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 prosjektet (T.N.) har blant annet fått støtte fra Det europeiske forskningsrådet (ERC) under EUs forsknings- og innovasjonsprogram Horizon 2020 under tilskuddsavtale No 743077 (ThermalMR). Forfatterne ønsker å takke lagene ved Berlin Ultrahigh Field Facility (B.U.F.F.F.), Max Delbrueck Center for Molecular Medicine i Helmholtz Association, Berlin, Tyskland; ved Det svenske nasjonale 7T-anlegget, Lund universitets bioimaging Center, Lunds universitet, Lund, Sverige og ved ECOTECH-KOMPLEKSET, Maria Curie-Skłodowska University, Lublin, Polen for teknisk og annen hjelp.

Denne protokollen er for studier som er godkjent av etikkkomiteen i Charité - Universitätsmedizin Berlin (godkjenningsnummer: EA1/222/17, 2018/01/08) og Databeskyttelsesavdelingen og corporate governance av Charité - Universitätsmedizin Berlin. Det er innhentet informert samtykke fra alle før de inngår i studien.
1. Emner
MERK: Rekruttering av MS-pasienter foregår vanligvis noen dager opp til noen uker før MR-undersøkelsene ved 7,0 T.
<ol><li>Rekrutter MS...

Protokollen som presenteres her beskriver en rekke MR-sekvenser med forskjellige kontraster som vanligvis brukes ved undersøkelse av MS-pasienter ved 7.0 T. Sammen med den fremvoksende teknologiske utviklingen gir de grunnlag for undersøkelser i mer avanserte applikasjoner innen metabolsk eller funksjonell avbildning.
Bortsett fra hjerneskader, påvirker lesjoner i ryggmargen ofte MS-pasienter som forårsaker motorisk, sensorisk og autonom dysfunksjon. Men spinalmargsavbildning, spesielt ved...

