Beoordelen Cortical Cerebral Microinfarcts op hoge resolutie MR afbeeldingen

Samenvatting

Een hoge resolutie ex vivo 7T MRI-protocol wordt voorgesteld, om MR-geleide histopathologische validatie van microvasculaire pathologie voeren in post-mortem menselijk hersenweefsel. Verder zijn richtlijnen voor het beoordelen van corticale microinfarcts de in vivo 7T en 3T MR beelden.

Samenvatting

Cerebrale microinfarcts frequent bevindingen in de post-mortem menselijke hersenen, en zijn gerelateerd aan cognitieve achteruitgang en dementie. Door hun kleine afmetingen is het een uitdaging om ze te bestuderen op klinische MRI-scans. Het werd onlangs aangetoond dat corticale microinfarcts kunnen worden afgebeeld met MRI-scanners met hoge magnetische veldsterkte (7T). Op basis van deze ervaring, een deel van deze letsels is ook zichtbaar op lagere resolutie 3T MRI. Deze bevindingen werden bevestigd met ex vivo beeldvorming van post-mortem menselijk hersenweefsel, begeleid door histopathologische verificatie van mogelijke corticale microinfarcts.

Hier een ex vivo beeldvorming protocol wordt gepresenteerd, met het oog op het valideren van MR waargenomen cerebrale microvasculaire pathologie met histologische evaluatie. Verder zijn richtlijnen voor het beoordelen van de corticale microinfarcts op zowel in vivo 7T en 3T MR-beelden. Deze richtlijnen bieden onderzoekers wet een tool om corticale microinfarcts op in vivo beelden van grotere monsters van patiënten te kunnen waarderen, verder te ontrafelen hun klinische relevantie in cognitieve achteruitgang en dementie, en deze laesies te vestigen als een nieuwe biomarker van cerebrale kleine vaartuig ziekte.

Inleiding

De toepassing van ultra-high veld 7 Tesla (T) MRI patiënt studies vordert snel ^1. Dit artikel beschrijft een representatieve toepassing van 7T MRI in het kader van cerebrovasculaire ziekte in de ouder wordende hersenen. Cerebrovasculaire ziekte is een belangrijke oorzaak van cognitieve achteruitgang en dementie. Deze bijdrage vasculaire dementie impliceert vaak de kleine bloedvaten van de hersenen, zoals slagaders, kleine aders en haarvaten. Daarom wordt aangeduid als cerebraal SVD (SVD) ^2. Omdat de cerebrale kleine vaartuigen te klein te vangen conventionele MRI, maar de gevolgen van SVD - dwz de resulterende weefselbeschadiging - kan worden gevisualiseerd. Dit geldt ook voor de witte stof hyperintensiteiten, cerebrale microbloedingen en lacunaire infarcten ^3.

Andere belangrijke manifestaties van SVD zijn cerebrale microinfarcts (CMI's) ^4. Autopsie studies melden een hoge prevalentie van CMI's in Vascheid op dementie en de ziekte van ⁵ Alzheimer. Echter, vanwege hun kleine afmetingen (variërend van 50 urn tot enkele mm) de detectie ontsnappen conventionele MRI ^4,5. 7T MRI biedt hoge resolutie beelden met een verbeterde signaal-ruis-verhouding en contrast, waarbij de detectie van bepaalde structuren en letsels dan de detectiegrens van conventionele MRI maakt. Deze techniek werd ook toegepast voor het detecteren CMI's. Om mogelijke CMI's, velen in vivo 7T MRI-scans werden eerder gescreend op letsels met maten <5 mm en imaging kenmerken in overeenstemming met ischemische eigenschappen te identificeren. Dergelijke beschadigingen kunnen betrouwbaar worden geïdentificeerd in de cortex. Deze focale langwerpige laesies hyperintense op 7T FLAIR (0,8 mm isotrope voxels), beperkt tot de cortex en leek zich vanaf het corticale oppervlak, hyperintense op T2 (0,7 mm isotrope voxels) en hypointense op T1 (1,0 mm isotrope voxels). Bevestigd werd dat deze laesies corticale CMI's met behulp van eenMR-geleide histopathologie benadering in post-mortem menselijk hersenweefsel ^6,7.

