Name: magnetic resonance imaging of multiple sclerosis at 7.0 tesla
Uploaded: 2021-02-19T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Magnetic Resonance Imaging of Multiple Sclerosis at 7.0 Tesla at JoVE.com

Dette projekt (T.N.) har delvist modtaget støtte fra Det Europæiske Forskningsråd (ERC) under EU's Horisont 2020-forsknings- og innovationsprogram i henhold til tilskudsaftale nr. 743077 (ThermalMR). Forfatterne ønsker at takke holdene på Berlin Ultrahigh Field Facility (B.U.F.F.), Max Delbrueck Center for Molecular Medicine i Helmholtz Association, Berlin, Tyskland; på Sveriges nationale 7T-facilitet, Lund University Bioimaging Center, Lund Universitet, Lund, Sverige og på ECOTECH-COMPLEX, Maria Curie-Skłodowska University, Lublin, Polen for teknisk og anden bistand.

Denne protokol er til undersøgelser, der er godkendt af den etiske komité i Charité - Universitätsmedizin Berlin (godkendelsesnummer: EA1/222/17, 2018/01/08) og databeskyttelsesafdelingen og corporate governance i Charité - Universitätsmedizin Berlin. Der er indhentet informeret samtykke fra alle forsøgspersoner, inden de blev inkluderet i undersøgelsen.
1. Forsøgspersoner
BEMÆRK: Rekruttering af MS-patienter finder normalt sted på få dage op til nogle uge...

Protokollen præsenteres her beskriver en række MR-scanninger med forskellige kontraster, der typisk anvendes ved undersøgelse ms patienter på 7,0 T. Sammen med nye teknologiske udviklinger, de giver grundlag for udforskninger i mere avancerede applikationer i metaboliske eller funktionelle billeddannelse.
Bortset fra hjernelæsioner påvirker læsioner i rygmarven ofte MS-patienter, der forårsager motorisk, sensorisk og autonom dysfunktion. Men rygmarvsscanning, især på 7,0 T, er teknis...

