Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Medicine
Click here for the English version

Medicine

Magnetic Resonance Imaging van Multiple Sclerose bij 7.0 Tesla

Published: February 19, 2021 doi: 10.3791/62142
Automatic Translation
*1, *1, *2,3,4, 5, 6,7, 8, 1, 2,3, 4,9, 2,3,4, 1,2,8
1Berlin Ultrahigh Field Facility (B.U.F.F.), Max Delbrück Center for Molecular Medicine in the Helmholtz Association, 2Experimental and Clinical Research Center, Max Delbrueck Center for Molecular Medicine and Charité – Universitätsmedizin Berlin, corporate member of Freie Universität Berlin, Humboldt-Universität zu Berlin, and Berlin Institute of Health, 3NeuroCure Clinical Research Center, Charité – Universitätsmedizin Berlin, corporate member of Freie Universität Berlin, Humboldt-Universität zu Berlin, and Berlin Institute of Health, 4Department of Neurology, Charité – Universitätsmedizin Berlin, corporate member of Freie Universität Berlin, Humboldt-Universität zu Berlin, and Berlin Institute of Health, 5The Swedish National 7T Facility, Lund University Bioimaging Center, Lund University, 6Department of Radiography, Medical University of Lublin, 7ECOTECH-COMPLEX, Maria Curie-Skłodowska University, 8MRI.TOOLS GmbH, 9Berlin School of Mind and Brain, Humboldt-Universität zu Berlin
* These authors contributed equally

Summary

Hier presenteren we een protocol om magnetische resonantie (MR) beelden te verkrijgen van multiple sclerose (MS) patiëntenhersenen bij 7,0 Tesla. Het protocol omvat de voorbereiding van de opstelling inclusief de radiofrequentiespoelen, gestandaardiseerde interviewprocedures met MS-patiënten, positionering van het onderwerp in de MR-scanner en MR-gegevensverzameling.

Abstract

Het algemene doel van dit artikel is om een state-of-the-art ultrahigh field (UHF) magnetische resonantie (MR) protocol van de hersenen bij 7,0 Tesla bij multiple sclerose (MS) patiënten te demonstreren. MS is een chronische inflammatoire, demyeliniserende, neurodegeneratieve ziekte die wordt gekenmerkt door witte en grijze stof laesies. Detectie van ruimtelijk en temporeel verspreide T2-hyperintense laesies door het gebruik van MRI bij 1,5 T en 3 T vormt een cruciaal diagnostisch hulpmiddel in de klinische praktijk om een nauwkeurige diagnose van MS vast te stellen op basis van de huidige versie van de McDonald-criteria van 2017. De differentiatie van MS-laesies van witte stoflaesies van andere oorsprong kan echter soms een uitdaging zijn vanwege hun lijkende morfologie bij lagere magnetische veldsterkten (meestal 3 T). Ultrahigh field MR (UHF-MR) profiteert van een verhoogde signaal-ruisverhouding en verbeterde ruimtelijke resolutie, beide de sleutel tot superieure beeldvorming voor nauwkeurigere en definitieve diagnoses van subtiele laesies. Vandaar dat MRI bij 7,0 T bemoedigende resultaten heeft laten zien om de uitdagingen van MS-differentiële diagnose te overwinnen door MS-specifieke neuroimaging markers te bieden (bijv. Centraal aderteken, hypointense rimstructuren en differentiatie van MS grijze stof laesies). Deze markers en andere kunnen worden geïdentificeerd door andere MR-contrasten dan T1 en T2 (T2*, fase, diffusie) en verbeteren aanzienlijk de differentiatie van MS-laesies van die welke voorkomen bij andere neuro-inflammatoire aandoeningen zoals neuromyelitis optica en Susac-syndroom. In dit artikel beschrijven we onze huidige technische aanpak voor het bestuderen van cerebrale witte en grijze stof laesies bij MS-patiënten bij 7,0 T met behulp van verschillende MR-acquisitiemethoden. Het up-to-date protocol omvat de voorbereiding van de MR-opstelling inclusief de radiofrequentiespoelen op maat voor UHF-MR, gestandaardiseerde screening, veiligheids- en interviewprocedures met MS-patiënten, patiëntpositionering in de MR-scanner en acquisitie van speciale hersenscans op maat voor het onderzoeken van MS.

Introduction

Multiple sclerose (MS) is de meest voorkomende chronische inflammatoire en demyeliniserende ziekte van het centrale zenuwstelsel (CZS) die uitgesproken neurologische invaliditeit bij jongere volwassenen veroorzaakt en leidt tot langdurige invaliditeit1,2. Het pathologische kenmerk van MS is de accumulatie van demyeliniserende laesies die optreden in de grijze en witte stof van de hersenen en ook diffuse neurodegeneratie in de hele hersenen, zelfs in normaal lijkende witte stof (NAWM)3,4. MS-pathologie suggereert dat ontsteking weefselbeschadiging in alle stadia van de ziekte veroorzaakt, zelfs tijdens de progressieve stadia van de ziekte5. De eerste klinische manifestaties van MS gaan vaak gepaard met omkeerbare episodes van neurologische tekorten en worden een klinisch geïsoleerd syndroom (CIS) genoemd, wanneer ze alleen suggestief zijn voor MS6,7. Bij afwezigheid van een duidelijk CIS moet voorzichtigheid worden betracht bij het stellen van een MS-diagnose: de diagnose moet worden bevestigd door follow-up en het starten van langdurige ziektemodificerende therapieën moet worden uitgesteld, in afwachting van aanvullend bewijs8.

