高解像度MR画像に皮質脳Microinfarctsを評価

サマリー

高解像度のex vivo 7T MR撮像プロトコルは、死後のヒト脳組織に微小血管病変のMRガイド病理組織学的検証を実行するために、提示されています。また、ガイドラインは皮質のin vivo 7Tのmicroinfarctsだけでなく、3T MR画像の評価のために提供されています。

要約

脳microinfarctsは、死後のヒトの脳で頻繁に発見され、認知機能低下や認知症に関連しています。それらの小さいサイズには、臨床MRIスキャンでそれらを勉強する困難です。最近、皮質microinfarctsは高磁場強度（7T）を使用してMRIスキャナに示すことができることが実証されました。この経験に基づいて、これらの病変の割合は、より低い解像度の3T MRIで見ることができます。これらの知見は、可能な皮質microinfarctsの組織病 ​​理学的検証を伴って、死後のヒト脳組織の ex vivoイメージングで裏付けられました。

ここでex vivoでイメージングプロトコルは、MRは、組織学的評価の脳微小血管病変を観察し、検証のために、提示されています。また、ガイドラインは両方のin vivo 7Tと3T MR画像上の皮質microinfarctsの評価のために提供されています。これらのガイドラインは、研究者ワットを提供さらに認知機能低下や認知症での臨床的意義を解明し、脳小血管疾患の新規バイオマーカーとしてこれらの病変を確立するために、より大きな患者サンプルのin vivo画像に皮質microinfarctsを評価するためのツール番目。

概要

患者の研究では、超高磁場7テスラ（T）のMRIの適用が急速に^1を進んでいます。本論文では、高齢化、人間の脳内の脳血管疾患との関連で7T MRIの代表的なアプリケーションを紹介します。脳血管疾患は、認知機能低下や認知症の主な原因です。認知症へのこの血管の貢献はしばしば、細動脈、小静脈、および毛細血管のように、脳の小血管を伴います。したがって、それは脳の小血管疾患^（SVD）2と呼ばれます。 すなわち、結果として組織損傷- -脳小血管は従来のMRI、SVDの結果のみをキャプチャするには小さすぎるので可視化することができます。これは、白質hyperintensities、脳microbleeds、およびラクナ梗塞^{3を備えています。}

SVDの他の重要な症状は、脳microinfarcts（の^CMI）4です。剖検研究はVASCでのCMIの高い有病率を報告ウラル認知症、およびアルツハイマー病^5。しかし、その小さなサイズ（50ミクロンから数ミリメートルの範囲）に、彼らは従来のMRI ^4,5の検出を逃れます。 7T MRIは、従来のMRIの検出限界を超えて、特定の構造および病変の検出を可能にする、改善された信号対雑音比及びコントラストで高解像度の画像を提供します。この技術は、したがって、のCMIを検出するために適用されました。可能性のCMIを識別するには、多くの生体内 7T MRIスキャンは、以前のサイズ<虚血性特性と一致5mmであり、画像の特性を持つ病変についてスクリーニングしました。このような病変は確実皮質で同定することができました。これらの焦点細長い病変は、7T FLAIR（0.8ミリメートル、等方性ボクセル）に高強度であった皮質に限定し、皮質表面から延びるように見えた、T2（0.7ミリメートル、等方性ボクセル）の高強度、およびT1の低強度（1.0ミリメートル、等方性ボクセル）。これは、これらの病変は、ANを使用して、皮質のCMIであることを確認しました死後のヒト脳組織^6,7におけるMRガイド組織病 ​​理学的ア ​​プローチ。

ここでは、ex vivoでのMRIプロトコルは、皮質のCMIの組織病 ​​理学的検証のために以前の研究で使用したことを提示します。第二に、ガイドラインは 、インビボ7T MRIで皮質のCMIの評価のために提供されています。最後に、7Tの皮質のCMIの評価は、より広く利用可能3T MRIに翻訳されており、ガイドラインは3T MRIで皮質のCMIを識別する方法を提供しています。

プロトコル

このプロトコルの剖検サンプルおよび in vivo MR画像での使用は、地域の規制に従ったと大学医療センターユトレヒト（UMCU）のローカル治験審査委員会によって承認されました。

