Summary
高分辨率体外 7T磁共振成像协议提出，在验尸人脑组织进行微血管病变的MR引导组织病理学检验。此外，提供了用于在体内对7T皮质microinfarcts以及3T MR图像的评估准则。
Abstract
脑microinfarcts频繁发现在验尸人脑，并与认知能力下降和痴呆。由于其尺寸小是具有挑战性的研究他们在临床MRI扫描。这是最近证实，皮质microinfarcts可以采用高磁场强度（7T），核磁共振成像扫描仪来描述。在此基础上的经验，这些病变的比例也较低分辨率的3T MRI可见。这些研究结果证实与死后的人脑组织的体外成像，伴随着可能的皮质microinfarcts病理组织学检验。
这里离体成像协议，提出，用于验证的MR观察脑微血管病理组织学评估的目的。此外，提供了用于在两个体内 7T和3T MR图像皮质microinfarcts的评估准则。这些准则为研究人员提供W¯¯第i个工具率在体内图像较大患者样本皮质microinfarcts，进一步揭开其临床意义的认知功能减退和老年痴呆症，并在这些病变作为一种新型的脑小血管疾病的生物标志物。
Introduction
超高场7特斯拉（T）MRI检查的患者研究中的应用正在迅速发展1。本文介绍7T磁共振脑血管疾病的老化人脑的范围内有代表性的应用程序。脑血管疾病是认知衰退和痴呆的主要原因。这对血管性痴呆贡献经常涉及脑的小血管，如动脉，小静脉和毛细血管。因此，它被称为脑小血管疾病（SVD）2。因为脑小血管太小捕获与常规MRI，SVD只有后果- 即，所得到的组织损伤-可以被可视化。这包括白质高信号，脑微出血和腔隙性梗死3。
SVD的其他重要表现是脑microinfarcts（CMIS）4。尸检研究报道的中药注射剂在VASC高患病率ular痴呆和阿尔茨海默氏病5。然而，由于它们的小尺寸（范围从50微米到几个毫米）他们逃过检测上常规MRI 4,5。 7T的MRI提供具有改进的信号与噪声比和对比度，这使得某些结构和病变超越常规MRI的检测极限的检测高分辨率的图像。因此，该技术应用于检测中药注射剂。为了找出可能的中药注射剂，多在体内 7T核磁共振成像扫描了以前的病变筛查与尺寸<缺血性一致5毫米的影像学特征。这种病变可以可靠地在皮层被识别。这些联络拉长病变呈高信号的7T FLAIR（0.8毫米各向同性体素），受限于皮层，似乎从皮质表面延伸，高信号，在T2（0.7毫米各向同性体素），以及低信号T1（1.0毫米各向同性体素）。经证实，这些病变是使用皮质中药注射剂MR引导组织病理学方法在验尸人脑组织6,7。
在此， 离体 MRI方案，提出了用在以前的研究中对皮质中药注射剂的组织病理学验证。其次，提供了用于皮质中药注射剂在体内对7T的MRI评估准则。最后，皮质中药注射剂在7T的评估已被翻译为更广泛地提供3T MRI，并提供指导如何识别3T MRI皮质中药注射剂。
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Protocol
使用尸检标本和活体 MR图像此协议是符合当地法规并经大学医学中心的乌得勒支（UMCU）的当地机构审查委员会。
1.磁共振引导皮质Microinfarcts的组织病理学检验
- 体外 MRI
- 在处理脑组织，一定要穿戴手套和适当的防护服。
- 根据研究问题，选择合适的，最好是10毫米厚，福尔马林固定大脑板。大脑板对本文均来自UMCU的神经病理学部门，VU大学医学中心（VUMC），根据已知的阿尔茨海默氏症的病理。
- 通过浸渍在10％的福尔马林福尔马林固定全脑为至少3-4周，在切割之前。切大脑进入冠状板，包含两个半球。
- 对于验尸扫描，选择例如三个脑SLA每脑BS，从正面，颞顶骨和脑的枕骨区域采取。当前协议是为使用三个冠状脑板坯优化，含有两个半球，在一个扫描会话。
- 取脑板坯的照片在两侧（背和尾），并采取谨慎音符（或使草图）在容器中，并在扫描器板坯的取向的，购买的共定位的组织学的MRI。