Hier wordt de ex vivo MRI protocol geleverd dat werd gebruikt in eerdere studies voor histopathologische bevestiging van corticale CMI's. Ten tweede worden de richtsnoeren voor het beoordelen van de corticale CMI's op in vivo 7T MRI. Ten slotte heeft de beoordeling van de corticale CMI's op 7T vertaald om op grotere schaal beschikbaar 3T MRI, en richtlijnen voorzien hoe corticale CMI's te identificeren op 3T MRI.

Protocol

Het gebruik van de autopsie monsters en in vivo MR-beelden voor dit protocol is in overeenstemming met de plaatselijke regelgeving en door de lokale institutionele review board van het Universitair Medisch Centrum Utrecht (UMCU) goedgekeurd.

1. MR-geleide Histopathologische validatie van corticale Microinfarcts

1. Ex vivo MRI
   1. Bij het hanteren van hersenweefsel, altijd handschoenen en geschikte beschermende kleding dragen.
   2. Gebaseerd op de onderzoeksvraag, selecteert geschikte, bij voorkeur van 10 mm dik, met formaline gefixeerde hersenen platen. De hersenen plakken voor dit papier waren afkomstig van de neuropathologie afdeling van het UMCU, en de Vrije Universiteit Medisch Centrum (VUMC), op basis van bekende Alzheimer pathologie.
      1. Formaline-fix gehele hersenen gedurende ten minste 3-4 weken door onderdompeling in 10% formaline voorafgaand aan snijden. Snijd de hersenen in coronale platen, met beide hersenhelften.
      2. Voor post-mortem scannen, selecteert u bijvoorbeeld drie hersenen slabs per hersenen uit de frontale, temporo-pariëtale en occipitale gebieden van de hersenen. Het huidige protocol is geoptimaliseerd voor het gebruik van drie coronale hersenen platen gemaakt met beide hemisferen, in één scan sessie.
   3. Neem foto's van de hersenen platen aan beide zijden (dorsale en caudale) en nemen zorgvuldig aantekeningen (of te schetsen) de oriëntatie van de platen in de houder en in de scanner, om later co-localisatie van histologie met MRI.
   4. Vul een speciaal gebouwde houder (figuur 1) - in dit geval een die past binnen de MR hoofdspoel - met 10% verse formaline bij kamertemperatuur. Als MRI signaal van de vloeistof ongewenst is, gebruikt een perfluorpolyether (PFPE) glijmiddel met een geschikte dichtheid in plaats van formaline (zoals Fomblin of Galden PFPE). Zorgen voor een flowkast bij het hanteren van formaline.
   5. Bij het plaatsen van de hersenen platen in de container, zorg ervoor om luchtbellen te voorkomen. Verwijder het merendeel van de luchtbellen door voorzichtig shaking het weefsel, hetzij met de hand of met behulp van een shaker of ultrasoon bad.
   6. Zorg ervoor dat de platen kan bewegen binnen de houder en beperkt de hoeveelheid benodigde vloeistof door een kleinere container naar de platen op hun plaats te houden (figuur 1).
   7. Bedek de container met plastic of parafilm, om verdamping te voorkomen en de MR (hoofd) rol van potentiële contaminatie (figuur 2) beschermen.
   8. Gebruik hele lichaam 7T MRI scanner met een geschikte spoel. In dit protocol een dual zend- en 32-kanaals ontvangen hoofd spoel wordt gebruikt.
   9. Plaats de container in het hoofd spoel, gewikkeld in een handdoek of chirurgische onderlegger, om potentiële morsen van vloeistof te voorkomen. Zorg ervoor dat de container kan bewegen, en dat de platen blijven horizontale stand (figuur 2).
   10. Voer een survey scan die kan worden gebruikt voor de planning van de hoge resolutie scans, correct B0 inhomogeniteit met een geschikt hulpmiddel vulplaten en kalibreer de RF-vermogende correcte flip hoeken (het paar platen vereisen minder energie vergeleken met in vivo scannen Een hoofd) volgens het protocol van de fabrikant verkrijgen.
   11. Het plan van de hoge resolutie overnames op de enquête scan, om ervoor te zorgen de hersenen platen zijn volledig in het gezichtsveld van. Scan de hersenen platen O / N met de hoge resolutie acquisities getoond in Tabel 1, die geoptimaliseerd zijn voor ex vivo imaging. De overname protocol hier gepresenteerde is voorzien van een 3D FLAIR, T2 en T1 gewogen afbeelding met een isotrope resolutie van 0,4 mm en een T2 * gewogen afbeelding met een isotrope resolutie van 0,18 mm.
   12. Identificeren automatische software processen die het scannen kunnen onderbreken, zoals geautomatiseerde up-data die O / N lopen, of waarschuwingen voor perifere zenuwstimulatie, en zorg ervoor dat de scanner procedures zullen niet worden onderbroken door deze.
   13. Bewaken van de scanner O / N voor eventuele bevestiging pop-ups die scannen kunnen onderbreken, door het gebruik van bijvoorbeeld een VPN-verbinding.
   14. Zet de volgende ochtend (na een totale scan tijd van ongeveer 12 uur in het huidige protocol). Bewaar de hersenen platen in formaline, opruimen.
   15. De beelden op te slaan op een externe harde schijf.