1.皮質Microinfarctsの病理組織学的検証MRガイド

1. エクスビボ MRI
   1. 脳組織を取り扱う際は、必ず手袋、適切な保護服を着用してください。
   2. 研究課題に基づき、適切な、好ましくは10mmの厚さの、ホルマリン固定脳のスラブを選択します。この論文のための脳のスラブはUMCUの神経病理部門から派生し、VU大学医療センター（VUMC）、既知のアルツハイマー病理学に基づいていました。
      1. 切断前に、10％ホルマリンに浸漬することにより、少なくとも3〜4週間、全脳をホルマリンは、固定してください。両半球を含む、冠状スラブに脳をカットします。
      2. 死後のスキャンには、例えば3脳SLAの選択前頭、側頭頭頂、および脳の後頭部から採取した脳あたりBS、。現在のプロトコルは、1つのスキャンセッションでは、両半球を含む、3冠状脳スラブの使用に最適化されています。
   3. MRIと組織学の後に共局在化のために、容器内のスキャナでスラブの方向の両側（背側と尾側）で脳スラブの写真を取り、慎重にメモを取る（またはスケッチを作ります）。
   4. 専用の容器（ 図1）を記入-この場合にはMRヘッドコイル内に収まる1 - RTで10％の新鮮なホルマリンで。流体からのMRI信号が望ましくない場合、適切な密度の代わりに、ホルマリン（例えばフォンブリンやガルデンPFPEなど）とパーフルオロポリエーテル（PFPE）潤滑剤を使用しています。ホルマリンを取り扱う際の流れキャビネットを使用することを確認してください。
   5. コンテナ内の脳のスラブを配置すると、気泡を避けるようにしてください。シャキ穏やかによって気泡の大部分を除去どちらの手によって、組織ngを、またはシェーカーまたは超音波浴を使用。
   6. （ 図1）の場所にスラブを保つために小さい容器を使用することにより、スラブは、容器内を移動し、必要な流体の量を制限することはできませんことを確認してください。
   7. 蒸発を防止し、潜在的な汚染（ 図2）からMR（ヘッド）コイルを保護するために、プラスチックまたはパラフィルムで容器を覆います。
   8. 適切なコイルを全身7T MRIスキャナーを使用してください。このプロトコルでは二重の送信および32チャンネルは、ヘッドコイルが使用されている受信します。
   9. 流体の潜在的なこぼれを防止するために、タオルまたは外科アンダーパッドに包まれたヘッドコイル内のコンテナを配置します。コンテナが移動することはできませんことを確認し、スラブの水平位置（ 図2）に残っています。
   10. 高解像度スキャンの計画のために使用することができるサーベイスキャンを実行し、適切なシミングツールを使用して正しいB0の不均一性、及びRF電力を校正製造業者のプロトコルに従って正しいフリップ角を（数スラブ全体ヘッドのインビボでの走査に比べて少ない電力を必要とする）を得ました。
   11. 脳のスラブが完全に視野に含まれていることを確認するために、調査スキャンで高解像度の買収を計画します。 ex vivoでのイメージングのために最適化された表1に示す高解像度の買収、と脳スラブO / Nをスキャンします。ここで紹介する取得プロトコルは、0.18ミリメートルの等方性の解像度で3D FLAIR、T2、および0.4mmの等方性の解像度を持つT1強調画像、およびT2 *強調画像が含まれています。
   12. 例えば末梢神経刺激のための自動化されたO / Nを実行アップの日付、または警告などのスキャンを中断することが自動ソフトウェアプロセスを特定し、スキャナ手順はこれらによって中断されないことを確認してください。
   13. 例えば、VPN接続を使用して、スキャンを中断することが可能な確認のポップアップするスキャナO / Nを監視します。
   14. （現在のプロトコルでは約12時間の総スキャン時間後）翌朝返します。ホルマリンで脳のスラブを保管し、クリーンアップします。
   15. 外付けハードディスクに画像を保存します。

図7T MRIで検死スキャン用のホルマリン固定脳スラブの調製。専用のパースペックス容器は10％ホルマリンまたは流体からのMRI信号が望まれない場合は、パーフルオロポリエーテル（PFPE）潤滑剤のいずれかが充填されています。三10mmの厚さのホルマリン固定冠状脳のスラブは、容器に入れています。より小さい容器を所定の位置にスラブを維持するために使用されます。動きを防ぐために、最初の1に第2の容器を、テープで固定します。

図2の配置7Tヘッドコイル内の専用コンテナの。ホルマリンの蒸発を防ぐためにプラスチックまたはパラフィルムで容器をカバー。 7T MRスキャナのヘッドコイルに、タオルまたは外科アンダーパッドで囲まれた容器を置きます。コンテナが移動することはできませんことを確認し、スラブは水平位置に留まること。