- 填写一个特制的容器（ 图1） -在这种情况下，一个适合MR磁头线圈中-用10％福尔马林保鲜室温。如果从流体MRI信号是不希望使用全氟聚醚（PFPE）润滑剂用合适的密度，而不是福尔马林（如的Fomblin或热传导液PFPE）。确保处理福尔马林时使用一个流柜。
- 当放置在容器中的大脑砖，一定要避免气泡。轻轻去除大部分气泡萨基纳克的组织，或者通过手，或者使用振动筛或超声波浴中。
- 确保板坯不能在容器内移动，并限制所需要的流体的量，通过使用更小的容器，以保持板坯到位（ 图1）。
- 覆盖容器用塑料或封口膜，以防止蒸发，并保护从潜在污染（图2）对MR（头）线圈。
- 使用全身7T MRI扫描器与适当的线圈。在这个协议中一个双重的发送和32通道接收头线圈被使用。
- 将容器中的磁头线圈，裹在毛巾或手术底垫，以防止流体的潜在溢出。确保容器不能移动，并且该板保持在水平位置（图2）。
- 运行可通过使用适当的垫补工具被用于高分辨率扫描，正确B0不均匀的规划的调查扫描，并校准RF功率以获得正确的翻转角（少数板坯需要更少的功率相比在体内扫描整个头部的）根据制造商的协议。
- 计划调查扫描高分辨率收购，以确保大脑板坯完全包含在场-的图。扫描脑板坯O / N与表1中所示的分辨率高的收购，这是用于离体成像优化。这里提出的获取协议包括具有各向同性分辨率为0.4mm，以及一个T2 *加权的图像以0.18毫米的各向同性分辨率的三维FLAIR，T2和T1加权图像。
- 自动识别软件进程，可能会中断扫描，如运行O / N自动向上日期，或末梢神经的刺激警告，并确保扫描仪的程序不会被这些中断。
- 监控扫描仪O / N为可能确认的弹出窗口，可能会中断扫描，通过使用例如VPN连接。
- 返回第二天上午（后在当前的协议大约12小时的总扫描时间）。存放于福尔马林大脑砖，清理。
- 保存图像到外部硬盘。
图1.制备福尔马林固定脑板坯进行事后扫描在7T的MRI。甲专门建造的有机玻璃容器中填充为10％福尔马林或全氟聚醚（PFPE）润滑剂，如果从该流体的MRI信号是不希望的。三个10毫米厚的福尔马林固定冠状脑板坯放置在容器中。较小的容器用来保持板坯到位。用胶带将第二容器的第一个，以防止移动。
图2.放置在7T头部线圈的专用容器。盖上容器用塑料或封口膜，以防止福尔马林的蒸发。将容器，包在毛巾或手术焊，在7T磁共振扫描仪的头部线圈。确保容器不能移动，并且该板保持在水平位置。
- 组织病理学
- 确定可能的皮质中药注射剂 - 或感兴趣的其他病变 - 对采集的图像。这些病变组织学分析的目标。当心工件，如验尸组织损伤（有时因削减出现在大脑砖的表面）或长期福尔马林保存的文物（ 如粗MRI低信号代表神经纤维的改变8）。
注：皮质中药注射剂的不同病理亚型有不同的MR特性。有关的CMI亚型进一步的细节，读者可参考最近的体外研究7。 - 房颤之三确定的MR图像可能皮质中药注射剂，试样的病理验证感兴趣的区域。请一定要切出一个区域，包括解剖标志，用于组织病理学磁共振成像以后匹配。执行标准组织病理学，作为跟随（但其他的方法也可能适用）。
- 切出的约30×20×5毫米3含有可能皮层的CMI的区域。
- 为了获得准确的采样，通过切片厚度的磁共振图像，以及组织架构估计病变的部位。手动切割组织略高于估计病灶位置以限制是需要靶向病变连续切片（石蜡包埋后）的量。
- 确保采样组织适合一个组织盒。放置表面要在盒切割面朝下。
- 保留所有组织盒中10％的甲醛，直至组织处理。
- 过程中组织进行石蜡包埋。这通常涉及脱水组织，通过一系列梯度酒精（例如，70％至95％至100％）浴，并清除在二甲苯的组织的的一种自动化过程。
- 嵌入石蜡块中的组织。保证嵌入后的表面进行切割朝上。
- 切4-6微米连续切片用切片机，直至靶疾患检索。
- 浮动的37℃水浴表面上的部分。安装在载玻片上的部分。放置一个变暖块上的滑动来接合组织，以在玻璃上。商店幻灯片O / N在室温。
- 执行的第一个部分一个合适的染色（ 如 H＆E染色），让相邻的空白部分用于再使用 （例如，免疫组化）。
