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

Detta projekt (T.N.) har delvis fått finansiering från Europeiska forskningsrådet (ERC) inom ramen för Europeiska unionens forsknings- och innovationsprogram Horisont 2020 enligt bidragsavtal nr 743077 (ThermalMR). Författarna vill tacka teamen på Berlin Ultrahigh Field Facility (B.U.F.F.), Max Delbrueck Center for Molecular Medicine i Helmholtz Association, Berlin, Tyskland; vid National 7T Facility, Lund University Bioimaging Center, Lunds universitet, Lund, Sverige och vid ECOTECH-KOMPLEXet, Maria Curie-Skłodowska universitetet, Lublin, Polen för teknisk och annan hjälp.

Detta protokoll är för studier som är godkända av etikkommittén i Charité - Universitätsmedizin Berlin (godkännandenummer: EA1/222/17, 2018/01/08) och Data Protection Division and Corporate Governance of the Charité - Universitätsmedizin Berlin. Informerat samtycke har erhållits från alla försökspersoner innan de inkluderades i studien.
1. Ämnen
OBS: Rekrytering av MS-patienter sker vanligtvis några dagar upp till några veckor före MR-undersökningar...

Protokollet som presenteras här beskriver en serie MRI sekvenser med olika kontraster som vanligtvis används vid undersökning MS patienter vid 7.0 T. Tillsammans med framväxande teknisk utveckling, de ger grunden för utforskningar i mer avancerade tillämpningar i metabola eller funktionella imaging.
Bortsett från hjärnskador påverkar skador i ryggmärgen ofta MS-patienter som orsakar motorisk, sensorisk och autonom dysfunktion. Men ryggmärgsavbildning, särskilt vid 7,0 T, är teknis...