2. 組織病理学
   1. または関心のある他の病変 - - 可能性皮質のCMIを特定取得した画像の上に。これらの病変は、組織学的分析のための標的です。そのような（時にはによるカットに脳スラブの表面に表示されます）、死後組織損傷や長期ホルマリン保存アーティファクトなどのアーティファクト、気を付けろ（例えば、神経網の変化を表す粗いのMRI hypointensities ^8）。
      注意：皮質のCMIの様々な病理組織学的サブタイプが異なるMR特性を持っています。 CMIのサブタイプの詳細については、読者は、ex vivoでの最近の研究⁷と呼ばれています。
   2. AfMR画像上で可能な皮質のCMIを特定ターは、組織病理学的検証のための関心領域をサンプリングします。組織病理学とMRIの後のマッチングのために、解剖学的ランドマークを含む、地域をカットするようにしてください。以下のように、標準的な組織病理学を実行します（が、他のアプローチも適用される場合があります）。
   3. 可能な皮質CMIを含む約30×20×5ミリメートル^3の領域を切り取ります。
   4. 正確なサンプリングを得るためには、MR画像のスライス厚、および組織構造により病変の位置を推定します。手動で病変を標的とするために必要とされる（パラフィン包埋後）連続切片の量を制限するためにわずかに推定病変の場所の上に組織を切断します。
   5. サンプリングされた組織が組織カセットに適合していることを確認します。カセットにフェイスダウンをカットするために表面を置きます。
   6. 組織の処理まで、10％ホルマリン内のすべての組織カセットを保管してください。
   7. パラフィン包埋のために組織を処理します。これは通常、段階的なアルコールキシレン中の組織（例えば、70％〜100％〜95％）バス、およびクリアの一連の、組織の脱水自動化された手順を必要とします。
   8. パラフィンワックスブロック内の組織を埋め込みます。カットされる表面は、埋め込み後に直面していることを確認します。
   9. 対象となる病変が検索されるまで、ミクロトームで4~6μmの連続切片をカットします。
   10. 37℃の水浴の表面のセクションフロート。ガラススライド上のセクションをマウントします。ガラスに組織を接合するために温暖化ブロックにスライドを置きます。店は、室温でO / Nをスライド。
   11. 、最初のセクションの適切な染色（ 例えば 、H＆E染色）を実行し、さらに使用する（例えば、免疫組織化学）のために、隣接する空白のセクションを保持。
   12. 選択肢のマウンティング培地のドロップを使用して、H＆E染色切片をカバースリップ。静かに気泡を避けて、スリップを下げます。
   13. 適切なマグで、光学顕微鏡を使用してセクションを研究nification。先に得られたMR画像にセクションを比較してください。

2. インビボ 7T MRIで皮質Microinfarctsの評価

1. ⁶で説明したように（少なくとも3D FLAIRを含ん）in vivoでのMRIプロトコルを使用して、あなたの興味の患者集団で7T MRIを実行します。
2. CMIのために、次の7Tの評価基準を用いて、以下の手順で説明するように、インビボで 7T MR画像上の皮質のCMIの評価：皮質のCMIは、（とまたは低強度のセンターなし）FLAIRの高信号、T2の高強度、T1上の低強度、検出可能です脳（例えば、矢状および横方向）の少なくとも二つのビューに、最大寸法≤4ミリメートル^6,7と、血管周囲のスペースは異なる皮質、に限定。
3. 、3つの画像ビューアとのインタフェースを使用して同時にFLAIR、T1、およびT2の画像を表示するには、 例えば 、MeVisLab（ 図3）。このプラットフォームアロWS複数の視聴者を組み込むために、可能な病変の位置にマーカーを配置します。
4. まず、サジタルビューでFLAIR上の1つの半球を評価します。高信号病変のための全皮質を画面。どれhyperintens病変≤4mmが可能CMIです。各可能なCMIをクリックすることで、マーカーを置きます。
5. 他の半球のために繰り返します。
6. T1とT2のすべての印を付けた位置を確認します。それはT2のT1または高強度の低強度でない場合、位置を破棄します。
7. FLAIR、T1、およびT2に、横方向のビューを評価します。それが表示されていない場合は場所を捨てます。疑いの場合は冠状ビューを確認してください。
8. MRIアーチファクトおよび解剖学的バリエーション（特に脳溝の縁）には注意してください。
9. マーカーを保存します。