- 盖玻片的H＆E染色切片，用一滴安装选择介质。轻轻放下防滑，避免产生气泡。
- 研究使用光学显微镜的部分中，在一个适当的磁nification。部分比较先前获得的MR图像。
- 确定可能的皮质中药注射剂 - 或感兴趣的其他病变 - 对采集的图像。这些病变组织学分析的目标。当心工件，如验尸组织损伤（有时因削减出现在大脑砖的表面）或长期福尔马林保存的文物（ 如粗MRI低信号代表神经纤维的改变8）。
2.评估皮质Microinfarcts 对体内7T磁共振成像
- 在您感兴趣的患者群体进行7T的MRI，使用如6所述的体内 MRI方案（其包括至少一个三维FLAIR）。
- 评估如在下面的步骤中详述的体内 7T MR图像皮质中药注射剂，使用以下7T评级标准中药注射剂：皮质中药注射剂是高信号上FLAIR（具有或不具有低信号中心），高信号在T2，低信号在T1，可检测的上的至少两个视图的脑（例如，矢状和横向）的，仅限于皮质，从血管周围间隙不同，具有最大尺寸≤4毫米6,7。
- 使用接口具有三个图像的观众，同时查看FLAIR，T1和T2的图像，例如，MeVisLab（图3）。该平台异体WS地将多个观众，并把可能的病变部位的位置标记。
- 首先评估一个半球FLAIR上矢状视图。屏幕全皮质的高信号病灶。任何hyperintens病变≤4毫米是一个可能的CMI。通过点击每一个可能的CMI位置标记。
- 重复另一半球。
- 验证在T1和T2的所有标记的位置。丢弃一个位置，如果它不是低信号T1或高信号在T2。
- 评估横向视图中，FLAIR，T1和T2。丢弃一个位置，如果它是不可见的。检查中如有疑问冠状视图。
- 当心MRI伪影和解剖变异（尤其是脑沟的边缘）。
- 保存标记。
图3.示例图像浏览平台皮质microinfarcts的评估。接口时，INTegrated在MeVisLab。这个程序允许同时将多个观众，矢状/横向/冠状方向之间轻松切换，并把和节省可能的病变位置标记。 （不同的标记，可以选择不同类型的病灶）。
3.评估皮质Microinfarcts 对体内3T MRI
- 获取您感兴趣的患者人群的3T磁共振图像。现有的数据也可以只要该MR成像协议中包含的至少一个三维T1和一个FLAIR和T2使用。
- 评估皮质中药注射剂上，如下面的步骤中详述的体内 3T MR图像，使用以下3T评级标准中药注射剂：皮质中药注射剂是低信号在T1（等信号与CSF），可检测的至少两个视图的大脑（例如矢状和横向），限制到皮质，从血管周围间隙不同，具有最大尺寸≤4毫米。
- 探索一个hypoint的位置恩瑟皮质病变发现T1的风格和T2加权像。评价病变为可能的皮质CMI如果该位置上的天赋和T2高或等信号（与灰质）。丢弃病变如果在同一位置一低信号被发现在T2，表示T1低信号病变或者是由于出血性病变，血管，或工件。如有疑问，请查看位置上的T2 *加权图像9。
- 使用相同的接口，如上所述。
- 首先评估一个半球在T1矢状视图。屏幕全皮质局灶性低信号病变。任何低信号病灶≤4毫米是一个可能的CMI。通过点击每一个可能的CMI位置标记。
- 重复另一半球。
- 评估横向T1，同时核实横向FLAIR和T2的所有标记的位置。关于该位置作为一个可能的CMI如果是高信号或等信号的FLAIR和T2。放弃一个位置我F IT似乎是一个假象或解剖变异。丢弃的位置，如果它是低信号T2。
- 当心工件看起来像在T1加权图像中药注射剂，特别是在其中将出现在几个相邻的脑回，注意沟的边缘大脑的“边缘”的环状假象，注意大血管中的颞叶（在两极）。最后，建议丢弃在组织可能皮质中药注射剂在靠近较大皮质梗塞。
- 保存标记。
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Representative Results