Magnetische resonantie beeldvorming (MRI) is een onmisbaar hulpmiddel bij het diagnosticeren van MS en het monitoren van ziekteprogressie9,10,11. MRI bij magnetische veldsterkten van 1,5 T en 3 T vertegenwoordigt momenteel een cruciaal diagnostisch hulpmiddel in de klinische praktijk om spin-spin relaxatietijd gewogen (T2)hyperintense laesies te detecteren en een nauwkeurige diagnose van MS vast te stellen op basis van de huidige versie van de McDonald-criteria van 20178. Diagnostische criteria voor MS benadrukken de noodzaak om de verspreiding van laesies in ruimte en tijd aan te tonen en alternatieve diagnoses uit te sluiten8,12. Contrastversterkte MRI is de enige methode om acute ziekte en acute ontsteking te beoordelen8maar toenemende bezorgdheid over mogelijke gadolinium hersenafzetting op lange termijn zou mogelijk de contrasttoepassing als een belangrijk diagnostisch hulpmiddel kunnen beperken13,14,17. Bovendien kan de differentiatie van MS-laesies van witte stoflaesies van andere oorsprong soms een uitdaging zijn vanwege hun op elkaar lijkende morfologie bij lagere magnetische veldsterkten.

Hoewel MRI zeker het beste diagnostische hulpmiddel is voor MS-patiënten, moeten MR-onderzoeken en protocollen de richtlijnen volgen van de Magnetic Resonance Imaging in MS-groep (MAGNIMS) in Europa18,19 of het Consortium of Multiple Sclerosis Centers (CMSC) in Noord-Amerika20 voor de diagnose, prognose en monitoring van MS-patiënten. Gestandaardiseerde kwaliteitscontrolestudies in overeenstemming met de nieuwste richtlijnen in verschillende ziekenhuizen en landen zijn ook cruciaal21.

MRI-protocollen op maat voor MS-diagnose en ziekteprogressiemonitoring omvatten meerdere MRI-contrasten, waaronder contrast dat wordt beheerst door de longitudinale ontspanningstijd T1,de spin-spin-ontspanningstijd T2, de effectieve spin-spin-ontspanningstijd T2* en diffusiegewogen beeldvorming (DWI)22. Harmonisatie-initiatieven leverden consensusrapporten op voor MRI in MS om te evolueren naar gestandaardiseerde protocollen die klinische vertaling en vergelijking van gegevens tussen sites23,24,25 vergemakkelijken. T2 -gewogenbeeldvorming is goed ingeburgerd en wordt vaak gebruikt in de klinische praktijk voor de identificatie van witte stof (WM) laesies, die worden gekenmerkt door hyperintense uiterlijk26,27. Hoewel het een belangrijk diagnostisch criterium is voor MS28,correleert de WM-laesiebelasting slechts zwak met klinische invaliditeit, vanwege het gebrek aan specificiteit voor de ernst van de laesie en de onderliggende pathofysiologie26,27,29. Deze waarneming heeft geleid tot verkenningen naar parametrische kartering van de transversale relaxatietijd T2 30. T2*-gewogen beeldvorming is steeds belangrijker geworden bij het afbeelden van MS. Het centrale aderteken in T 2 *gewogenMRI wordt beschouwd als een specifieke beeldvormingsmarker voor MS-laesies27,31,32,33. T2* is gevoelig voor ijzerafzetting34,35, die betrekking kan hebben op ziekteduur, activiteit en ernst36,37,38. T2* werd ook gemeld om hersenweefselveranderingen te weerspiegelen bij patiënten met kleine tekorten en vroege MS, en kan dus een hulpmiddel worden om de ontwikkeling van MS al in een vroeg stadium te beoordelen39,40.

Verbeteringen in MRI-technologie beloven veranderingen in het CZS van MS-patiënten beter te identificeren en clinici een betere gids te bieden om de nauwkeurigheid en snelheid van een MS-diagnose te verbeteren11. Ultrahigh field (UHF, B0≥7.0 T) MRI profiteert van een toename van de signaal-ruisverhouding (SNR) die kan worden geïnvesteerd in verbeterde ruimtelijke of temporele resoluties, beide de sleutel tot superieure beeldvorming voor nauwkeurigere en definitieve diagnoses41,42. Transmissieveld (B1+) inhomogeniteiten die een nadelig kenmerk zijn van de 1H-radiofrequentie die wordt gebruikt bij ultrahoge magnetische velden43 zou baat hebben bij meerkanaalstransmissie met behulp van parallelle transmissie (pTx) RF-spoelen en RF-pulsontwerpbenaderingen die de B1+ homogeniteit verbeteren en zo een uniforme dekking van de hersenen44vergemakkelijken .

Met de komst van 7,0 T MRI hebben we meer inzicht gekregen in demyeliniserende ziekten zoals MS met betrekking tot verhoogde gevoeligheid en specificiteit van laesiedetectie, centrale adertekenidentificatie, leptomeningeale verbetering en zelfs met betrekking tot metabole veranderingen45. MS-laesies zijn al lang aangetoond uit histopathologische studies om zich te vormen rond aderen en venules46. De periveneuze verdeling van laesies (centraal aderteken) kan worden geïdentificeerd met T2* gewogen MRI46,47,48 bij 3,0 T of 1,5 T, maar kan het best worden geïdentificeerd met UHF-MRI bij 7,0 T49,50,51,52. Anders dan het centrale aderteken, heeft UHF-MRI bij 7,0 T MS-specifieke markers verbeterd of blootgelegd, zoals hypointense velgstructuren en differentiatie van MS-grijze stoflaesies53,54,55,56. Een betere afbakening van deze markers met UHF-MRI belooft enkele van de uitdagingen van het onderscheiden van MS-laesies te overwinnen van die welke voorkomen bij andere neuro-inflammatoire aandoeningen zoals Susac-syndroom53 en neuromyelitis optica54, terwijl ook gemeenschappelijke pathogenetische mechanismen worden geïdentificeerd in andere aandoeningen of varianten van MS zoals Baló's concentrische sclerose57,58.