図3の例の画像皮質microinfarctsを評価するためのプラットフォームを表示する。インタフェースが使用され、int型MeVisLabにegrated。このプログラムは、矢状/横/冠状方向を簡単に切り替えるために、可能な病変の位置にマーカーを配置して保存する、同時に複数の視聴者を組み込むことができます。 （異なるマーカーは、病変の種類ごとに選択することができます）。

3. インビボ 3T MRIで皮質Microinfarctsの評価

1. ご関心の患者集団の3T MR画像を取得します。既存のデータであれば、少なくとも3D T1に含まれるMRイメージングプロトコル、およびFLAIR及びT2としても使用することができます。
2. 脳の少なくとも二つのビュー上で検出、皮質のCMIは、T1（CSFでの等強度）の低強度（例えば矢状：のCMIのために、次の3Tの評価基準を用いて、以下の手順で説明するように、インビボで 3T MR画像上の皮質のCMIを評価そして、横方向）、最大寸法≤4mmの血管周囲のスペースは異なる皮質、に限定。
   1. hypointの場所を探索FLAIRおよびT2強調画像上のT1で検出されたENSE皮質病変。場所はFLAIRとT2の高強度または（灰白質付き）等強度である場合に可能性皮質CMIなどの病変を評価します。低強度信号はT1の低強度の病変を示し、T2で検出された原因で出血性病変、血管、または成果物のいずれかであるされているのと同じ場所にある場合は、病変を捨てます。疑わしい場合には、T2 *強調画像⁹上の場所を確認してください。
3. 上記のように同じインターフェイスを使用してください。
4. まず、サジタルビューで、T1上の1つの半球を評価します。焦点低強度の病変に対する全体の皮質を画面。任意の低強度の病変≤4mmが可能CMIです。各可能なCMIをクリックすることで、マーカーを置きます。
5. 他の半球のために繰り返します。
6. 横方向T1を評価し、同時に横方向FLAIR、T2の上のすべての印を付けた位置を確認します。可能性CMIとみなす場所をそれはFLAIRとT2で高信号または等強度である場合。場所の私を捨てますFは、アーティファクトや解剖学的な変化であると思われます。それがT2に低強度であれば場所を捨てます。
7. 特に、隣接する複数の脳回に現れ脳溝の縁に気をつけます脳の「縁」でリンギング、T1強調画像上のCMIのように見える成果物に気をつけて、で（頭葉での大型船舶に注意極）。最後に、大きな皮質梗塞に近接して組織内の可能な皮質のCMIを破棄することをお勧めします。
8. マーカーを保存します。

結果

7Tで取得した高解像度の印象とex vivoでの高画質シーケンスが提供されている（図4）ここで 。これは、0.18ミリメートルの等方性の分解能で、*加重ex vivoでのスキャン3D T2です。組織を病理学的に証明されたアルツハイマー病や重度の脳アミロイド血管症（CAA）と84歳の認知症の女性から得られました。画像の詳細は、皮質微小血管病変の同定を可能にします。 T2 *は、鉄だけでなく、空気に感受性です。この組織は、皮質内微小血管病変の高負担が含まれています。これらのスラブの脳溝内hypointensitiesは、皮質微小血管の病理を評価を妨害することが気泡の結果です。皮質のCMIの同定のため、T2強調シーケンスが必要となります。

図5が示します皮質CMIは7Tでex vivoで画像に同定しました。この皮質CMIは、...

ディスカッション

CMIは、過去数年間でますます注目を集めています。剖検研究から得られた証拠の成長体は、加齢関連認知低下や認知症^4,5への重要な貢献者としてのCMIを同定しました。 CMIは現在、7Tとも3T MRIで検出可能です。これらの病変のためのアセスメントプロトコルの最適化と標準化は、世界中のコホート研究では、堅牢かつ有効なCMI検出の迅速な実施を支援します。これは、広範な高齢化の文脈でのCMIの臨床的意義、脳血管疾患、および将来の臨床研究における認知症の評価、両方の断面と同様に縦^{9,10が有効になります} 。

この作品に記載された方法は、それがこれまで唯一、死後に評価することができたのCMIのインビボ検出のための方法を開発する（順次改善）するための手続きとみなすことができるという意味で'meta法」実際にあります神経によって病理学者。新しいMRIプロトコルや画像処理技術により、in vivo CMI検出方法で改善開発する上で最も重要なステップは、現在のゴールドスタンダードである組織学、とそれを検証することです。組織学と比較してのCMIのイ...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
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, ブレーメン, ドイツ