Multippel sklerose (MS) er den vanligste kroniske inflammatoriske og demyeliniserende sykdommen i sentralnervesystemet (CNS) som forårsaker uttalt nevrologisk funksjonshemming hos yngre voksne og fører til langvarig funksjonshemming1,2. Det patologiske kjennetegnet på MS er akkumulering av demyeliniserende lesjoner som forekommer i hjernens grå og hvite materie og også diffus nevrodegenerasjon i hele hjernen, selv i normal utseende hvit materie (NAWM)3,4. MS-patologi antyder at betennelse driver vevsskade i alle stadier av sykdommen, selv i de progressive stadiene av sykdom5. De første kliniske manifestasjonene av MS ledsages ofte av reversible episoder av nevrologiske underskudd og referert til som et klinisk isolert syndrom (CIS), når det bare antyder MS6,7. I mangel av en klar CIS, bør det utvises forsiktighet ved å stille en MS-diagnose: diagnosen bør bekreftes ved oppfølging og initiering av langsiktige sykdomsmodifiserende terapier bør utsettes, i påvente av ytterligere bevis8.
MAGNETISK resonansavbildning (MR) er et uunnværlig verktøy for å diagnostisere MS og overvåke sykdomsprogresjon9,10,11. MR ved magnetiske feltstyrker på 1,5 T og 3 T representerer for tiden et avgjørende diagnostisk verktøy i klinisk praksis for å oppdage spin-spin avslapningstid vektet (T2) hyperintense lesjoner og etablere nøyaktig diagnose av MS basert på den nåværende versjonen av McDonald-kriteriene8 i2017 . Diagnostiske kriterier for MS understreker behovet for å demonstrere formidling av lesjoner i rom og tid, og å utelukke alternative diagnoser8,12. Kontrastforbedret MR er den eneste metoden for å vurdere akutt sykdom og akutt betennelse8,men økende bekymringer angående potensiell langsiktig gadolinium hjerneavsetning kan potensielt begrense kontrastapplikasjonen som et viktig diagnostisk verktøy13,14,17. I tillegg kan differensiering av MS-lesjoner fra hjernehvite materielesjoner av annen opprinnelse noen ganger være utfordrende på grunn av deres ligner morfologi ved lavere magnetiske feltstyrker.
Selv om MR absolutt er det beste diagnostiske verktøyet for MS-pasienter, bør MR-undersøkelser og protokoller følge retningslinjer for Magnetic Resonance Imaging i MS-gruppen (MAGNIMS) i Europa18,19 eller Consortium of Multiple Sclerosis Centers (CMSC) i Nord-Amerika20 for diagnostisering, prognose og overvåking av MS-pasienter. Standardiserte kvalitetskontrollstudier i samsvar med de nyeste retningslinjene på tvers av forskjellige sykehus og land er også avgjørende21.
MR-protokoller skreddersydd for MS-diagnose og overvåking av sykdomsprogresjon består av flere MR-kontraster, inkludert kontrast styrt av den langsgående avslapningstiden T1, spin-spin avslapningstid T2, den effektive spin-spin avslapningstiden T2*, og diffusjon vektet bildebehandling (DWI)22. Harmoniseringsinitiativer ga konsensusrapporter for MR i MS om å bevege seg mot standardiserte protokoller som letter klinisk oversettelse og sammenligning av data på tvers av områder23,24,25. T2-vektetavbildning er veletablert og brukes ofte i klinisk praksis for identifisering av hvite stoffer (WM) lesjoner, som er preget av hyperintens utseende26,27. Mens wm lesjonsbelastningen er et viktig diagnostisk kriterium for MS28, korrelerer den bare svakt med klinisk funksjonshemming, på grunn av manglende spesifisitet for lesjonsgrad og underliggende patofysiologi26,27,29. Denne observasjonen har utløst undersøkelser i parametrisk kartlegging av den tverrgående avslapningstiden T2 30. T2*-vektet bildebehandling har blitt stadig viktigere i bildebehandling MS. Det sentrale veneskiltet i T2* vektet MR anses å være en bestemt bildemarkør for MS-lesjoner27,31,32,33. T2* er følsom for jernavsetning34,35, som kan forholde seg til sykdomsvarighet, aktivitet ogalvorlighetsgrad 36,37,38. T2* ble også rapportert å reflektere hjernevevsendringer hos pasienter med mindre underskudd og tidlig MS, og kan dermed bli et verktøy for å vurdere utviklingen av MS allerede i et tidlig stadium39,40.
Forbedringer i MR-teknologi lover å bedre identifisere endringer i CNS hos MS-pasienter og å gi klinikere en bedre guide for å forbedre nøyaktigheten og hastigheten til en MS-diagnose11. Ultrahøyt felt (UHF, B0≥7,0 T) MR drar nytte av en økning i signal-til-støy-forhold (SNR) som kan investeres i forbedrede romlige eller tidsmessige oppløsninger, begge nøkkelen til overlegen avbildning for mer nøyaktige og definitive diagnoser41,42. Overføringsfelt (B1+) inhomogeneiteter som er en negativ egenskap av 1H-radiofrekvensen som brukes ved ultrahøye magnetfelt43, vil dra nytte av flerkanalsoverføring ved hjelp av parallell overføring (pTx) RF-spoler og RF-pulsdesigntilnærminger som forbedrer B1+ homogenitet og dermed letter jevn dekning av hjernen44.
Med ankomsten av 7.0 T MR, har vi oppnådd mer innsikt i demyeliniserende sykdommer som MS med hensyn til økt følsomhet og spesifisitet av lesjonsdeteksjon, sentral veneskiltidentifikasjon, leptomeningeal forbedring, og til og med med hensyn til metabolske endringer45. MS lesjoner har lenge blitt vist fra histopatologiske studier for å danne rundt årer og venules46. Den perivenøse fordelingen av lesjoner (sentralt veneskilt) kan identifiseres med T2* vektet MR46,47,48 ved 3,0 T eller 1,5 T, men kan best identifiseres med UHF-MR ved 7,0 T49,50,51,52. Bortsett fra det sentrale veneskiltet, har UHF-MR ved 7,0 T forbedret eller avdekket MS-spesifikke markører som hypointense felgstrukturer og differensiering av MS grå materielesjoner53,54,55,56. En bedre avgrensning av disse markørene med UHF-MR lover å overvinne noen av utfordringene med å differensiere MS-lesjoner fra de som forekommer i andre nevroinflammatoriske forhold som Susac syndrom53 og neuromyelitt optica54, samtidig som de identifiserer vanlige patogenetiske mekanismer under andre forhold eller varianter av MS som Balós konsentriske sklerose57,58.
Denne artikkelen beskriver vår nåværende tekniske tilnærming for å studere cerebral hvite og grå materielesjoner hos MS-pasienter ved 7,0 T ved hjelp av ulike avbildningsteknikker. Den oppdaterte protokollen inkluderer utarbeidelse av MR-oppsettet, inkludert radiofrekvensspolene (RF) skreddersydd for UHF-MR, standardisert screening, sikkerhet og intervjuprosedyrer med MS-pasienter, pasientposisjonering i MR-skanneren og oppkjøp av hjerneskanning dedikert til MS. Artikkelen er ment å veilede bildeeksperter, grunnleggende forskere, kliniske forskere, translasjonsforskere og teknologer med alle nivåer av erfaring og kompetanse som spenner fra traineer til avanserte brukere og applikasjonseksperter innen UHF-MR hos MS-pasienter, med det endelige målet om synergistisk tilkobling av teknologiutvikling og klinisk anvendelse på tvers av disiplinære domener.