Dit artikel erkent de uitdagingen en kansen van UHF-MRI voor de detectie en differentiatie van MS-laesies en beschrijft onze huidige technische aanpak om cerebrale witte en grijze stoflaesies bij MS-patiënten bij 7,0 T te bestuderen met behulp van verschillende beeldvormingstechnieken. Het up-to-date protocol omvat de voorbereiding van de MR-opstelling inclusief de radiofrequente (RF) spoelen op maat van de UHF-MR, gestandaardiseerde screening, veiligheids- en interviewprocedures met MS-patiënten, patiëntpositionering in de MR-scanner en acquisitie van hersenscans gewijd aan MS. Het artikel is bedoeld om beeldvormingsexperts, basisonderzoekers, klinische wetenschappers, translationele onderzoekers en technologen met alle niveaus van ervaring en expertise, variërend van stagiairs tot geavanceerde gebruikers en toepassingsexperts, te begeleiden op het gebied van UHF-MRI bij MS-patiënten, met als uiteindelijk doel synergetisch technologieontwikkeling en klinische toepassing te verbinden tussen disciplinaire domeinen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Dit protocol is voor studies die zijn goedgekeurd door de ethische commissie van de Charité - Universitätsmedizin Berlin (goedkeuringsnummer: EA1/222/17, 2018/01/08) en de afdeling Gegevensbescherming en Corporate Governance van de Charité - Universitätsmedizin Berlin. Geïnformeerde toestemming is verkregen van alle proefpersonen voordat ze in het onderzoek werden opgenomen.

1. Onderwerpen

OPMERKING: Werving van MS-patiënten vindt meestal plaats op enkele dagen tot enkele weken voorafgaand aan de MR-onderzoeken bij 7,0 T.