Multipel sklerose (MS) er den mest almindelige kroniske inflammatoriske og demyelilinerende sygdom i centralnervesystemet (CNS), der forårsager udtalt neurologisk handicap hos yngre voksne og fører til langvarig handicap1,2. Det patologiske kendetegn ved MS er ophobningen af demyelinerende læsioner, der forekommer i hjernens grå og hvide stof og også diffus neurodegeneration i hele hjernen, selv i normalt forekommende hvidt stof (NAWM)3,4. MS patologi tyder på, at betændelse driver vævsskade på alle stadier af sygdommen, selv i de progressive stadier af sygdommen5. De første kliniske manifestationer af MS ledsages almindeligvis af reversible episoder af neurologiske underskud og omtales som et klinisk isoleret syndrom (CIS), når det kun tyder på MS6,7. I mangel af en klar SNG bør der udvises forsigtighed ved at stille en MS-diagnose: Diagnosen skal bekræftes ved opfølgning, og indledning af langsigtede sygdomsmodificerende behandlinger bør udskydes, indtil yderligere beviser8.
Magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) er et uundværligt værktøj til diagnosticering af MS og overvågning af sygdomsprogression9,10,11. MR ved magnetfelt styrker på 1,5 T og 3 T repræsenterer i øjeblikket et afgørende diagnostisk værktøj i klinisk praksis til at opdage spin-spin afslapning tid vægtet (T2)hyperintense læsioner og etablere præcis diagnose af MS baseret på den nuværende version af 2017 McDonald kriterier8. Diagnostiske kriterier for MS understreger behovet for at påvise udbredelse af læsioner i tid og rum og for at udelukke alternative diagnoser8,12. Kontrastforstærket MR er den eneste metode til vurdering af akut sygdom og akut inflammation8, men stigende bekymringer vedrørende potentiel langsigtet gadoliniumhjerneaflejring kan potentielt begrænse kontrastapplikationen som et vigtigt diagnostisk værktøj13,14,17. Derudover kan differentiering af MS læsioner fra hjernen hvide stof læsioner af anden oprindelse undertiden være udfordrende på grund af deres ligner morfologi ved lavere magnetfelt styrker.
Mens MR er helt sikkert det bedste diagnostiske værktøj for MS-patienter, MR undersøgelser og protokoller bør følge retningslinjerne for Magnetic Resonance Imaging i MS gruppe (MAGNIMS) i Europa18,19 eller konsortiet af multipel sklerose Centers (CMSC) i Nordamerika20 for diagnosticering, prognose og overvågning af MS patienter. Standardiserede kvalitetskontrolundersøgelser i overensstemmelse med de seneste retningslinjer på tværs af forskellige hospitaler og lande er også afgørende21.
MR-protokoller skræddersyet til MS diagnose og sygdom progression overvågning omfatter flere MR-kontraster, herunder kontrast styret af langsgående afslapning tid T1, spin-spin afslapning tid T2, den effektive spin-spin afslapning tid T2*, og diffusion vægtet billeddannelse (DWI)22. Harmoniseringsinitiativerne indeholdt konsensusrapporter for MRI i medlemsstaterne for at bevæge sig i retning af standardiserede protokoller , der letter klinisk oversættelse og sammenligning af data på tværs af websteder23,24,25. T2-vægtet billeddannelse er veletableret og anvendes ofte i klinisk praksis til identifikation af hvide stof (WM) læsioner, som er karakteriseret ved hyperintense udseende26,27. Wm-læsionbelastningen er et vigtigt diagnostisk kriterium for MS28, men korrelerer kun svagt med klinisk handicap på grund af dets manglende specificitet for læsionens sværhedsgrad og den underliggende patofysiologi26,27,29. Denne observation har udløst udforskninger i parametrisk kortlægning af den tværgående afslapningstid T2 30. T2*-vægtet billeddannelse er blevet stadig vigtigere i billeddannelse MS. Det centrale veneskilt i T2* vægtet MR anses for at være en specifik billedmarkør for MS-læsioner27,31,32,33. T2* er følsom over for jernaflejring34,35, som kan vedrøre sygdomsvarighed, aktivitet og sværhedsgrad36,37,38. T2* blev også rapporteret til at afspejle ændringer i hjernevæv hos patienter med mindre underskud og tidlig MS og kan derfor blive et redskab til at vurdere udviklingen af MS allerede på et tidligt stadium39,40.
Forbedringer i MR-teknologi lover bedre at identificere ændringer i CNS af MS-patienter og give klinikere en bedre guide til at øge nøjagtigheden og hastigheden af en MS diagnose11. Ultrahøjt felt (UHF, B0≥7.0 T) MR-scanning nyder godt af en stigning i signal-til-støj-forholdet (SNR), der kan investeres i forbedrede rumlige eller tidsmæssige opløsninger, begge nøglen til overlegen billeddannelse for mere præcise og endelige diagnoser41,42. Transmissionsfelt (B1+) inhomogeneiteter, der er en negativ egenskab ved den 1H-radiofrekvens, der anvendes ved ultrahøje magnetfelter43, ville drage fordel af multikanaltransmission ved hjælp af parallelle transmissionsspoler (pTx) RF-spoler og RF-pulsdesigntilgange, der forbedrer B1+ homogenitet og dermed letter ensartet dækning af hjernen44.
Med fremkomsten af 7,0 T MR har vi opnået mere indsigt i demyelinerende sygdomme som MS med hensyn til øget følsomhed og specificitet af læsiondetektering, identifikation af central veneskilt, leptomeningeal ekstraudstyr og endda med hensyn til metaboliske ændringer45. MS læsioner har længe været vist fra histopatologiske undersøgelser til at danne omkring vener og venule46. Den perivenøse fordeling af læsioner (central vene tegn) kan identificeres med T2* vægtet MRI46,47,48 ved 3,0 T eller 1,5 T, men kan bedst identificeres med UHF-MR ved 7,0 T49,50,51,52. Bortset fra det centrale venetegn har UHF-MR ved 7,0 T forbedret eller afdækket MS-specifikke markører som hypunktensekantstrukturer og differentiering af MS gråstoflæsioner53,54,55,56. En bedre afgrænsning af disse markører med UHF-MR lover at overvinde nogle af udfordringerne ved at differentiere MS læsioner fra dem, der forekommer i andre neuroinflammatoriske tilstande såsom Susac syndrom53 og neuromyelitis optica54, samtidig med at der identificeres almindelige patogenetiske mekanismer under andre forhold eller varianter af MS som Balós koncentriske sklerose57,58.
I erkendelse af uhf-MRI's udfordringer og muligheder for påvisning og differentiering af MS-læsioner beskriver denne artikel vores nuværende tekniske tilgang til at studere cerebrale hvide og grå stoflæsioner hos MS-patienter ved 7.0 T ved hjælp af forskellige billedteknikker. Den opdaterede protokol omfatter udarbejdelse af MR-opsætningen, herunder radiofrekvens (RF) spoler skræddersyet til UHF-MR, standardiseret screening, sikkerhed og interview procedurer med MS patienter, patient positionering i MR-scanneren og erhvervelse af hjernescanninger dedikeret til MS. Artiklen er beregnet til at guide billeddiagnostiske eksperter, grundlæggende forskere, kliniske forskere, translationelle forskere og teknologer med alle niveauer af erfaring og ekspertise lige fra praktikanter til avancerede brugere og applikationer eksperter inden for UHF-MR-scanning i MS patienter, med det ultimative mål at synergistisk forbinder teknologiudvikling og klinisk anvendelse på tværs af disciplinære domæner.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>7T TX/RX 24 Ch Head Coil</td>
			<td>Nova Medical, Inc., Wilmington, USA</td>
			<td>NM008-24-7S-013</td>
			<td>1-channel circular polarized (CP) transmit (Tx), 24-channel receive (Rx) RF head coil</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetom 7T System</td>
			<td>Siemens Healthineers, Erlangen, Germany</td>
			<td>MRB1076</td>
			<td>7.0 T whole body research scanner</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>syngoMR B17 Software</td>
			<td>Siemens Healthineers, Erlangen, Germany</td>
			<td>B17A</td>
			<td>image processing software for the Magnetom 7T system</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

