本文介绍了一种在7.0特斯拉下获取多发性硬化(MS)患者脑部磁共振(MR)图像的方案。该方案包括设备准备(含射频线圈)、对MS患者的标准化访谈流程、受试者在MR扫描仪中的体位摆放以及MR数据采集。
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本文介绍了一种在7.0特斯拉下获取多发性硬化(MS)患者脑部磁共振(MR)图像的方案。该方案包括设备准备(含射频线圈)、对MS患者的标准化访谈流程、受试者在MR扫描仪中的体位摆放以及MR数据采集。
本文的主要目标是展示一种针对多发性硬化(MS)患者在7.0特斯拉下进行脑部超高清磁场(UHF)磁共振(MR)成像的前沿方案。MS是一种以白质和灰质病变为特征的慢性炎性、脱髓鞘性神经退行性疾病。在临床实践中,依据现行2017年McDonald诊断标准,利用1.5 T和3 T磁共振成像(MRI)检测在空间和时间上弥散分布的T2-高信号病灶,是准确诊断MS的关键手段。然而,由于在较低磁场强度(通常为3 T)下病灶形态相似,有时难以将MS病灶与其他病因引起的脑白质病变区分开来。超高清磁场MR(UHF-MR)具有更高的信噪比和更优的空间分辨率,这两者均有助于实现更高质量的成像,从而对细微病灶做出更准确、更明确的诊断。因此,7.0 T MRI通过提供MS特异性的神经影像学标志物(例如中央静脉征、低信号边缘结构以及MS灰质病灶的识别),在克服MS鉴别诊断难题方面已展现出令人鼓舞的结果。这些标志物以及其他特征可通过除T1和T2之外的其他MR对比技术(如T2*、相位、弥散)加以识别,显著提升MS病灶与视神经脊髓炎、Susac综合征等其他神经炎症性疾病病灶之间的鉴别能力。本文中,我们描述了当前采用不同MR采集方法在7.0 T下研究MS患者脑内白质与灰质病灶的技术方案。该最新方案包括MR设备的准备(含专为UHF-MR定制的射频线圈)、对MS患者的标准化筛查、安全评估与访谈流程、患者在MR扫描仪中的体位安置,以及为MS检查量身定制的专用脑部扫描数据采集。
多发性硬化症(MS)是中枢神经系统(CNS)最常见的慢性炎症性和脱髓鞘性疾病,可导致年轻成人明显的神经功能障碍,并引发长期残疾1,2。MS的病理特征是大脑灰质和白质中出现脱髓鞘病灶的累积,以及全脑范围内的弥漫性神经退行性变,即使在外观正常的白质(NAWM)中亦可发生3,4。MS的病理学研究表明,炎症在疾病各个阶段均驱动组织损伤,即使在疾病的进展阶段也是如此5。MS的首次临床表现通常伴随可逆性的神经功能缺损发作,当仅提示MS时,称为临床孤立综合征(CIS)6,7。若无明确的CIS表现,在诊断MS时应谨慎对待:诊断应通过随访确认,且长期疾病修饰治疗的启动应推迟,直至获得进一步证据8。
磁共振成像(MRI)是诊断多发性硬化症(MS)和监测疾病进展不可或缺的工具9,10,11。目前,在临床实践中,1.5 T 和 3 T 磁场强度下的 MRI 是检测自旋-自旋弛豫时间加权(T2)高信号病灶并依据现行 2017 年 McDonald 标准准确诊断 MS 的关键诊断工具8。MS 的诊断标准强调需证明病灶在空间和时间上的播散性,并排除其他可能的诊断8,12。增强对比 MRI 是评估急性疾病和急性炎症的唯一方法8,但人们对钆造影剂可能在脑部长期沉积的担忧日益增加,这可能会限制其作为重要诊断工具的应用13,14,17。此外,由于在较低磁场强度下不同病因的脑白质病灶形态相似,有时难以区分 MS 病灶与其他来源的脑白质病灶。
尽管磁共振成像(MRI)无疑是多发性硬化(MS)患者的最佳诊断工具,但MR检查与方案应遵循欧洲多发性硬化磁共振成像小组(MAGNIMS)18,19或北美多发性硬化中心联盟(CMSC)20的指南,用于MS患者的诊断、预后评估及病情监测。依据最新指南,在不同医院和国家间开展标准化的质量控制研究也至关重要21。
