser cortada de face para baixo no cassete.
   6. Mantenha todas as cassetes de tecido em formalina a 10%, até que o processamento do tecido.
   7. Processar o tecido para inclusão em parafina. Isto envolve geralmente um procedimento automatizado da desidratação do tecido, por meio de uma série de álcool graduado (por exemplo, 70% a 95% a 100%) banhos, e compensação do tecido em xileno.
   8. Incorporar o tecido em blocos de parafina. Assegurar a superfície a ser cortado fica voltada para cima, após a incorporação.
   9. Corte 4-6 mm cortes seriados com um micrótomo, até que a lesão alvo é recuperado.
   10. Flutuador as secções na superfície de um banho de água a 37 ° C. Monte as secções em lâminas de vidro. Colocar as lâminas em um bloco de aquecimento para ligar o tecido ao vidro. Loja desliza O / N à temperatura ambiente.
   11. Executar uma coloração adequada (por exemplo, H & E coloração) nas primeiras seções, manter seções em branco adjacentes para uso posterior (por exemplo, imuno-histoquímica).
   12. Lamela as secções H & E manchada, utilizando uma gota de meio de escolha de montagem. Abaixe o deslizamento, evitando bolhas de ar.
   13. Estude as seções usando um microscópio de luz, em um mag apropriadonification. Compare seções para as imagens de RM previamente obtidos.

2. Avaliar microinfartos corticais em In Vivo 7T MRI

1. Execute 7T MRI na população de pacientes de seu interesse, utilizando o protocolo vivo em MRI (que inclui pelo menos um dom 3D), conforme descrito ^no ponto 6.
2. Avaliar CMIS corticais nas imagens in vivo 7T MR conforme detalhado nas etapas a seguir, utilizando os seguintes critérios de classificação 7T para CMIS: CMIS corticais são hipersinal em FLAIR (com ou sem um centro hipointenso), hiperintensa em T2, hipointenso em T1, detectável em pelo menos dois pontos de vista do cérebro (por exemplo, sagital e transversal), restrita ao córtex, distinto espaços perivasculares, com uma maior dimensão ≤4 mm ^6,7.
3. Use uma interface com três visualizadores de imagem, para ver simultaneamente FLAIR, T1, T2 e imagens, por exemplo, MeVisLab (Figura 3). Esta plataforma allows para incorporar vários telespectadores e de colocar marcadores sobre possíveis locais de lesão.
4. Primeiro avaliar um hemisfério em FLAIR em vista sagital. Tela de todo o córtex para lesões hiperintensas. Qualquer hyperintens lesão ≤4 mm é um possível CMI. Coloque marcadores clicando em cada possível CMI.
5. Repita para o outro hemisfério.
6. Verifique todos os locais marcados em T1 e T2. Descarte um local que não seja hipointenso em T1 ou T2 hiperintensa em.
7. Avaliar vista transversal, em FLAIR, T1, e T2. Descarte um local que não seja visível. Confira a vista coronal em caso de dúvida.
8. Cuidado com os artefatos de ressonância magnética e variações anatômicas (especialmente bordas sulcamento).
9. Salvar marcadores.

Figura 3. Exemplo plataforma de visualização de imagem para a avaliação da microinfartos corticais. Uma interface é usada, integrated em MeVisLab. Este programa permite incorporar vários visualizadores em simultâneo, para alternar facilmente entre sagital / transversal / orientação coronal, e de colocar marcadores e salvar sobre possíveis locais de lesão. (Diferentes marcadores podem ser escolhidos para diferentes tipos de lesões).

3. Avaliação microinfartos corticais em In Vivo 3T MRI

1. Adquirir imagens de RM 3T da população paciente de seu interesse. Os dados existentes podem também ser usadas, desde que o protocolo de ressonância magnética continha pelo menos um T1 3D, e um toque e T2.
2. Avaliar CMIS corticais nas imagens in vivo 3T MR conforme detalhado nas etapas a seguir, utilizando os seguintes critérios de classificação 3T para CMIS: CMIS corticais são hipointenso em T1 (isointensa com CSF), detectável em pelo menos dois pontos de vista do cérebro (por exemplo sagital e transversal), restrito ao córtex, distinto de espaços perivasculares, com uma maior dimensão ≤4 mm.
   1. Explorar o local de um Hypointense lesão cortical encontrado no T1 e T2 em FLAIR imagens ponderadas. Classifique a lesão como um provável cortical CMI se a localização é hyperintense ou isointensa (com a matéria cinzenta) no DOM e T2. Descartar a lesão se no mesmo local um sinal hipointensa é encontrado em T2, que indica a lesão hipointensa T1 é, quer devido a uma lesão hemorrágica, um navio, ou um artefacto. Em caso de dúvida, verifique o local em um T2 * imagem ponderada ^9.
3. Usar a mesma interface, tal como descrito acima.
4. Primeiro avaliar um hemisfério em T1 em vista sagital. Tela de todo o córtex para lesões hypointense focais. Qualquer lesão hipointensa ≤4 mm é um possível CMI. Coloque marcadores clicando em cada possível CMI.
5. Repita para o outro hemisfério.
6. Avaliar transversal T1, e verifique simultaneamente todos os locais marcados no DOM transversal e T2. Regard a localização como um provável CMI se é hyperintense ou isointensa no DOM e T2. Descarte um i localizaçãof parece ser um artefato ou variação anatômica. Descarte de uma localização se é hipointenso em T2.
7. Cuidado com os artefatos que parecem CMIS em T1 imagens ponderadas, especialmente tocar artefatos nas 'bordas' do cérebro que aparece em vários giros adjacente, atente para as bordas dos sulcos, atente para navios de grande porte nos lobos temporais (no os pólos). Finalmente, recomenda-se a descartar possíveis CMIS corticais em tecido nas proximidades de um enfarte cortical maior.
8. Salvar marcadores.

Resultados

Uma impressão da alta resolução e alta qualidade de imagem de uma seqüência ex vivo adquirido em T7 é fornecida aqui (Figura 4). Este é um T2 3D * ponderada ex vivo de digitalização, com uma resolução de isotrópico de 0,18 mm. O tecido foi derivada a partir de uma de 84 anos de idade do sexo feminino demente com doença de Alzheimer patologicamente provado e grave angiopatia amilóide cerebral (CAA). O d...

Discussão

CMIS têm atraído cada vez mais atenção nos últimos anos. Um crescente corpo de evidências derivadas de estudos de autópsia identificou CMIS como contribuintes importantes para o declínio cognitivo e demência ^4,5 relacionada com a idade. CMIS são agora detectável em T7 e também 3T MRI. Otimização e padronização de protocolos de avaliação para estas lesões irá apoiar a rápida implementação de detecção CMI robusto e válido em estudos de coorte em todo o mundo. Isto irá permitir uma ava...

Materiais

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