magnetic resonance imaging of multiple sclerosis at 7.0 tesla

Det overordnede mål med denne artikel er at demonstrere en state-of-the-art ultrahøj felt (UHF) magnetisk resonans (MR) protokol af hjernen på 7,0 Tesla i multipel sklerose (MS) patienter. MS er en kronisk inflammatorisk, demyelitning, neurodegenerativ sygdom, der er karakteriseret ved hvide og grå stoflæsioner. Påvisning af rumligt ogtidsmæssigt formidlede T 2-hyperintense læsioner ved brug af MR ved 1,5 T og 3 T repræsenterer et afgørende diagnostisk værktøj i klinisk praksis til at etablere nøjagtig diagnose af MS baseret på den nuværende version af McDonald-kriterierne fra 2017. Differentieringen af MS læsioner fra hjernen hvide stof læsioner af anden oprindelse kan undertiden være udfordrende på grund af deres ligner morfologi ved lavere magnetfelt styrker (typisk 3 T). Ultrahøj felt MR (UHF-MR) nyder godt af øget signal-til-støj-forhold og forbedret rumlig opløsning, både nøglen til overlegen billeddannelse for mere præcise og endelige diagnoser af subtile læsioner. Derfor har MR-scanning ved 7.0 T vist opmuntrende resultater for at overvinde udfordringerne ved MS differentialdiagnose ved at levere MS-specifikke neuroimaging markører (f.eks central vene tegn, hypointense fælg strukturer og differentiering af MS grå stof læsioner). Disse markører og andre kan identificeres ved andre MR-kontraster end T1 og T2 (T2*, fase, diffusion) og væsentligt forbedre differentiering af MS læsioner fra dem, der forekommer i andre neuroinflammatoriske tilstande såsom neuromyelitis optica og Susac syndrom. I denne artikel beskriver vi vores nuværende tekniske tilgang til undersøgelse cerebral hvid og grå stof læsioner hos MS patienter på 7,0 T ved hjælp af forskellige MR erhvervelsesmetoder. Den opdaterede protokol omfatter udarbejdelse af MR-opsætningen, herunder radiofrekvensspoler, der er tilpasset UHF-MR, standardiserede screenings-, sikkerheds- og interviewprocedurer med MS-patienter, patientpositionering i MR-scanneren og erhvervelse af dedikerede hjernescanninger, der er skræddersyet til undersøgelse af MS.