高分辨率和在7T提供获得离体序列的高图像质量的印象这里（图4）。这是一个三维的T2 *加权的离体的扫描，以0.18毫米的各向同性分辨率。组织来源于一个84岁的痴呆症的女性经病理证实为阿尔茨海默氏症和严重的脑淀粉样血管病（CAA）。图像的细节允许皮质微血管病理的鉴定。 T2 *是易感的铁，以及空气。该组织含有皮质内的高负担微血管病变的。在这些板坯的沟的低信号气泡，它可以与评级皮质微血管病理干扰的结果。皮质中药注射剂的标识，T2加权序列是必需的。
图5表示皮质CMI确定在体外的图像在7T。这种类皮质CMI被发现在一个86岁的女性，中度阿尔茨海默病理学（Braak和Braak第四阶段）的验尸脑组织。相应的H＆E部分验证了这种病变是一种慢性gliotic CMI用气蚀7。
图6是代表可能皮质microinfarct， 对体内7T MRI检出。
图7是代表可能皮质microinfarct， 对体内3T MRI检出。
在7T收购图4。代表的验尸照片。 请点击此处观看该视频。
这是一个3D电影0.18毫米各向同性T2 *重症淀粉样血管病案件的加权图像。大脑中的这些板已被Annemieke Rozemuller博士，VUMC，阿姆斯特丹一直慷慨地提供。
图5.磁共振引导皮质microinfarct组织病理学。
描绘的是FLAIR，T2，T1，湿纸巾，和H＆E染色，呈现出皮质慢性gliotic microinfarct用气蚀。这个数字已经被修改7。 请点击此处查看该图的放大版本。
图上7T磁共振代表性的可能的皮质microinfarct。
在7T皮质microinfarct是高信号在FLAIR和T2，以及T1低信号。这个案例是一个45岁的女性谁从叶脑出血遭遇。 MR图像是一种礼貌卡琳Klijn，UMCU，乌得勒支博士。 请点击此处查看该图的放大版本。
图上3T MRI代表性的可能的皮质microinfarct。
在3T的皮质microinfarct才能最好地确定为在3D T1一个低信号病变。上FLAIR和T2对应的位置应该是高信号（在这种情况下）或等信号。这个案例是一个76岁的女性，阿尔茨海默氏病的临床诊断。 MR图像是一种礼貌的克里斯托弗·陈医生，新加坡国立大学，新加坡。PLEASE点击此处查看该图的放大版本。
| TI | TR / TE | 翻转/重新调整角度 | 收购分辨率 | 矩阵大小 | 片 | 平均值 | 扫描时间 | |
| （女士） | （女士） | （°） | （微米3） | （H：分：秒） | ||||
| T2 | - | 3500/164 | 四十〇分之九十〇 | 400x400x400 | 500x280 | 100 | 4 | 1时52分03秒 |
| FLAIR | 1600＃ | 8000/164 | 四十〇分之九十〇 | 400x400x400 | 500x280 | 100 | 4 | 4时16分〇八秒 |
| T1 | 280 | 7.7 / 3.5 | 6 / - | 400x400x400 | 348x348 | 80 | 3 | 0点55分38秒 |
| T2 * | - | 二十分之七十五 | 25 / - | 180x180x180 | 832x834 | 278 | 1 | 4时59分31秒 |
| 不敏感编码（SENSE）加速了应用。＃TI的是基于10％的福尔马林确定。 | ||||||||
表1.验尸扫描参数。
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Discussion
中药注射剂已经吸引了越来越多的关注，在过去的几年里。证据尸检研究中获得越来越多的身体已经确定中药注射剂的重要贡献者与年龄有关的认知能力下降和痴呆4,5。中药注射剂是现在检测的7T，也3T MRI检查。优化和评估协议，这些病变的标准化将支持迅速执行稳健和有效的CMI检测的队列研究在世界各地。这将使中药注射剂的老化，脑血管疾病的上下文中的临床相关的在未来的临床研究一个普遍的评价，和痴呆，两者的横截面以及纵向9,10。