  1. Rekruteren VAN MS-patiënten door neurologen uit de polikliniek op basis van inclusiecriteria (afhankelijk van de neuro-immunologische vraag) en exclusiecriteria (waaronder bijvoorbeeld implanteerbare medische hulpmiddelen zoals insulinepompen of pacemakers of zwangerschap).
  2. Geef MS-patiënten tijdens het poliklinische bezoek een korte samenvatting van het MR-onderzoek bij 7,0 T en een uitleg over de veiligheidsmaatregelen die gepaard gaan met een 7,0 T MR-onderzoek.
    1. Hoewel voorzorgsmaatregelen, met name bij 7,0 T, moeten worden genomen en een lijst met contra-indicaties (bijv. tabel 1)voor iedereen beschikbaar moet worden gesteld, moet u goed op de hoogte blijven van nieuwe inzichten in veiligheidsoverwegingen en besluitvormingsprocessen, met name met het brede scala aan beschikbare implantaten, uit betrouwbare literatuurbronnen59,60,61,62,63 . De International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM) en de Society for MR Radiographers, Technologists (SMRT) bieden veiligheidsrichtlijnen met betrekking tot MR-veiligheidsstrategieën en -normen voor implantaten en apparaten 64.
    2. Wees samen met de gezondheids-, veiligheidsfunctionaris en medisch personeel goed op de hoogte van mogelijke gevaren, voorzorgsmaatregelen en oplossingen die beschikbaar zijn. Het type lokale RF-spoel dat wordt gebruikt voor onderzoek is een belangrijke factor, evenals de positie en het type van het implantaat59.
    3. Maak een risico- / batenbeoordeling die voldoet aan lokale ethische overwegingen63 bij proefpersonen met implantaten, apparaten of tatoeages en overweeg de winst die verloren gaat wanneer beperkingen te conservatief zijn.
  3. Geef proefpersonen een week voor de MR-onderzoeken een afspraak voor het onderzoek bij de 7.0 T MR-scanner. Neem contact op met patiënten met mobiliteitsproblemen of mensen die eerder uit een andere stad komen. Geef de proefpersonen parallel aan de toewijzing van afspraken belangrijke informatie via e-mail: dit omvat documenten en formulieren voor geïnformeerde toestemming, evenals veiligheidsinformatie, waaronder een lijst met contra-indicaties(tabel 1). Dit dient als voorbereiding op de discussie die in stap 1.9 tot en met 1.14 aan de orde komt.
  4. Zodra het onderwerp is toegelaten tot het UHF-MR-gebouw of -eenheid en de identificatie heeft bevestigd, beoordeelt u hun bewustzijn over de potentiële gevaren met betrekking tot de magnetische velden van UHF. Bijzondere aandacht is nodig in gevallen van passief geleidende implantaten en voor implanteerbare medische hulpmiddelen (bijv. pacemakers en insulinepompen).
  5. Verzoek dat elke proefpersoon een bevestigingsformulier invult met betrekking tot de veiligheidseisen om de 5 Gauss (0,5 mT) zone te betreden, wat wordt beschouwd als het 'veilige' niveau van blootstelling aan statische magnetische velden voor het grote publiek. Deze veiligheidszone rond de omtrek van de hoofdmagneet van de MR-scanner wordt gespecificeerd door de afstand waarop het verdwaalde magnetische veld gelijk is aan 5 Gauss. De 5 Gauss-lijn wordt vaak gemarkeerd op de vloer. Vanwege het lange bereik van het magnetische zwerfveld van een passief afgeschermde 7.0 T MR-scanner in ons geval, gebruikt u de buitenmuren van het gebouw om de veiligheidszone te specificeren in plaats van de 5 Gauss-lijn.
    OPMERKING: Op het moment dat deze opname werd gemaakt, onderging de wereld de coronaviruspandemie van 2020 en elk onderwerp moest de bijbehorende richtlijnen volgen, waaronder de afstandsregel van 1,5 m, mond- en neusbescherming en handdesinfectie.
  6. Informeer proefpersonen over de beschikbaarheid van kluisjes in de buurt van de ingang van het MR-gebouw, waar ze hun waardevolle spullen veilig kunnen opbergen. Informeer proefpersonen dat sommige van hun persoonlijke bezittingen (mechanische horloges, bankkaarten met magneetstrips) een potentieel veiligheidsrisico vormen en /of beschadigd kunnen raken wanneer ze na een bepaalde periode dicht bij de magneten zijn.
  7. Begeleid het onderwerp naar de voorbereidingsruimte waar het onderwerp zal worden onderzocht door de arts, neuroloog of studieverpleegkundige.
  8. Vraag naar gezondheidsstatus en inname van medicijnen. Documenteer in het case report form (CRF).
  9. Vraag vóór alle onderzoeksmaatregelen naar mogelijke MRI-contra-indicaties (zwangerschap, alle mogelijke eerdere operaties met potentiële vreemde voorwerpen, eerdere verwondingen met metalen voorwerpen, piercings, tatoeages, hoortoestellen, claustrofobie, musculoskeletale problemen, passief of actief uitvoeren van implantaten, waaronder tandheelkundige implantaten, medische hulpmiddelen zoals pacemakers en insulinepompen).
  10. Bespreek details over de achtergrond en doelen van het onderzoek (informatie die via e-mail wordt verzonden). Geef indien relevant informatie over onderzoeksbronnen (bijvoorbeeld of de studie door de onderzoeker is geïnitieerd, door de industrie geïnitieerd of door de industrie wordt gesponsord). Institutionele banden van de staat en potentiële belangenconflicten. De proefpersoon moet het doel van de studie en de implicaties ervan kunnen begrijpen. De betrokkene heeft het recht om toegang te krijgen tot zijn eigen gegevens, indien daarom wordt gevraagd. Een jaar na voltooiing van de studie zal een rapport of publicatie vrij beschikbaar zijn.
  11. Bespreek informatie over gegevensbescherming en verzekeringen. Alle gegevens ondergaan pseudonimisering voor de start van het onderzoek. Leg persoonlijke gegevens van betrokkenen (inclusief naam, geboortedatum, adressen, contactnummers en pseudonimiserings-ID) vast in een identificatielijst in het investigator site file (ISF) en sluit op in een speciale kast.
    1. Bewaar gegevens voor een periode van maximaal 10 jaar. Alleen geautoriseerde personen die zijn gedefinieerd in de ethische goedkeuring van het onderzoek hebben met een wachtwoord beveiligde toegang tot de gegevens. Verzekeringsgerelateerde informatie omvat regelingen voor de behandeling en/of vergoeding in geval van schade als gevolg van deelname aan het onderzoek. Deze informatie wordt via e-mail verzonden.
  12. Schets de medische parametermetingen van de studie (bijv. Bloeddruk, hartslag, lichaamsgewicht, lichaamslengte, lichaamstemperatuur, zwangerschapstest in het geval van vruchtbare vrouwelijke proefpersonen). Deze informatie wordt ook via e-mail verzonden.
  13. Schets het MRI-onderzoek. Informeer elke proefpersoon over mogelijke voordelen, maar ook potentiële risico's van het ondergaan van een MRI-onderzoek bij UHF magnetisch veld voordat u de MRI-veiligheidszone betreedt. Deze informatie wordt ook via e-mail verzonden.
  14. Zorg voor ethische integriteit, bevestig dat de studie is goedgekeurd door de ethische commissie en stel patiënten gerust met betrekking tot deelname aan het onderzoek. Informeer de proefpersoon dat deelname aan het examen vrijwillig is en dat hij het onderzoek altijd op elk moment kan afbreken, zonder extra rechtvaardiging of negatieve gevolgen.
  15. Verkrijg geïnformeerde toestemming, zowel mondeling als schriftelijk.
  16. Na toestemming krijgt de proefpersoon een gepseudonimiseerde ID toegewezen en worden alle gegevens onder dit pseudoniem geregistreerd en opgeslagen.

2. MR setup voorbereiding

OPMERKING: Het volgende wordt uitgevoerd voordat het onderwerp aankomt bij het UHF-MR-gebouw.

  1. Schakel de MR-acquisitiesoftware in. De magneet staat altijd aan.
    1. Voor sommige scanners (bijvoorbeeld het Siemens MR-systeem dat wordt gebruikt om de representatieve resultaten in dit protocol te verkrijgen) initieert een schakelkast in de bestuurdersruimte(figuur 1)het MR-systeem (gradiënten en software): draai de toets met de klok mee, druk op de blauwe knop Systeem aan om de software te starten (syngo). Er verschijnt een venster op de scanner-pc waarvoor een wachtwoordbevestiging vereist is.
  2. Sluit een RF-spoel voor hoofd-MRI aan op het MR-systeem. Op een Siemens 7.0 T is dit meestal een 1-kanaals circulair gepolariseerde (CP) transmissie (1Tx (CP)), 24-kanaals ontvangende (24Rx) RF-spoel(Figuur 2)of als alternatief een 1Tx (CP) / 32Rx RF-spoel. Deze RF-spoelen worden via 4 stekkers aangesloten op de patiëntentafel (gelabeld X1 - X4).
    OPMERKING: Op een Philips of General Electric (GE) 7.0 T MR-systeem zou een typische kopspoel een 2Tx (CP) / 32Rx RF-spoel zijn. Deze RF spoel wordt via 3 stekkers en interfaceboxen aangesloten op de patiëntentafel. Al deze RF-spoelen vereisen geen patiëntspecifieke afstemming en matching.
  3. Gebruik voor kleine RF-spoelen oordoppen in plaats van een hoofdtelefoon als gehoorbescherming.
  4. Bereid het bed van de patiënt voor. Zorg dat oordoppen, zachte kussens, beenkussen, deken en dekbedovertreklaken direct beschikbaar zijn, in de buurt van de MR-scanner.
  5. Het bed van de patiënt moet in de intrekbare positie klaar zijn voor het onderwerp.