En 26-årig kvinde diagnosticeret med tilbagefald remitterende MS (RRMS) blev undersøgt på 7,0 T ved hjælp af ovenstående protokoller (Figur 11). Nogle forvrængninger i B1+ profilen kan observeres i MR-billederne. Dette forventes, når man flytter til højere resonansfrekvenser43; de kortere bølgelængder øger destruktiv og konstruktiv interferens105,<sup class="x...

Watch this Scientific Journal Video about Magnetic Resonance Imaging of Multiple Sclerosis at 7.0 Tesla at JoVE.com

Magnetic Resonance Imaging of Multiple Sclerosis at 7.0 Tesla

Her præsenterer vi en protokol til at erhverve magnetisk resonans (MR) billeder af multipel sklerose (MS) patient hjerner på 7,0 Tesla. Protokollen omfatter forberedelse af opsætningen, herunder radiofrekvensspoler, standardiserede interviewprocedurer med MS-patienter, emnepositionering i MR-scanneren og MR-dataindsamling.

Magnetisk resonansbilleddannelse af multipel sklerose ved 7.0 Tesla

The overall goal of this article is to demonstrate a state-of-the-art ultrahigh field (UHF) magnetic resonance (MR) protocol of the brain at 7.0 Tesla in ...

Denne tekniske tilgang kan anvendes til at studere cerebral hvid og grå stof læsioner hos MS patienter med større detaljer på 7,0 Tesla. Den største fordel er, at vi kan undersøge hjerneændringer med større detaljer ved 7,0 Tesla sammenlignet med lavere magnetfeltstyrker. Den forbedrede rumlige opløsning er muliggjort af det øgede signal-til-støj-forhold og af følsomhedsforøgelsen ved 7.0 Tesla.Formidling af disse metoder vil være betydelig, da de bør danne grundlag for andre forskere, der starter MS-studier på 7.0 Tesla, og det er hovedformålet er at få yderligere indsigt i MS-patologien. Det vil være Antje Els, der er radiograf og sygeplejerske fra vores anlæg. Når motivet er klar, skal du ledsage dem til 7T MR-scannerrummet og bede motivet om at ligge på scanningsbordet ved hjælp af puder, bladepuder og tæpper for at gøre motivet så behageligt som muligt.Tilslut en MR-sikker puls oximeter til motivet og give ørepropper og en håndholdt klemme bold, der skal anvendes under undersøgelsen i tilfælde af nødsituation. Bed motivet om at bevæge sig tættere på radiofrekvens hovedspolen og få motivet til at lukke øjnene, mens bordet flyttes meget langsomt, indtil laserpositionering er i fuld overensstemmelse med markøren krydset oven på spolen. Når du har gemt denne position, skal du flytte emnetabellen meget langsomt til ISO-midten af MR-scanneren, mens du forklarer motivet, at eventuelle bivirkninger skal løses, så snart bordet går i stå.Når du har forladt scannerrummet, skal du bruge samtaleanlægget til at bekræfte hørbar kommunikation med motivet i scanneren. Før du erhverver scanningsdataene, skal du indtaste de krævede emneoplysninger, herunder emne-id, fødselsdato, køn, alder og vægt samt undersøgelsesoplysningerne, såsom studienavnet, institutionen og den person, der udfører MR-undersøgelsen. Vælg lokaliseringsenhed, og markér sekvensen.Vælg indstillinger og justeringer, og vælg gå under frekvensfanen. Under fanen sender skal du indstille spændingen efter behov for den radiofrekvensspole og forstærker, der bruges, og klik på anvend. Vælg målpunkt under en 3D-shim.Når B0-kortet genereres, skal du vælge beregn for at hente shim-værdierne. Når shim-værdierne stemmer overens med den forrige værdi, skal du kontrollere, at basisfrekvensen om centrerer sig igen, og vælg anvend og luk. Brug derefter mindst tre udsnit pr. retning for at sikre, at alle kanalerne er valgt, og tryk på anvend for at køre localizersekvensen i sagittal-, tværgående og koronaroriorienteringer.Hvis du vil anskaffe en 3D MPRAGE-sekvens, skal du bruge zoom- og panoreringsværktøjet til at zoome ind og flytte synsfeltet på lokaliseringsbillederne og justeringsvolumen. Sørg for, at alle kanalerne er valgt, og klik på Anvend for at erhverve sekvensen i sagittal orientering i overensstemmelse med den interhemisfæriske revne. Hvis du vil køre en FLAIR-sekvens, skal du kopiere geometrien i synsfeltet i samme sagittale retning og justeringsvolumen som for MPRAGE-scanningen, idet du tager sig af, at fasekodningen er i forreste