针对多发性硬化(MS)诊断和疾病进展监测的磁共振成像(MRI)方案包含多种MRI对比模式,包括由纵向弛豫时间T1、自旋-自旋弛豫时间T2、有效自旋-自旋弛豫时间T2*以及扩散加权成像(DWI)22所决定的对比。为推动MS的MRI检查向标准化协议发展,以促进临床转化及跨机构数据比较,已有多个协调倡议发布了共识报告23,24,25。T2加权成像在临床实践中已广泛应用且技术成熟,常用于识别表现为高信号的白质(WM)病变26,27。尽管白质病变负荷是MS的重要诊断标准之一28,但其与临床残疾程度的相关性较弱,原因在于其对病变严重程度及潜在病理生理机制缺乏特异性26,27,29。这一现象促使研究者探索横向弛豫时间T2的参数化映射技术30。T2*加权成像在MS成像中的重要性日益凸显。T2*加权MRI中的中央静脉征被认为是MS病变的特异性影像标志物27,31,32,33。T2*对铁沉积敏感34,35,而铁沉积可能与疾病持续时间、活动性和严重程度相关36,37,38。已有研究报道,T2*还可反映轻度神经功能缺损及早期MS患者的脑组织改变,因此可能成为评估MS早期发展阶段的工具39,40。
MRI 技术的进步有望更准确地识别多发性硬化症(MS)患者中枢神经系统(CNS)中的病变变化,并为临床医生提供更可靠的依据,以提高 MS 诊断的准确性与速度11。超高场强(UHF,B0≥7.0 T)MRI 具有更高的信噪比(SNR),可转化为更高的空间或时间分辨率,这对于实现更精确、更明确的影像学诊断至关重要41,42。在超高磁场下使用的1H射频会产生不利的发射场(B1+)不均匀性43,而采用多通道发射技术(并行发射,pTx)的射频线圈及优化的射频脉冲设计可改善B1+的均匀性,从而实现对大脑更均匀的成像覆盖44。
随着7.0 T磁共振成像(MRI)的发展,我们在脱髓鞘疾病(如多发性硬化症,MS)的研究中获得了更深入的认识,包括病灶检测的敏感性和特异性提高、中央静脉征的识别、软脑膜强化,甚至代谢变化的观察45。组织病理学研究早已表明,MS病灶围绕静脉和小静脉形成46。病灶的静脉周围分布(即中央静脉征)可通过T2*加权MRI在3.0 T或1.5 T下识别46,47,48,但在7.0 T的超高场强MRI(UHF-MRI)下识别效果最佳49,50,51,52。除了中央静脉征外,7.0 T UHF-MRI还改善或揭示了其他MS特异性影像标志物,如低信号边缘结构以及MS灰质病灶的鉴别53,54,55,56。利用UHF-MRI更清晰地描绘这些标志物,有望克服将MS病灶与其他神经炎症性疾病(如Susac综合征53和视神经脊髓炎54)中的病灶相区分的部分挑战,同时还有助于识别其他疾病或MS变异型(如Baló同心性硬化57,58)中的共同致病机制。
鉴于超高场磁共振成像(UHF-MRI)在检测与鉴别多发性硬化(MS)病灶方面所面临的挑战与机遇,本文介绍了我们目前采用不同成像技术在7.0 T磁场强度下研究MS患者脑内白质与灰质病灶的技术方法。该最新方案包括磁共振设备的准备(含专为超高场磁共振定制的射频(RF)线圈)、对MS患者的标准化筛查、安全评估与访谈流程、患者在磁共振扫描仪中的体位安置,以及专用于MS研究的脑部扫描图像采集。本文旨在为影像学专家、基础研究人员、临床科学家、转化研究人员和技术人员提供指导,无论其经验水平如何,从初学者到高级用户及应用专家,均可借此进入MS患者超高场磁共振成像的研究领域,最终实现跨学科领域中技术发展与临床应用的协同融合。
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本方案已获得柏林夏里特大学医学中心伦理委员会(批准编号:EA1/222/17,2018年1月8日)以及柏林夏里特大学医学中心数据保护部门和公司治理部门的批准。所有受试者在参与研究前均已签署知情同意书。
1. 受试者
注意:MS 患者的招募通常在 7.0 T MR 检查前数天至数周内进行。
2. MR 设备准备