3. Voorbereiding van het onderwerp

  1. Leid het onderwerp naar de kleedkamer en vraag het onderwerp om in scrubs te veranderen. Alleen ondergoed zonder metaal en vrij van radiofrequente identificatiechips mag worden gedragen. Zorg er nogmaals voor dat alle metalen voorwerpen zoals brillen, sieraden, mobiele telefoons niet in de 7.0 T MR-operator en scannerruimte komen.
  2. Voer alle in stap 1.11 genoemde voorbereidende maatregelen uit.
  3. Vraag proefpersonen om hun blaas te legen voorafgaand aan de MR-metingen. Voer zwangerschapstests uit bij vrouwelijke proefpersonen in de vruchtbare leeftijd.
  4. Begeleid de vrijwilliger naar de 7.0 T MR scannerruimte via de operatorruimte. Voordat u de 7.0 T MR-scannerruimte betreedt, moet u er nogmaals voor zorgen dat er geen metalen voorwerpen aanwezig zijn.
  5. Loop langzaam naar de 7.0 T onderzoekstafel. Passief afgeschermde magneten hebben een grotere omvang van het magnetische randveld dan actief afgeschermde magneten. Kleine ijzerhoudende voorwerpen kunnen al aantrekkingskrachten/koppels ervaren aan de deur van de kamer met een passief afgeschermde magneet.
  6. Vraag de proefpersoon om op de tafel te gaan liggen en maak het hem zo comfortabel mogelijk. Bied kleine hoofd- en armcomfortkussens en beenkussens en een deken om te voorkomen dat het onderwerp koud wordt.
  7. Sluit een MRI-veilige pulsoximeter aan op het onderwerp om de zuurstofverzadiging (SpO2),hartslagmetingen en vitale functies van het onderwerp tijdens de MRI-procedure te controleren.
  8. Zorg voor oordoppen en een handbezette knijpbal (alarm) voor gebruik tijdens het MR-onderzoek in geval van nood. Vraag de proefpersoon om op de knijpbal te drukken om te bevestigen dat deze goed functioneert.
  9. Instrueer het onderwerp om dichter bij de RF-kopspoel te komen(figuur 2). Verschuif het TX-deel en het bovenste RX-spoelgedeelte van de RF-spoel naar het service-uiteinde voor het positioneren van de kop van het onderwerp(figuur 2). Schakel het isocentre-positioneringsapparaat in.
    1. Gebruik in sommige MR-scanners (bijv. Siemens- en GE MR-systemen) een laser. Beweeg de onderwerptabel heel langzaam zodat de laserpositionering volledig is afgestemd op het markeringskruis bovenop de RF-spoel. Sla deze positie op. Vraag het onderwerp tijdens het laserpositioneren om zijn ogen te sluiten. Andere UHF-MR-leveranciers hebben andere systemen voor positionering. Zorg er in alle gevallen voor dat de markering op de RF-spoel is uitgelijnd met het isocentre-positioneringsapparaat.
  10. Zorg ervoor dat het hoofd zorgvuldig is gepositioneerd en zorg ervoor dat het onderwerp comfortabel is.
  11. Verplaats de onderwerptabel heel langzaam naar het isocentrum van de MR-scanner. Bij 7,0 T is het vooral belangrijk om de tafel langzaam te verplaatsen om bijwerkingen zoals metaalsmaak, duizeligheid, duizeligheid die worden veroorzaakt door inductiestromen65,66, 67tevoorkomen en te verminderen . Om aan deze vereiste te voldoen, past u het snelheidsprofiel van de tabelbeweging door sommige leveranciers aan op B0*(grad(B0)). Het wordt aanbevolen om de beweging van de patiënttafel lager in te stellen dan 0,66 T / s 67.
  12. Communiceer met het onderwerp tijdens het besturen van de tafel en leg uit dat eventuele bijwerkingen zullen verdwijnen zodra de tafel tot stilstand komt. Het onderwerp kan zich nog steeds duizelig voelen of een metaalachtige smaak ervaren wanneer de tafel naar het midden van de magneet wordt verplaatst. In onze ervaring zijn deze effecten gering en volledig omkeerbaar67,68.
  13. Voordat u de scannerruimte verlaat, moet u ervoor zorgen dat het onderwerp comfortabel is en bereid is om te beginnen met het MR-onderzoek.
  14. Gebruik de intercom om de juiste communicatie met het onderwerp te controleren na het verlaten van de scannerruimte. De proefpersoon kan op elk moment contact opnemen met het onderzoekspersoneel.
  15. Blijf de toestand van de proefpersoon controleren en controleer of de proefpersoon zich nog steeds comfortabel voelt gedurende het hele onderzoek, inclusief alle volgende stappen tot het einde van het onderzoek.