til posterior-retning, og at alle kanaler er valgt, og tryk på anvend for at starte scanningen.Hvis du vil køre en FLASH-ME, skal du justere synsfeltet i henhold til motivets anatomi ved hjælp af 3D MPRAGE- og lokaliseringsbillederne for at planlægge geometrien og bruge zoom- og panoreringsværktøjet til manuelt at justere synsfeltet, så hele hovedet er i midten. Vip hovedet således, at den nedre grænse af synsfeltet er i overensstemmelse med den nederste corpus callosum linje, før du justerer den øverste lag ende med kraniet callate. Rediger justeringsvolumen, hvis den ikke længere er justeret med geometrivolumenet, og kør de manuelle 3D-shimming- og frekvensjusteringer igen, før du klikker på Anvend for at køre sekvensen.For modtagelighedsvægtet billeddannelse skal du omarrangere synsfeltet, så skivepladen flyttes i kranieretningen, og den øverste kant er justeret med kraniets hårdhed. Fortræng pladen i ventral eller dorsal retning, så hjernen er helt i midten af synsfeltet. Rediger justeringsvolumen, hvis den ikke længere er justeret med geometrivolumenet, og kør de manuelle 3D-shimming- og frekvensjusteringer igen, før du klikker på Anvend for at starte scanningen.For kvantitativ modtagelighed kortlægning, flytte skiven stakken cranially, så det øverste lag er på linje med kraniet callate og køre den manuelle 3D shimming og frekvens justeringer for at sikre, at alle kanalerne er valgt. Klik derefter på Anvend for at køre sekvensen. For diffusionsvægtet billeddannelse skal du vælge en 2D-ekkoplanarbilledsekvens og bruge lokaliseringsbillederne til at planlægge geometrien i den tværgående retning uden at introducere nogen kantulation.Flyt synsfeltet, så den øverste linje i lagblokken er justeret med kraniets kaldebog. Når hjernen er nøjagtigt i midten af synsfeltet, skal du sørge for, at fasekodning er i forreste til posterior retning, at 64 forskellige diffusion kodning retninger er valgt, og at B-værdierne er indstillet til 0 og 1,000 sekunder per millimeter kvadrat, før du klikker gælder for at køre sekvensen. For at annullere eventuelle forvrængning artefakter, erhverve den samme ekko planar imaging sekvens, men ved hjælp af den omvendte polaritet af fase kodning retning ved hjælp af den version af ekko planar imaging sekvens med fase kodning i den bageste til forreste retning.Indstil retningen til 180 grader, hvis det er nødvendigt, og bekræft, at der er valgt 64 forskellige diffusionskodningsretninger, men kun én B-værdi på nul sekunder pr. kvadrat millimeter, hvilket vil reducere scanningstiden betydeligt, men vil være tilstrækkelig til at korrigere eventuelle forvrængningsartefakter under efterbehandlingen. Klik derefter på Anvend for at køre sekvensen. Så snart den sidste sekvens er færdig og blevet rekonstrueret, vil MR-scanningen være klar.Når alle billederne er helt erhvervet, skal du flytte emnetabellen langsomt væk fra SCANNERENS ISO-centrum og tjekke ind med motivet vedrørende eventuelle bivirkninger fra under eller efter målingerne. I denne analyse blev en 26-årig kvinde diagnosticeret med tilbagefald, der overførte MS, undersøgt på 7.0 Tesla som demonstreret. Nogle forvrængninger i B1 plus profil kan observeres i MR-billeder, som forventes, når du flytter til højere resonans frekvenser som kortere bølgelængder øge destruktive og konstruktive interferenser.Som observeret giver sagittal og tværgående synspunkter forskellige kontraster i hjernebillederne. Selv om MS-diagnosen efterfølgende blev udfordret på grund af en stigning i T2-læsioner og flere kliniske tilbagefald med ufuldstændig remission, støttede 7T MR-scanning MS-diagnosen ved at afsløre det centrale venneskilt i de fleste paraventrikulære og juxtakortikale læsioner. MS-diagnosen blev yderligere bekræftet af kortikale patologi- og hypointense randstrukturer omkring en delmængde af T2 hyperintense læsioner.Disse teknikker er afledt af stærke samarbejder mellem MR fysik, billeddannelse videnskaber, neurologi specialister og neuro radiologi eksperter og give nye MS-specifikke neuroimaging markører, såsom en central vene tegn og hypointense rand strukturer på T2 stil vægtede billeder.