注意:以下步骤在受试者到达超高端磁共振成像(UHF-MR)大楼之前完成。
3. 受试者准备
4. 数据采集
注意:以下某些关于用户界面操作或特定扫描步骤的描述可能仅适用于某一特定磁共振系统(7.0T Magnetom,西门子医疗,德国埃尔兰根)。不同厂商及软件版本之间的命令和操作流程可能存在差异。本方案遵循欧洲多发性硬化磁共振成像研究组(MAGNIMS)18,19 和北美多发性硬化中心联盟(CMSC)20 针对多发性硬化患者诊断、预后评估及病情监测所制定的指南。
5. 结束磁共振检查
6. 数据备份
注意:每个磁共振中心均遵循各自的数据保存与安全备份指南。数字磁共振数据应存储在受密码保护的服务器上。以下流程适用于西门子 7.0 T 磁共振系统。
7. 系统关闭
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一名被诊断为复发缓解型多发性硬化症(RRMS)的26岁女性,使用上述方案在7.0 T磁共振设备上进行了检查(图11)。在磁共振图像中可以观察到B1+场分布存在一些畸变。当使用更高共振频率时,这种情况是可预期的43;较短的波长会增强破坏性和建设性干涉效应105,106。为了获取磁共振图像(图11、图12、图13、图14),我们在西门子7.0 T磁共振系统上使用了单通道发射体线圈,该系统无法通过手动调节相位和幅度来补偿B1
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本文介绍的方案包含一系列具有不同对比度的磁共振成像序列,这些序列在7.0 T下检查多发性硬化症(MS)患者时通常会被使用。结合不断涌现的技术进展,这些序列为代谢或功能成像等更先进应用的研究奠定了基础。
除了脑部病灶外,脊髓病灶也常影响多发性硬化症患者,导致运动、感觉和自主神经功能障碍。然而,脊髓成像在技术上具有挑战性,尤其是在7.0 T场强下113。需要进一步发展并行发射和并行成像技术,以克服因B1 场分布不均所导致的成像畸变问题114。
本方案的目标是跨学科领域传播并协同整合技术发展与临床应用。除了空间和时间分辨率的预期提升之外,更高磁场带来的物理特性变化还提供了新的机遇,包括在磁敏感加权成像(SWI)和相位对比技术中获得更优的对比度115,以及对钠116,
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不存在需要声明的相互竞争的财务利益。
本项目(T.N.)部分获得了欧洲研究理事会(ERC)在欧盟“地平线2020”研究与创新计划下的资助,资助协议编号为743077(ThermalMR)。作者谨向德国柏林赫尔姆霍兹协会马克斯·德尔布吕克分子医学中心柏林超高端磁场设施(B.U.F.F.)、瑞典隆德大学生物成像中心瑞典国家7T设施(隆德大学,瑞典隆德)以及波兰玛丽·斯克沃多夫斯卡-居里大学ECOTECH-COMPLEX(卢布林,波兰)的技术团队及其他支持团队致以诚挚感谢。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 7T TX/RX 24 通道头部线圈 | Nova Medical, Inc., Wilmington, USA | NM008-24-7S-013 | 1 通道圆极化(CP)发射(Tx),24 通道接收(Rx)射频头部线圈 |
| Magnetom 7T 系统 | Siemens Healthineers, Erlangen, Germany | MRB1076 | 7.0 T 全身科研磁共振扫描仪 |
| syngoMR B17 软件 | Siemens Healthineers, Erlangen, Germany | B17A | Magnetom 7T 系统的图像处理软件 |
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