4. Data-acquisitie

OPMERKING: Hieronder zijn sommige verwijzingen naar acties in de gebruikersinterface of specifieke scanprocedures mogelijk alleen geldig voor één specifiek MR-systeem (7.0T Magnetom, Siemens healthineers, Erlangen, Duitsland). De opdrachten en procedures verschillen tussen leveranciers en softwareversies. Het volgende protocol volgt de richtlijnen van de Magnetic Resonance Imaging in MS-groep (MAGNIMS) in Europa18,19 en het Consortium of Multiple Sclerosis Centers (CMSC) in Noord-Amerika20 voor de diagnose, prognose en monitoring van MS-patiënten.

  1. Voer de vereiste studie- en onderwerpgegevens in (projectnummer, gepseudonimiseerde ID, geboortedatum, lengte, gewicht, onderwerppositie (d.w.z. headfirst en liggende positie), naam van de onderzoeker). De stappen variëren tussen 7.0 T MR-systemen van verschillende leveranciers. Zorg er in alle gevallen voor dat het juiste onderzoeksprotocol is geladen.
    1. Voor Siemens scanners, klik op de bovenste balk van het display(Patient | Registratie) in de syngo software. Typ patiëntgegevens in, selecteer onderzoeksprotocol en klik op Examen. Het geselecteerde onderzoeksprotocol wordt geladen en het examenvenster wordt geopend. Aan de rechterkant van dit venster verschijnen alle opgeslagen beeldsequenties voor het geselecteerde onderzoeksprotocol.
  2. Voer beeldvormende sequenties uit in de volgorde die is opgegeven binnen het geselecteerde onderzoeksprotocol. De parameters voor deze beeldvormingssequenties moeten voorafgaand aan patiëntonderzoeken worden gepland en worden opgeslagen volgens de bovenstaande CMSC- en MAGNIMS-richtlijnen voor de diagnose18, evenals de prognose en monitoring van MS-patiënten19.
  3. Aanpassingen en scoutingbeelden
    1. Voer voorafgaand aan de gegevensverzameling van het MS-onderzoek de nodige aanpassingen uit met behulp van de Localizer-sequentie (ook wel scoutsequentie genoemd). Dit is meestal een gradiëntecho (GRE) -sequentie en bevat de aanpassingsprotocollen die moeten worden uitgevoerd voordat wordt gescand.
      OPMERKING: Aanpassingen omvatten een correctie (shimming) van het inhomogene statische magnetische (B0)veld. B 0-inhomogeniteiten treden op vanwege de grote magneet en vanwege gevoeligheden in het lichaam (bijv. Lucht, bot, bloed) en hun verdeling. Inhomogeniteiten verbreden de frequentieverdeling van de spins en kunnen ook significante intravoxel-defasing veroorzaken; dit is geen probleem bij RF-geherfocusseerde (spin-echo) sequenties, maar kan de signaalamplitude aanzienlijk verminderen in de meeste van de volgende sequenties, met name de T2 *-gewogenacquisities. Aanpassingen worden automatisch gedaan op klinische MR-scanners (apparaten met veldsterktes B0≤7,0 T). Op sommige scanners (bijv. Siemens 7.0 T MR-scanners) worden aanpassingen meestal actief gestart door de operator. Voor specifieke details over het selecteren en bedienen van sequenties raadpleegt u de gebruikershandleiding die specifiek is voor de systeemconfiguratie.
    2. Selecteer de Localizer. Markeer op Siemens-scanners de reeks aan de rechterkant van het venster en klik op de linkerpijl om de reeks naar de linkerkant van het venster te verplaatsen om deze in de workflow in de wachtrij te plaatsen. Zorg ervoor dat alle kanalen zijn geselecteerd voor de gebruikte RF-spoel. De Localizer-sequentie is ook belangrijk voor het plannen van de oriëntatie van de beeldsegmenten in de volgende sequenties. Op dit moment is er geen afbeelding beschikbaar, dus het aanpassingsvolume kan niet worden gewijzigd.
    3. Voer aanpassingen uit zoals vereist voor het specifieke MR-systeem (raadpleeg de gebruikershandleiding). Op Siemens-scanners omvat dit frequentie- en zenderaanpassingen om de basisfrequentie en de spanning in te stellen die nodig is voor de gebruikte RF-spoel en het versterkervermogen, evenals 3D-shimming om de inhomogeniteit van het statische magnetische veld te corrigeren(Figuur 3):
    4. Kies Opties | Aanpassingen. Tabbladen voor Frequentie, Zender, 3D Shim en anderen verschijnen in de onderste balk van het venster. Selecteer onder Frequentiede optie Ga totdat de basisfrequentie is gecentreerd en Ja verschijnt. Stel onder Zenderde spanning in volgens de RF-spoel en het gebruikte versterkervermogen (voor de 24-kanaals ontvangen Rx RF-kopspoel gebruiken we 300 V) en Toepassen.
    5. Selecteer onder 3D Shim de optie Meten en wanneer de B0-kaart is gegenereerd, drukt u op Berekenen om de shim-waarden te verkrijgen. Herhaal frequentie en 3D Shim passen ten minste twee keer aan totdat de shim-waarden consistent zijn met de vorige. Druk op Toepassen en Sluiten. Voer op Philips- en GE 7.0 T-scanners voorafgaand aan elke reeks aanpassingen op de achtergrond uit (feedback is vereist van de operator voor de aanpassingsregeling).