Figuur 1. Bereiding van met formaline gefixeerde hersenen platen voor post-mortem scannen met 7T MRI. Een speciaal gebouwde perspex houder wordt gevuld met 10% formaline of een perfluorpolyether (PFPE) smeermiddel als MRI signaal van de vloeistof ongewenst. Drie 10-mm dikke coronale hersenen formaline gefixeerde platen worden geplaatst in de houder. Een kleinere houder wordt gebruikt om de platen op hun plaats te houden. Tape de tweede houder aan de eerste, om verplaatsing te voorkomen.

Figuur 2. Plaatsingvan speciaal gebouwde container 7T hoofdspoel. Bedek de container met plastic of parafilm verdamping van het formaline voorkomen. Plaats de container, ingesloten in een handdoek of chirurgische onderlegger, in het hoofd spoel van een 7T MR-scanner. Zorg ervoor dat de container kan bewegen, en dat de platen blijven horizontaal.

2. Histopathologie
   1. Identificeren van mogelijke corticale CMI's - of andere laesies van belang - op de verkregen beelden. Deze letsels zijn de doelstellingen voor histologische analyse. Kijk uit voor artefacten, zoals post-mortem weefselschade (die soms verschijnen op het oppervlak van de hersenen platen als gevolg van bezuinigingen) of langdurige opslag formaline artefacten (bv grof MRI hypointensities vertegenwoordigen neuropil veranderingen ^8).
      Opmerking: Verschillende histopathologische subtypes van corticale CMI's hebben verschillende MR kenmerken. Voor meer informatie over CMI subtypes, wordt verwezen naar een recent ex vivo studie ^7.
   2. After identificatie van mogelijke corticale CMI's op de MR-beelden, proeven van de regio van belang zijn voor histopathologische validatie. Zorg ervoor dat u uit te snijden een regio, met anatomische oriëntatiepunten, voor latere aanpassing van de MRI met histopathologie. Voeren standaard histopathologie, als volgt (maar ook andere benaderingen kunnen ook van toepassing).
   3. Knip een gebied van ongeveer 30 x 20 x 5 mm ³ bevat een mogelijke corticale CMI.
   4. Om nauwkeurige sampling te verkrijgen, schatten de laesie locatie door de slice dikte van de MR-beelden, en weefsel architectuur. Handmatig snijden het weefsel iets boven de verwachte laesies om de hoeveelheid seriële snijden (na inbedden in paraffine) die nodig is voor het richten van de laesie te beperken.
   5. Zorg ervoor dat de bemonsterde weefsel past een tissue cassette. Plaats het oppervlak te snijden naar beneden in de cassette zijn.
   6. Houd alle weefselcassettes in 10% formaline, totdat de verwerking van het weefsel.
   7. Verwerk de weefsel voor paraffine inbedding. Meestal gaat een geautomatiseerde procedure dehydrateren het weefsel door een reeks gegradeerde alcohol (bijvoorbeeld 70% tot 95% tot 100%) baden en clearing van het weefsel in xyleen.
   8. Insluiten het weefsel in paraffine blokken. Zorg ervoor dat het oppervlak te snijden gezichten na inbedden.
   9. Snijd 4-6 urn serial secties met een microtoom, totdat de beoogde laesie wordt opgehaald.
   10. Float de gedeelten over het oppervlak van een 37 ° C waterbad. Monteer de onderdelen op glasplaatjes. Plaats de glaasjes op een opwarming blok om het weefsel aan het glas hechten. Store glijdt O / N bij RT.
   11. Voer een geschikte kleuring (bijvoorbeeld H & E-kleuring) op de eerste gedeelten, houdt aangrenzende planodeel voor verder gebruik (bv immunohistochemie).
   12. Dekglaasje het H & E gekleurde secties met behulp van een druppel fixeermiddel keuze. Zachtjes lager de slip, het vermijden van luchtbellen.
   13. Bestudeer de secties met behulp van een lichtmicroscoop, op een passend magnification. Vergelijk secties om de eerder verkregen MR beelden.