Multipel skleros (MS) är den vanligaste kroniska inflammatoriska och demyelinerande sjukdomen i centrala nervsystemet (CNS) som orsakar uttalad neurologisk funktionsnedsättning hos yngre vuxna och leder till långvarig funktionsnedsättning1,2. Det patologiska kännetecknet för MS är ackumulering av demyelinerande lesioner som förekommer i hjärnans grå och vita materia och även diffus neurodegeneration i hela hjärnan, även i normal-utseende vit materia (NAWM)3,4. MS patologi tyder på att inflammation driver vävnadsskada i alla stadier av sjukdomen, även under de progressiva stadierna av sjukdom5. De första kliniska manifestationerna av MS åtföljs ofta av reversibla episoder av neurologiska underskott och kallas ett kliniskt isolerat syndrom (CIS), när endast suggestiva ms6,7. I avsaknad av en tydlig CIS bör försiktighet iakttas vid diagnos av MS: diagnosen bör bekräftas genom uppföljning och inledande av långtidsbehandling av sjukdomsmodifierande sjukdomar bör skjutas upp i avvaktan på ytterligare bevis8.
Magnetisk resonanstomografi (MRI) är ett oumbärligt verktyg för att diagnostisera MS och övervaka sjukdomsprogression9,10,11. MRI vid magnetiska fältstyrkor på 1,5 T och 3 T representerar för närvarande ett viktigt diagnostiskt verktyg i klinisk praxis för att upptäcka spin-spin avslappningstid viktade (T2) hyperintense lesioner och upprätta korrekt diagnos av MS baserat på den nuvarande versionen av 2017 McDonald kriterier8. Diagnostiska kriterier för MS betonar behovet av att visa spridning av skador i tid och rum och att utesluta alternativa diagnoser8,12. Kontrastförstärkt MRT är den enda metoden för att bedöma akut sjukdom och akut inflammation8men ökande oro för potentiell långsiktig gadolinium hjärndeposition kan potentiellt begränsa kontrastapplikationen som ett viktigt diagnostiskt verktyg13,14,17. Dessutom kan differentiering av MS organskador från hjärnan vit fråga organskador av andra ursprung ibland vara utmanande på grund av att deras liknar morfologi vid lägre magnetfält styrkor.
Medan MRI verkligen är det bästa diagnostiska verktyget för MS-patienter, bör MR-undersökningar och protokoll följa riktlinjerna för Magnetic Resonance Imaging in MS group (MAGNIMS) i Europa18,19 eller Consortium of Multiple Sclerosis Centers (CMSC) i Nordamerika20 för diagnos, prognos och övervakning av MS-patienter. Standardiserade kvalitetskontroller i enlighet med de senaste riktlinjerna för olika sjukhus och länder är också avgörande21.
MRT-protokoll skräddarsydda för MS-diagnos och sjukdomsprogressionsövervakning består av flera MRT-kontraster, inklusive kontrast som styrs av den longitudinella avslappningstiden T1,spin-spin avslappningstiden T2, den effektiva spin-spin avslappningstiden T2*och diffusionsviktad avbildning (DWI)22. Harmoniseringsinitiativ gav konsensusrapporter för MRI i MS för att gå mot standardiserade protokoll som underlättar klinisk översättning och jämförelse av data på platser23,24,25. T2-viktadavbildning är väl etablerad och används ofta i klinisk praxis för identifiering av vitsubstans (WM) lesioner, som kännetecknas av hyperintense utseende26,27. Även om det är ett viktigt diagnostiskt kriterium för MS28,korrelerar WM lesion belastningen endast svagt med klinisk funktionsnedsättning, på grund av dess brist på specificitet för lesion svårighetsgrad och den underliggande patofysiologi26,27,29. Denna observation har utlöst utforskningar av parametrisk kartläggning av den tvärgående avslappningstiden T2 30. T2*-viktad avbildning har blivit allt viktigare vid avbildning av MS. Det centrala ventecknet i T2* viktad MRT anses vara en specifik bildmarkör för MS-lesioner27,31,32,33. T2* är känslig för järndeposition34,35, som kan relatera till sjukdomens varaktighet, aktivitet och svårighetsgrad36,37,38. T2* rapporterades också återspegla hjärnvävnadsförändringar hos patienter med mindre underskott och tidig MS, och kan därmed bli ett verktyg för att bedöma utvecklingen av MS redan i ett tidigt skede39,40.
Förbättringar i MRI-tekniken lovar att bättre identifiera förändringar i MS-patienternas CNS och att ge kliniker en bättre guide för att förbättra noggrannheten och hastigheten hos en MS-diagnos11. Ultrahögt fält (UHF, B0≥7,0 T) MRT drar nytta av en ökning av signal-till-brus-förhållandet (SNR) som kan investeras i förbättrade rumsliga eller tidsmässiga upplösningar, båda nyckeln till överlägsen avbildning för mer exakta och slutgiltiga diagnoser41,42. Överföringsfält (B1+) inhomogeniteter som är ett negativt attribut för 1H-radiofrekvensen som används vid ultrahöga magnetfält43 skulle dra nytta av flerkanalsöverföring med parallella överföringsspolar (pTx) RF-spolar och RF-pulsdesignmetoder som förbättrar B1+ homogenitet och därmed underlättar enhetlig täckning av hjärnan44.
Med tillkomsten av 7.0 T MRI har vi uppnått mer insikt i demyelinating sjukdomar som MS med avseende på ökad känslighet och specificitet av lesion upptäckt, central ven tecken identifiering, leptomeningeal förbättring, och även med avseende på metaboliska förändringar45. MS-lesioner har länge visats från histopatologiska studier att bildas runt vener och venule46. Perivenous fördelning av skador (centrala ven tecken) kan identifieras med T2* viktad MRI46,47,48 vid 3,0 T eller 1,5 T, men kan bäst identifieras med UHF-MRI vid 7,0 T49,50,51,52. Förutom det centrala ventecknet har UHF-MRI vid 7,0 T förbättrat eller avtäckt MS-specifika markörer såsom hypointensfälgstrukturer och differentiering av MS grå materiaskador53,54,55,56. En bättre avgränsning av dessa markörer med UHF-MRI lovar att övervinna några av utmaningarna med att skilja MS-lesioner från de som förekommer i andra neuroinflammatoriska tillstånd som Susac syndrom53 och neuromyelitoptik54, samtidigt som man identifierar vanliga patogenetiska mekanismer i andra tillstånd eller varianter av MS som Balós koncentriska skleros57,58.
Erkänner utmaningarna och möjligheterna med UHF-MRI för detektion och differentiering av MS organskador, beskriver denna artikel vår nuvarande tekniska strategi för att studera cerebrala vit och grå fråga organskador i MS patienter vid 7,0 T med olika bildframställning tekniker. Det uppdaterade protokollet omfattar utarbetande av MR-installationen, inklusive radiofrekvensspolar (RF) skräddarsydda för UHF-MR, standardiserade screening-, säkerhets- och intervjuprocedurer med MS-patienter, patientpositionering i MR-skannern och förvärv av hjärnskanningar avsedda för MS. Artikeln är avsedd att vägleda bildexperter, grundläggande forskare, kliniska forskare, translationella forskare och teknologer med all erfarenhet och expertis som sträcker sig från praktikanter till avancerade användare och applikationsexperter inom UHF-MRI hos MS-patienter, med det ultimata målet att synergistiskt ansluta teknikutveckling och klinisk tillämpning över disciplinära områden.