在这项工作中所描述的方法实际上是在意义上'meta法“，它可以被认为是一个程序开发（并依次改善），用于在体内检测中药注射剂，这可能迄今为止仅被评估验尸方法由神经病理学家。体内CMI检测方法，通过新的MRI方案和图像处理技术开发改良的最关键的一步是用组织学，这是目前的黄金标准进行验证。的体内检测中药注射剂相比，组织学的一个重要的限制是分辨率。然而，尽管事实是在体内MRI将不能够检测到更小的中药注射剂，但它提供了全脑的覆盖，这可能会被证明是一样有效找上只是几个组织切片显微中药注射剂。
建立在体内指导CMI等级的一个重要步骤是中药注射剂的病理组织学检验，由验尸人脑组织的体外高分辨率磁共振引导。这里介绍的体外扫描协议为皮层微血管病变验证优化，但可以在更广泛的研究范围内得到应用，以支持其他新的脑成像标志物在体内的评级。扫描验尸^ hUMAN脑组织有它的挑战，这应在此处承认。福尔马林固定的组织，长期储存会导致文物8。其它挑战是由气泡引起MRI伪影，因为气泡能够与MR信号干扰，尤其是在流体组织分界。因此，去除气泡是一个重要步骤。空气中容易积聚在空血管，脑回之间，与板之间。克服后者，一会理想地扫描未切割的组织的一个整体块。然而，标准化的尸检过程的一部分被切割10毫米厚板材的甲醛固定的组织。扫描验尸组织需要格外注意保证足够的B0匀场，正确的RF功率优化（步骤1.1.10）。这可能需要从本地MRI物理学家特别关注。这些步骤是依赖于7T MRI扫描器的供应商，并且可以根据个体研究组师的要求进行优化。在扫描过程中，板坯eith尔10％福尔马林或在PFPE润滑剂，这是无MR信号的质子 - 自由流体淹没。使用质子 - 自由流体的优点是它最大限度地减少所需的场-的图，它可以更好地B0匀场，并且它不穿透所述组织，因为它是高度疏水的。缺点是，它是昂贵的，并且可以是不切实际的在使用中（即油状物质）。福尔马林是在使用中容易得多，是便宜的，并且不与所述组织干扰当组织已经福尔马林固定。福尔马林的缺点是，它可能会导致射频不均匀在7T，当扫描大量（例如，全脑），并且该物质是有毒的。另一个经常应用于嵌入的体外MRI物质是琼脂凝胶。琼脂是理想的扫描单板坯或个别病理标本，并且主要优点是潜在的运动的减少。此外，它允许放置基准槽的使用，因为人工路标11。
的7T评级标准皮质中药注射剂的评价对体内3T磁共振即时翻译年龄是重要的，让中药注射剂的患者大样本调查。但是，也有一些挑战，考虑到。首先，确保包括在3T MRI扫描协议中的至少一个3D序列，这可能不是在大多数临床使用的协议的标准程序。其次，在3T的FLAIR序列通常不重T2加权比7T。这是建议，以评估皮质中药注射剂三维T1加权像，以确认在FLAIR和T2（如果有的话）的原因，并在怀疑的情况下T2的*。对于在这个协议中，一个高分辨率3D T1（1.0毫米各向同性体素），2D FLAIR（1.0x1.0x3.0毫米3体素），和2D T2所描述的当前的CMI评级准则的目的（1.0x1.0x3.0毫米3像素）9被使用。上获得一个3T MRI系统这些图像中，具有32信道接收头线圈。
体内CMI评级一些限制到位。在体内磁共振图像r评价中药注射剂在视觉上emains挑战性显然是评价者依赖。它需要训练，但即使与适当的经验，这些小病灶容易被人眼逃过检测。此外，评级中药注射剂是相当费力和费时的，特别是当施加到更大的样品。因此，它是重要的开发（半）自动的检测方法中药注射剂是有助于视觉等级14的鉴别。应该承认，3T MRI只能检测较大的中药注射剂。这同样适用于7T，尽管在较小的程度。然而，MRI上中检测到的中药注射剂确实有重要和具体的临床相关性9。
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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, Bremen, Germany |
References
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