<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 målet med denne artikkelen er å demonstrere en toppmoderne ultrahøyfelt (UHF) magnetisk resonansprotokoll (MR) av hjernen ved 7,0 Tesla hos pasienter med multippel sklerose (MS). MS er en kronisk inflammatorisk, demyeliniserende, nevrodegenerativ sykdom som er preget av hvite og grå materie lesjoner. Påvisning av romlige og tidsmessigspredte T 2-hyperintense lesjoner ved bruk av MR ved 1,5 T og 3 T representerer et avgjørende diagnostisk verktøy i klinisk praksis for å etablere nøyaktig diagnose av MS basert på den nåværende versjonen av McDonald-kriteriene for 2017. Imidlertid kan differensiering av MS-lesjoner fra hjernehvite materielesjoner av annen opprinnelse noen ganger være utfordrende på grunn av deres ligner morfologi ved lavere magnetiske feltstyrker (vanligvis 3 T). Ultrahigh field MR (UHF-MR) drar nytte av økt signal-til-støy-forhold og forbedret romlig oppløsning, både nøkkelen til overlegen bildebehandling for mer nøyaktige og definitive diagnoser av subtile lesjoner. Derfor har MR ved 7.0 T vist oppmuntrende resultater for å overvinne utfordringene ved MS-differensialdiagnose ved å gi MS-spesifikke neuroimaging markører (f.eks. sentralt veneskilt, hypointense felgstrukturer og differensiering av MS grå materielesjoner). Disse markørene og andre kan identifiseres av andre MR-kontraster annet enn T1 og T2 (T2*, fase, diffusjon) og vesentlig forbedre differensiering av MS-lesjoner fra de som forekommer i andre nevroinflammatoriske forhold som nevromyelittoptikk og Susac syndrom. I denne artikkelen beskriver vi vår nåværende tekniske tilnærming for å studere cerebral hvite og grå materielesjoner hos MS-pasienter ved 7,0 T ved hjelp av forskjellige MR-anskaffelsesmetoder. Den oppdaterte protokollen inkluderer utarbeidelse av MR-oppsettet, inkludert radiofrekvensspolene tilpasset UHF-MR, standardisert screening, sikkerhet og intervjuprosedyrer med MS-pasienter, pasientposisjonering i MR-skanneren og oppkjøp av dedikerte hjerneskanninger skreddersydd for å undersøke MS.

En 26 år gammel kvinne diagnostisert med relapsing remitterende MS (RRMS) ble undersøkt ved 7.0 T ved hjelp av de ovennevnte protokollene (Figur 11). Noen forvrengninger i B1+ profilen kan observeres i MR-bildene. Dette forventes ved flytting til høyere resonansfrekvenser43; de kortere bølgelengdene øker destruktive og konstruktive forstyrrelser105,<sup class="xref"...

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 presenterer vi en protokoll for å skaffe magnetisk resonans (MR) bilder av multippel sklerose (MS) pasienthjerner ved 7.0 Tesla. Protokollen inkluderer utarbeidelse av oppsettet, inkludert radiofrekvensspolene, standardiserte intervjuprosedyrer med MS-pasienter, subjektposisjonering i MR-skanneren og MR-datainnsamling.