<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 övergripande målet med denna artikel är att demonstrera ett toppmodernt ultrahögt fält (UHF) magnetisk resonans (MR) protokoll av hjärnan vid 7,0 Tesla i multipel skleros (MS) patienter. MS är en kronisk inflammatorisk, demyelinerande, neurodegenerativ sjukdom som kännetecknas av vita och grå materiaskador. Detektion av rumsligt ochtidsmässigt spridas T 2-hyperintense organskador genom användning av MRI vid 1,5 T och 3 T representerar ett avgörande diagnostiskt verktyg i klinisk praxis för att fastställa korrekt diagnos av MS baserat på den nuvarande versionen av 2017 McDonald kriterier. Differentieringen av MS-skador från hjärnan vit fråga organskador av andra ursprung kan dock ibland vara utmanande på grund av att de liknar morfologi vid lägre magnetfält styrkor (vanligtvis 3 T). Ultrahigh field MR (UHF-MR) drar nytta av ökat signal-till-brus-förhållande och förbättrad rumslig upplösning, både nyckeln till överlägsen bildbehandling för mer exakta och slutgiltiga diagnoser av subtila skador. Mri vid 7,0 T har därför visat uppmuntrande resultat för att övervinna utmaningarna med MS differentialdiagnos genom att tillhandahålla MS-specifika neuroimaging markörer (t.ex. centrala ven tecken, hypointense rim strukturer och differentiering av MS grå fråga skador). Dessa markörer och andra kan identifieras av andra MR kontraster än T1 och T2 (T2*, fas, diffusion) och avsevärt förbättra differentieringen av MS organskador från de som förekommer i andra neuroinflammatoriska villkor såsom neuromyelit optica och Susac syndrom. I den här artikeln beskriver vi vår nuvarande tekniska strategi för att studera cerebrala vit och grå fråga skador hos MS patienter vid 7,0 T med olika MR förvärvsmetoder. Det uppdaterade protokollet omfattar utarbetande av MR-installationen, inklusive radiofrekvensspolar anpassade för UHF-MR, standardiserade screening-, säkerhets- och intervjuprocedurer med MS-patienter, patientpositionering i MR-skannern och förvärv av dedikerade hjärnskanningar skräddarsydda för att undersöka MS.

En 26-årig kvinna som diagnostiserats med skovl förlöpande MS (RRMS) undersöktes vid 7,0 T med hjälp av ovanstående protokoll(figur 11). Vissa förvrängningar i B1+ profilen kan observeras i MR-bilderna. Detta förväntas när man går över till högre resonansfrekvenser43; de kortare våglängderna ökar destruktiva och konstruktiva störningar105,<sup class="xr...

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

Här presenterar vi ett protokoll för att förvärva magnetisk resonans (MR) bilder av multipel skleros (MS) patienthjärnor vid 7,0 Tesla. Protokollet omfattar förberedelse av installationen inklusive radiofrekvensspolar, standardiserade intervjuprocedurer med MS-patienter, ämnespositionering i MR-skannern och MR-datainsamling.