Research

JoVE Journal

Medicine

Magnetic Resonance Derived Myocardial Strain Assessment Using Feature Tracking

Purpose: An accurate and practical method to measure parameters like strain in myocardial tissue is of great clinical value, since it has been shown, that ...

Magnetic Resonance Imaging Quantification of Pulmonary Perfusion using Calibrated Arterial Spin Labeling

This demonstrates a MR imaging method to measure the spatial distribution of pulmonary blood flow in healthy subjects 
during normoxia (inspired O2, ...

Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging in the Analysis of Neurodegenerative Diseases

Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging i Analyse af neurodegenerative sygdomme

Diffusion tensor imaging (DTI) techniques provide information on the microstructural processes of the cerebral white matter (WM) in vivo. The present ...

The Multiple Sclerosis Performance Test (MSPT): An iPad-Based Disability Assessment Tool

The Multiple Sclerosis Performance Test MSPT: An iPad-Based Disability Assessment Tool

Multipel sklerose Ydelse Test (MSPT): En iPad-Based Disability Assessment Tool

Precise measurement of neurological and neuropsychological impairment and disability in multiple sclerosis is challenging. We report a new test, the ...

Quantitative Magnetic Resonance Imaging of Skeletal Muscle Disease

Kvantitativ Magnetic Resonance Imaging af Skeletal Muscle Disease

Quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) describes the development and use of MRI to quantify physical, chemical, and/or biological properties of ...

Dynamic Contrast Enhanced Magnetic Resonance Imaging of an Orthotopic Pancreatic Cancer Mouse Model

Dynamisk kontrast Forbedret Magnetic Resonance Imaging af en ortotopisk kræft i bugspytkirtlen Mouse Model

Dynamic contrast enhanced magnetic resonance imaging (DCE-MRI) has been limitedly used for orthotopic pancreatic tumor xenografts due to severe ...

Simultaneous PET/MRI Imaging During Mouse Cerebral Hypoxia-ischemia

Samtidig PET / MR Imaging Under Mouse Cerebral iskæmi Hypoxi-

Dynamic changes in tissue water diffusion and glucose metabolism occur during and after hypoxia in cerebral hypoxia-ischemia reflecting a bioenergetics ...

A Method of Trigonometric Modelling of Seasonal Variation Demonstrated with Multiple Sclerosis Relapse Data

En metode til Trigonometriske Modellering årstidsvariationernes demonstreret med multipel sklerose Relapse data

This report describes a novel Stata-based application of trigonometric regression modelling to  55 years of multiple sclerosis relapse data from 46 ...

A Protocol for the Use of Remotely-Supervised Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) in Multiple Sclerosis (MS)

A Protocol for the Use of Remotely-Supervised Transcranial Direct Current Stimulation tDCS in Multiple Sclerosis MS

En protokol for brug af Fjernt-Overvåget Transcranial jævnstrøm Stimulation (TDCs) i multipel sklerose (MS)

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that uses low amplitude direct currents to alter cortical ...

Cardiac Magnetic Resonance Imaging at 7 Tesla

Hjerte Magnetic Resonance Imaging på 7 Tesla

CMR at an ultra-high field (magnetic field strength B0&#160;&#8805; 7 Tesla) benefits from the signal-to-noise ratio (SNR) advantage inherent at higher ...