    6. Voer de localizervolgorde uit in 3 richtingen. Sequentieparameters: Acquisitietijd (TA) = 160 ms. Aangezien er nog geen beeld beschikbaar is, stelt u de positie in op isocentrum, rotatie = 0 °. Andere parameters: matrix = 256×256, FOV = 250 mm, plakdikte = 7,0 mm, plakspleet = 7,0 mm (100 %), TR = 7,0 ms, TE = 3,03 ms, Gemiddelden (gem) = 1, Fliphoek (FA) = 2 °, geen vet- of wateronderdrukking. Segmentgroep 1 (sagittale oriëntatie, fasecoderingsrichting A>P), Segmentgroep 2 (transversale oriëntatie, PE-richting (fasecodering) A>P), Segmentgroep 3 (coronale oriëntatie, fasecoderingsrichting R>L). Er worden drie segmenten aangeschaft voor alle segmentgroepen. Op dit punt worden er geen wijzigingen aangebracht in de geometrie.
    7. Verkrijg de scoutsbeelden.
    8. Controleer of het aanpassingsvolume correct is ingesteld met behulp van de MR-afbeeldingen van localizer. Lijn het instelvolume uit met de FOV en centraal uitgelijnd met de kop van het onderwerp. Als u niet bent uitgelijnd, lijnt u deze correct uit en voert u de aanpassingen opnieuw uit.
    9. Belangrijk: Telkens wanneer het aanpassingsvolume of het aantal gebruikte RF-kanalen wordt gewijzigd, voert u opnieuw aanpassingen uit.
      1. Op Siemens-systemen kunt u dit vermijden door het aanpassingsvolume te kopiëren van de laatste localizer waar het aanpassingsvolume correct was ingesteld: Selecteer de laatste scan met de juiste aanpassing, klik met de rechtermuisknop op Parameter Kopiërenen selecteer Volume aanpassen in het geopende venster. Omstandigheden waarin verdere aanpassingen nodig zijn, omvatten speciale beeldvormingssequenties die intensievere shimming-technieken vereisen (bijv. Echo planar imaging (EPI)).
  4. Aankoop van speciale MR-beeldvormingssequenties
    1. Verschillende sequenties met verschillende contrasten (T1,T2,T2*, fase, QSM, diffusie) bestaan voor het bestuderen van MS-pathologie(figuur 11). Die het meest geschikt zijn voor de klinische behoeften of onderzoeksvragen kunnen worden geselecteerd en georganiseerd binnen studieprotocollen op het MR-systeem voor gebruik tijdens de specifieke relevante onderzoeksprojecten of klinische studies. Er bestaan verschillende praktische handleidingen en beoordelingen voor het bestuderen, detecteren en definiëren van multiple sclerose-laesies op MRI 8,50,69. Elk MR-systeem heeft verschillende operationele procedures en gebruikersinterface voor het verkrijgen van de specifieke MR-sequenties(figuur 4). Bekijk op Siemens-systemen de lijst met MR-methoden (sequenties) aan de rechterkant voor elk onderzoeksprotocol en de wachtrij in de volgordelijst van het onderzoeksvenster (aan de linkerkant). Hieronder staan enkele sequenties die we gebruiken op een Siemens 7.0 T MR-scanner om MS-pathologie te bestuderen. Zorg er bij het plannen van sequentiepositioneringen voor dat u aanpassingen herhaalt als dat nodig is.
  5. Magnetisatie voorbereid - RApid Acquisition Gradient Echo (MPRAGE)
    1. MPRAGE is een T1 -gewogen3D sagittale inversie herstel-voorbereide spoiled-GRE-sequentie voor hoge ruimtelijke resolutie en T1-contrast. Het doel is typisch anatomisch en het is nuttig om volumeverlies in MS70te beoordelen . Het werd voor het eerst toegepast bij MS-patiënten om de detectie van contrastversterkte laesies (CLT's) te verbeteren71. MPRAGE biedt een uitstekend T1-afhankelijkcontrast tussen grijze stof (GM), witte stof (WM) en hersenvocht (CSF), zelfs zonder contrastmiddel72. In combinatie met een T2 -gewogensequentie zoals FLAIR (zie hieronder), is het een veel gebruikte T1 -gewogentechniek in multimodale segmentatiebenaderingen en voxel-gebaseerde morfometrie73. Corticale MS laesie detectie en classificatie met behulp van MPRAGE wordt aanzienlijk verbeterd door de betere parallelle beeldvormingsprestaties en toenemende SNR en ruimtelijke resolutie beschikbaar bij 7.0 T 74.
    2. Gebruik de volgende MPRAGE-sequentieparameters: TA = 5 min 3 s, 3D-modus, isotrope resolutie = [1,0×1,0×1,0] mm³, matrix = 256×256×256, FOV = 256 mm, sagittale oriëntatie, PE-richting A>P, plakjes per plaat = 192, plakdikte = 1,0 mm, snijspleet = 0,5 mm, TR = 2300 ms, TE = 2,98 ms, avg = 1, aaneenschakelingen = 1, geen filter, inversie herstel evolutietijd TI = 900 ms, FA = 5 °, geen vet- of wateronderdrukking, basisresolutie = 256, parallelle beeldvorming met GRAPPA, AFPE = 2 (Figuur 4A).
    3. Verwerven in sagittale oriëntatie die in lijn is met de interhemisferische fissuur. Omdat MPRAGE een 3D-sequentie is, kunnen de beelden aan het einde van het onderzoek nog steeds worden geregistreerd op de baselinescan.