Magnetisk resonansavbildning av multippel 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 tilnærmingen kan brukes til å studere cerebral hvite og grå materie lesjoner hos MS-pasienter med større detalj på 7.0 Tesla. Den største fordelen er at vi kan undersøke hjerneforandringer med større detaljer på 7,0 Tesla sammenlignet med lavere magnetiske feltstyrker. Den forbedrede romlige oppløsningen er muliggjort av det økte signal-til-støy-forholdet og av følsomhetsøkningen på 7,0 Tesla.Formidling av disse metodene vil være viktig da de skal gi grunnlag for andre forskere som starter MS-studier ved 7.0 Tesla, og det er hovedmålet er å få ytterligere innsikt i MS-patologien. Å demonstrere prosedyren vil være Antje Els, radiograf og studiesykepleier fra vårt anlegg. Når motivet er klart, følger du dem til 7T MR-skannerrommet og ber motivet ligge på skannebordet ved hjelp av puter, bladputer og tepper for å gjøre motivet så behagelig som mulig.Koble et MR-sikkert pulsoksymeter til motivet og gi øreplugger og en håndholdt klemmekule som skal brukes under undersøkelsen i nødstilfeller. Be motivet om å bevege seg nærmere radiofrekvenshodets spole og få motivet til å lukke øynene mens bordet beveges veldig sakte til laserposisjoneringen er i full overens linje med markørkorset på toppen av spolen. Etter å ha lagret denne posisjonen, flytt motivtabellen veldig sakte til ISO-midten av MR-skanneren mens du forklarer motivet at eventuelle bivirkninger skal løses så snart bordet stopper.Når du har forlatt skannerrommet, bruker du intercomen til å bekrefte hørbar kommunikasjon med motivet i skanneren. Før du anskaffer skannedataene, skriv inn de nødvendige emnedetaljene, inkludert emne-ID, fødselsdato, kjønn, alder og vekt, samt studiedetaljene som studienavn, institusjon og individ som utfører MR-undersøkelsen. Velg lokalisator, og merk sekvensen.Velg alternativer og justeringer, og velg gå under frekvensfanen. Under senderfanen stiller du inn spenningen etter behov for radiofrekvensspolen og forsterkeren som brukes, og klikker på apply. Velg mål under et 3D-mellomlag.Når B0-kartet genereres, velger du beregn for å hente mellomlagsverdiene. Når mellomlagsverdiene samsvarer med den forrige verdien, må du kontrollere at grunnfrekvensen er sentrert på nytt, og velge Bruk og lukk. Deretter bruker du minst tre stykker per retning, må du sørge for at alle kanalene er valgt og trykk på Apply for å kjøre lokaliseringssekvensen i sagittale, tverrgående og koronarretninger.Hvis du vil skaffe deg en 3D MPRAGE-sekvens, bruker du zoom- og panoreringsverktøyet til å zoome inn og flytte synsfeltet på lokaliseringsbildene og justeringsvolumet. Kontroller at alle kanalene er valgt, og klikk på Bruk for å få sekvensen i sagittal orientering i tråd med interhemisfærisk sprekk. Hvis du vil kjøre en FLAIR-sekvens, kopierer du geometrien til synsfeltet i samme skyttenhets- og justeringsvolum som for MPRAGE-skanningen, og tar vare på at fasekodingen er i fremre retning til bakre retning, og at alle kanalene er valgt og trykker på Apply for å starte skanningen.For å kjøre en FLASH-ME, juster synsfeltet i henhold til motivets anatomi ved hjelp av 3D MPRAGE- og lokaliseringsbildene for å planlegge geometrien og bruke zoom- og panoreringsverktøyet for å justere synsfeltet manuelt slik at hele hodet er i midten. Vipp hodet slik at den nedre grensen til synsfeltet er i tråd med den nedre corpus callosum-linjen før du justerer den øverste lagenden med skallen callate. Endre justeringsvolumet hvis det ikke lenger er justert etter geometrivolumet, og kjør de manuelle 3D-avstands- og frekvensjusteringene på nytt før du klikker Bruk for å kjøre sekvensen.For følsomhetsvektet bildebehandling må du omorganisere synsfeltet slik at stykkeplaten forskyves i kranialretningen, og den øverste kantlinjen justeres etter skallens kallat. Fortreng platen i ventral eller dorsal retning slik at hjernen er helt midt i