Magnetisk resonanstomografi av multipel skleros vid 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 ...

Detta tekniska tillvägagångssätt kan användas för att studera cerebrala vita och grå materia organskador hos MS patienter med större detalj på 7.0 Tesla. Den största fördelen är att vi kan undersöka hjärnförändringar med större detaljrikedom vid 7,0 Tesla jämfört med lägre magnetiska fältstyrkor. Den förbättrade rumsliga upplösningen möjliggörs av det ökade signal-till-brus-förhållandet och av känslighetsökningen vid 7,0 Tesla.Att sprida dessa metoder kommer att vara betydelsefullt eftersom de bör utgöra grunden för andra forskare som startar MS-studier på 7,0 Tesla, och det är huvudmålet är att få ytterligare insikt i MS-patologin. Antje Els, röntgensjuksköterska och studiesjuksköterska från vår anläggning, demonstrerar ingreppet. När motivet är klart, följ med dem till 7T MR-skannerrummet och be motivet ligga på skanningsbordet med kuddar, bladkuddar och filtar för att göra motivet så bekvämt som möjligt.Anslut en MR-säker pulsoximeter till motivet och ge öronproppar och en handhållen klämkula som ska användas under undersökningen i nödfall. Be motivet att flytta sig närmare radiofrekvenshuvudspolen och låta motivet stänga ögonen medan bordet flyttas mycket långsamt tills laserpositionen är i full linje med markeringskorset ovanpå spolen. När du har sparat denna position flyttar du ämnestabellen mycket långsamt till ISO-mitten av MR-skannern samtidigt som du förklarar för ämnet att eventuella biverkningar bör lösas så snart tabellen stannar.När du har lämnat skannerrummet, använd intercom för att bekräfta hörbar kommunikation med motivet i skannern. Innan du skaffar skanningsdata, ange nödvändiga ämnesuppgifter, inklusive ämnes-ID, födelsedatum, kön, ålder och vikt, samt studiedetaljer som studienamn, institution och individ som utför MR-undersökningen. Välj lokaliserare och markera sekvensen.Välj alternativ och justeringar och välj gå under frekvensfliken. Ställ in spänningen efter behov för radiofrekvensspolen och förstärkaren som används under sändarfliken och klicka på anbringa. Välj mått under en 3D-shim.När B0-kartan genereras väljer du beräkna för att hämta shim-värdena. När shim-värdena överensstämmer med föregående värde kontrollerar du att grundfrekvensen centreras om och väljer använd och stäng. Använd sedan minst tre segment per orientering, se till att alla kanaler har valts och tryck på tillämpas för att köra localizersekvensen i sagittal- eller tvärgående och koronal orientering.Om du vill skaffa en 3D MPRAGE-sekvens använder du zoom- och panoreringsverktyget för att zooma in och flytta synfältet på lokaliserarbilderna och justeringsvolymen. Kontrollera att alla kanaler är markerade och klicka på använd för att hämta sekvensen i sagittalorienteringen i linje med den interhemispheric sprickan. För att köra en FLAIR-sekvens, kopiera geometrin för synfältet i samma sagittalorienterings- och justeringsvolym som för MPRAGE-skanningen, och ta hand om att faskodningen är i främre till bakre riktning och att alla kanaler är valda och tryck tillämpas för att starta skanningen.För att köra en FLASH-ME, justera synfältet enligt motivets anatomi med hjälp av 3D MPRAGE- och lokaliserarbilderna för att planera geometrin och använda zoom- och panoreringsverktyget för att manuellt justera synfältet så att hela huvudet är i mitten. Luta huvudet så att den nedre gränsen för synfältet är i linje med den nedre corpus callosumlinjen innan du justerar den översta lageränden med skallen callate. Ändra justeringsvolymen om den inte längre är i linje med geometrivolymen och kör om de manuella 3D-shimming- och frekvensjusteringarna innan du klickar på för att köra sekvensen.För känslighetsviktad avbildning, ordna om synfältet så att segmentplattan flyttas i hjärnskålens riktning och den översta kantlinjen är i linje med skallens anrop. Förskjuta plattan i ventral- eller dorsala riktningen så att hjärnan är helt i mitten av synfältet. Ändra justeringsvolymen om den inte längre är i linje med geometrivolymen och kör om de manuella 3D-shimming- och frekvensjusteringarna innan du klickar