2. Het beoordelen Cortical Microinfarcts op in vivo 7T MRI

1. Voer 7T MRI in de patiëntenpopulatie van interesse, met behulp van de in vivo MRI protocol (waarvan tenminste een 3D FLAIR omvat) volgens ^6.
2. Beoordelen corticale CMI's van de in vivo 7T MR-beelden zoals beschreven in de onderstaande stappen, met behulp van de volgende 7T classificatie criteria voor CMI's: corticale CMI's zijn hyperintense over Flair (met of zonder een hypo-intense centrum), hyperintense op T2, hypo-intense op T1, detecteerbaar ten minste twee weergaven van de hersenen (bijvoorbeeld sagittale en transversale), beperkt tot de cortex, onderscheiden van perivasculaire ruimten, met een grootste afmeting ≤4 ^6,7 mm.
3. Met een interface met drie afbeeldingviewers gelijktijdig bekijken FLAIR, T1 en T2 afbeeldingen, bijvoorbeeld MeVisLab (figuur 3). Dit platform allows om meerdere kijkers nemen en markeringen op mogelijk letsel locaties te plaatsen.
4. Beoordelen eerste halfrond over Flair in sagittale uitzicht. Zeef de gehele cortex van hyperintense laesies. Elke hyperintens letsel ≤4 mm is een mogelijke CMI. Plaats markers door te klikken op elke mogelijke CMI.
5. Herhaal dit voor het andere halfrond.
6. Controleer alle gemarkeerde locaties op T1 en T2. Gooi een locatie als het niet hypointense op T1 of hyperintense op T2.
7. Beoordelen transversale uitzicht, op FLAIR, T1 en T2. Gooi een locatie als het niet zichtbaar is. Controleer de coronale weergave in geval van twijfel.
8. Kijk uit voor MRI artefacten en anatomische afwijkingen (vooral sulcal randen).
9. Opslaan markers.

Figuur 3. Voorbeeld beeldweergave platform voor de beoordeling van de corticale microinfarcts. Een interface wordt gebruikt, integrated in MeVisLab. Dit programma maakt het mogelijk om meerdere kijkers tegelijkertijd op te nemen, gemakkelijk schakelen tussen sagittale / transversale / coronale oriëntatie en te plaatsen en op te slaan markeringen op mogelijk letsel locaties. (Verschillende markers kunnen worden gekozen voor verschillende soorten letsels).