synsfeltet. Endre justeringsvolumet hvis det ikke lenger er på linje med geometrivolumet, og kjøre de manuelle 3D-avstands- og frekvensjusteringene på nytt før du klikker bruk for å starte skanningen.For kvantitativ følsomhetstilordning flytter du stykkestakken kranialt slik at det øverste laget justeres etter skallens kallat og kjører de manuelle 3D-avstands- og frekvensjusteringene på nytt for å sikre at alle kanalene er valgt. Klikk deretter Bruk for å kjøre sekvensen. For diffusjonsvektet bildebehandling velger du en 2D-ekkoplanaravbildningssekvens og bruker lokaliseringsbildene til å planlegge geometrien i tverrretningen uten å introdusere noen angulering.Flytt synsfeltet slik at den øvre linjen i lagblokken er justert etter skallens callate. Når hjernen er nøyaktig midt i synsfeltet, må du sørge for at fasekodingen er i fremre til bakre retning, at 64 forskjellige diffusjonskodingsretninger er valgt, og at B-verdiene er satt til 0 og 1000 sekunder per millimeter kvadrat før du klikker på bruk for å kjøre sekvensen. Hvis du vil avbryte eventuelle forvrengningsartefakter, får du samme ekkoplanare bildesekvens, men bruker den omvendte polariteten til fasekodingsretningen ved hjelp av versjonen av ekkoplanare bildesekvensen med fasekodingen i bakre til fremre retning.Sett retningen til 180 grader om nødvendig og bekreft at 64 forskjellige diffusjonskodingsretninger er valgt, men bare en B-verdi på null sekunder per kvadratmillimeter, noe som vil redusere skannetiden betydelig, men vil være tilstrekkelig til å korrigere eventuelle forvrengningsartefakter under etterbehandling. Klikk deretter Bruk for å kjøre sekvensen. Så snart den siste sekvensen er ferdig og rekonstruert, vil MR-undersøkelsen være klar.Når alle bildene er fullstendig anskaffet, flytter du motivtabellen sakte bort fra ISO-midten på skanneren og sjekker inn med motivet angående eventuelle bivirkninger fra under eller etter målingene. I denne analysen ble en 26 år gammel kvinne diagnostisert med relapsing remitterende MS undersøkt ved 7.0 Tesla som demonstrert. Noen forvrengninger i B1 plus-profilen kan observeres i MR-bildene, som forventes når du flytter til høyere resonansfrekvenser ettersom kortere bølgelengder øker de destruktive og konstruktive forstyrrelsene.Som observert gir skyttene og tverrgående synspunkter forskjellige kontraster i hjernebildene. Selv om MS-diagnosen senere ble utfordret på grunn av en økning i T2-lesjoner og flere kliniske tilbakefall med ufullstendig remisjon, støttet 7T MR MS-diagnosen ved å avsløre det sentrale veneskiltet i de fleste paraventricular og juxtakortiske lesjoner. MS-diagnosen ble ytterligere bekreftet av kortikale patologier og hypointense felgstrukturer rundt en undergruppe av T2 hyperintense lesjoner.Disse teknikkene er avledet fra sterkt samarbeid mellom MR-fysikk, bildevitenskap, nevrologispesialister og nevroradiologieksperter og gir nye MS-spesifikke neuroimaging markører, for eksempel et sentralt venetegn og hypointense felgstrukturer på T2-stil vektede bilder.

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 av nevrodegenerative sykdommer

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

Multiple Sclerosis Performance Test (MSPT): En iPad-Basert 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 of 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

Dynamic Contrast Forbedret Magnetic Resonance Imaging av en ortotopiske Bukspyttkjertelkreft 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 Hypoksi-iskemi

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 for trigonometriske Modellering av sesongvariasjon Demonstrerte med multippel 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 protokoll for bruk av Remotely-Overvåket Transkraniell Direct Current Stimulering (tDCS) i multippel 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

CARDIAC magnetisk resonans 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 ...