på för att starta skanningen.För kvantitativ känslighetsmappning flyttar du segmentstacken kranialt så att det översta lagret är justerat med skallen callate och kör de manuella 3D-shimming- och frekvensjusteringarna igen för att se till att alla kanaler är valda. Klicka sedan på Använd för att köra sekvensen. För diffusionsviktad avbildning väljer du en 2D-ekoplaneavbildningssekvens och använder lokaliserarbilderna för att planera geometrin i den tvärgående orienteringen utan att införa någon angulation.Flytta synfältet så att lagerblockets övre linje är justerad mot skallens anrop. När hjärnan är exakt i mitten av synfältet, se till att faskodningen är i främre till bakre riktning, att 64 olika diffusionskodningsriktningar väljs och att B-värdena är inställda på 0 och 1 000 sekunder per kvadratmillimeter innan du klickar på för att köra sekvensen. Om du vill avbryta eventuella förvrängningsartefakter skaffar du samma ekoplana-bildsekvens, men använder den omvända polariteten i faskodningsriktningen med hjälp av versionen av ekoplana-avbildningssekvensen med faskodningen i den bakre till främre riktningen.Ställ in riktningen till 180 grader om det behövs och bekräfta att 64 olika diffusionskodningsriktningar är valda, men bara ett B-värde på noll sekunder per kvadratmillimeter, vilket avsevärt minskar skanningstiden, men kommer att vara tillräckligt för att korrigera eventuella förvrängningsartefakter under efterbearbetningen. Klicka sedan på Använd för att köra sekvensen. Så snart den sista sekvensen är klar och rekonstruerad kommer MR-undersökningen att vara klar.När alla bilder har förvärvats helt, flytta ämnestabellen långsamt bort från SKAnnerns ISO-centrum och checka in med motivet om eventuella biverkningar från under eller efter mätningarna. I denna analys undersöktes en 26-årig kvinna som diagnostiserats med skovl förlöpande MS vid 7,0 Tesla som visats. Vissa snedvridningar i B1 plus-profilen kan observeras i MR-bilderna, vilket förväntas när man går över till högre resonansfrekvenser eftersom kortare våglängder ökar de destruktiva och konstruktiva störningarna.Som observerats ger sagittal och tvärgående vyer olika kontraster i hjärnbilderna. Även om MS diagnos ifrågasattes därefter på grund av att en ökning av T2 organskador och flera kliniska återfall med ofullständig eftergift, 7T MRI stödde MS diagnos genom att avslöja centrala ven tecken i majoriteten av paraventricular och juxtacortical organskador. MS diagnos bekräftades ytterligare av när patologi och hypointense rim strukturer som omger en delmängd av T2 hyperintense skador.Dessa tekniker härrör från starka samarbeten mellan MR fysik, bildvetenskap, neurologi specialister och neuro radiologi experter och ger nya MS-specifika neuroimaging markörer, såsom en central ven tecken och hypointense fälg strukturer på T2 stil viktade bilder.

Research

JoVE Journal

Medicine

Magnetic Resonance Derived Myocardial Strain Assessment Using Feature Tracking

Magnetic Resonance Härledda Myocardial Sila Uppskattning med hjälp av funktionen Spåra

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

Magnetic Resonance Imaging Kvantifiering av pulmonell perfusion med kalibrerad Arteriell 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 Analys av neurodegenerativa sjukdomar

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

Den multipel skleros Performance Test (MSPT): En iPad-Baserad 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 av skelettmuskulatur sjukdom

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 Förbättrad Magnetic Resonance Imaging av en Orthotopic bukspottkörtelcancer musmodell

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 Hypoxi-ischemi

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 metod för trigonometriska Modellering av säsongsvariation demonstrerades med multipel skleros 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

Ett protokoll för användning av fjärr-Övervakad transkraniell likström stimulering (TFF) i multipel skleros (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

Hjärt magnetisk resonanstomografi 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 ...