3. Het beoordelen Cortical Microinfarcts op in vivo 3T MRI

1. Verwerven 3T MR beelden van de patiëntenpopulatie van uw interesse. Bestaande gegevens kunnen ook zolang de MRI protocol bevat minimaal een 3D T1 en T2 en een FLAIR gebruikt.
2. Beoordelen corticale CMI's van de in vivo 3T MR-beelden zoals beschreven in de onderstaande stappen, met behulp van de volgende 3T classificatie criteria voor CMI's: corticale CMI's zijn hypo-intense op T1 (dezelfde intensiteit krijgt CSF), detecteerbaar op ten minste twee standpunten van de hersenen (bv sagittale en transversale), beperkt tot de cortex, onderscheiden van perivasculaire ruimten, met een grootste afmeting ≤4 mm.
   1. Ontdek de locatie van een hypointense corticale laesie vinden op T1 op FLAIR en T2 gewogen beelden. Beoordeel de laesie als een waarschijnlijke corticale CMI als de locatie is hyperintense of dezelfde intensiteit krijgt (met de grijze stof) op de flair en T2. Gooi de laesie indien op dezelfde locatie een hypointense signaal gevonden T2, T1 hypointense vermelding van de laesie hetzij als gevolg van een hemorragische laesie, een vat of een artefact. In geval van twijfel, controleer de locatie op een T2 * gewogen afbeelding ^9.
3. Gebruik dezelfde interface als hierboven beschreven.
4. Beoordeelt eerst een halfrond op T1 in sagittale uitzicht. Het scherm van de hele cortex voor focale hypo-intense laesies. Elke hypointense letsel ≤4 mm is mogelijk CMI. Plaats markers door te klikken op elke mogelijke CMI.
5. Herhaal dit voor het andere halfrond.
6. Beoordelen transversale T1, en tegelijkertijd te controleren alle gemarkeerde locaties op transversale flair en T2. Wat betreft de locatie als een waarschijnlijke CMI als het hyperintense of dezelfde intensiteit krijgt op de flair en T2. Gooi een locatie if lijkt een artefact of anatomische variatie. Gooi een locatie als het hypo-intense op T2.
7. Kijk uit voor voorwerpen die eruit zien als CMI's op T1 gewogen beelden, vooral rinkelen artefacten aan de 'randen' van de hersenen die zal verschijnen op verschillende aangrenzende gyri, kijk uit voor de randen van sulci, kijk uit voor grote schepen in de temporale kwabben (aan de polen). Tenslotte wordt aanbevolen om mogelijke corticale CMI's in weefsel in de nabijheid ontdoen van een grotere corticaal infarct.
8. Opslaan markers.

Resultaten

Een impressie van de hoge resolutie en hoge beeldkwaliteit van verworven bij 7T is voorzien van een ex vivo opeenvolging hier (figuur 4). Dit is een 3D T2 * gewogen ex vivo scan met een isotrope resolutie van 0,18 mm. Weefsel werd afgeleid van een 84-jarige vrouw met demente pathologisch bewezen Alzheimer en ernstige cerebrale amyloïde angiopathie (CAA). Het detail van het beeld maakt de identificatie van corticale ...

Discussie

CMI's hebben aangetrokken steeds meer aandacht in de afgelopen jaren. Een groeiende hoeveelheid bewijsmateriaal afkomstig van autopsie studies heeft CMI's als belangrijke bijdragen aan leeftijd gerelateerde cognitieve achteruitgang en dementie ^4,5 geïdentificeerd. CMI's zijn nu detecteerbaar op 7T en ook 3T MRI. Optimalisatie en standaardisatie van assessment protocollen voor deze laesies zal een snelle uitvoering van de robuuste en geldig CMI detectie in cohort studies over de hele wereld te onde...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Fomblin / Galden PFPE	Solvay Solexis, Bollate, Italië
7T MR systeem	Philips Healthcare, Cleveland, OH, VS
32-kanaals ontvangst hoofdspoel	Nova Medical, Wilmington, MA, VS
MeVisLab	MeVis Medical Solutions AG, Bremen, Duitsland