  6. Magnetisatie-Voorbereid 2 - Rapid Acquisition Gradient Echo (MP2RAGE)
    1. Dit is een T1 -gewogen3D-sequentie met gelijktijdige T1-mapping; een twee inversie-contrast magnetisatie-voorbereide snelle gradiënt echosequentie voor robuuste witte stof laesie volumemetingen75. De MP2RAGE-reeks produceert beelden met verschillende contrasten, bijvoorbeeld twee gradiëntechobeelden met verschillende inversietijden en omslaghoeken, een T1w-afbeelding zonder een luidruchtige achtergrond en een T1-kaart. Kwantitatieve T1-mapping biedt verdere diagnostische informatie bij MS-patiënten om subtypen van laesies beter te onderscheiden en een snellere stadiëring van ziekteactiviteit mogelijk te maken76. Mp2RAGE bleek onlangs de visualisatie van subpiale intracorticale laesies te verbeteren (Figuur 13A)77, die geassocieerd zijn met meningeale ontsteking bij MS78 en grotendeels moeilijk te detecteren zijn, zelfs met hogere veldsterktes en geavanceerde methoden. De open-source MP2RAGE-code is beschikbaar bij de ontwikkelaar: https://:github.com/JosePMarques/MP2RAGE-related-scripts
    2. Gebruik de volgende MP2RAGE-sequentieparameters: TA = 11 min 37 s, 3D-dimensie, sagittale oriëntatie, PE-richting A>P, ruimtelijke resolutie = [1,01,0] mm², matrix = 256×256, FOV = 256 mm, FOV-fase = 93,75 %, platen = 1, plakjes per plaat = 176, plakdikte = 1,0 mm, plakspleet = 0,5 mm, TR = 5000 ms, TE = 3,18 ms, avg = 1, aaneenschakelingen = 1, TI 1 = 700 ms, TI 2 = 2500 ms, FA 1 = 4 °, FA 2 = 5°, geen vet- of wateronderdrukking, basisresolutie = 320, parallelle beeldvorming met GRAPPA, AFPE = 3 (Figuur 5).
    3. Voer de MP2RAGE uit met dezelfde oriëntatie en positionering als de MPRAGE.
  7. Vloeistof-verzwakte inversieterugwinning (FLAIR)
    1. FLAIR is een 3D-sequentie die gebruik maakt van T2-gewogenvloeistof-verzwakt inversieherstel (FLAIR) met CSF-signaalonderdrukking om de verspreiding van nieuwe MS-laesies in de loop van de tijd te beoordelen(op Siemens-scanners wordt het gebruikt in combinatie met SPACE (Sampling Perfection with Application-optimized Contrasts using different flip angle Evolutions, imaging module ). Voordelen van deze sequentie zijn hoge isotrope resolutie, lage SAR, parallelle beeldvormingsmogelijkheid, CSF-onderdrukking en daarom betere detectie van laesies op hersenparenchymale grenzen. FLAIR is met name gunstig voor het identificeren van corticale laesies (Figuur 13B)79 en leptomeningeale verbeteringen (LME) postcontrast in MS-hersenen80. Interessant is dat de detectie van LME bij MS-patiënten bij 1,5 T significant hoger was bij gebruik van FLAIR CUBE (beeldvormingsmodule voor GE MR-systemen) in vergelijking met FLAIR SPACE (Siemens)81. 3D FLAIR SPACE bleek een aantrekkelijke T2-gewogen sequentiete zijn die de bovenstaande T1-gewogenMP2RAGE-sequentie voor laesiedetectie bij MS-patiëntenaanvult 76. Doorgaans worden beide sequenties co-geregistreerd met cross-sectionele laesiesegmentaties om gezamenlijke MS-laesiekaarten te maken82. Onlangs heeft FLAIR (op een 3,0 T Philips MR-systeem) vastgesteld dat patiënten met het Susac-syndroom significant meer kans hadden om zich te presenteren met LME dan MS-patiënten83.
    2. Gebruik de volgende FLAIR-sequentieparameters: TA = 6 min 16 s, 3D-model, sagittale oriëntatie, PE-richting A>P, isotrope resolutie = [0,8×0,8×0,8]mm³, matrix = 320×320×320, FOV = 256 mm, plakken = 1, plak oversampling = 18,2 %, plakjes per plaat = 176, FOV-fase = 87,5 %, plakdikte = 0,80 mm, TR = 8000 ms, TE = 398 ms, avg = 1, aaneenschakelingen = 1, raw- en beeldfilter, TI = 2150 ms, geen vet- of wateronderdrukking, versnellingsfactor langs de fasecoderingsrichting AFPE = 4 (figuur 6).
    3. Voer de reeks uit in sagittale oriëntatie, hetzelfde als de MPRAGE- en MP2RAGE-reeksen.
    4. Verhoog de FOV-fase in de sequentieparameterkaart tot 100% als de neus zich buiten het gele frame bevindt. Hierdoor verandert de TA in 6 min 56 s.
  8. Multi-Echo Snelle Low-Angle Shot (FLASH-ME)
    1. FLASH-ME is een 2D T2 *-gewogenGRE-sequentie die meerdere echo's met verschillende echotijden verwerft. Een vergelijkbare sequentie werd eerder gebruikt bij 7,0 T als een kwantitatief hulpmiddel voor het schatten van T2* relaxatiesnelheden, om patronen van cytoarchitectonische organisatie in de hele cortex in gezondheidscontroles te bestuderen 84. Meer recent werd kwantitatieve T2* mapping gebruikt om corticale weefselintegriteit bij MS-patiënten te bestuderen, en cognitieve stoornissen bleken te correleren met T2* toename, onafhankelijk van corticale dikte of aanwezigheid van laesies85. Bij gebruik van alleen de langste echotijd wordt de sequentie gebruikt om MS-wittestoflaesies af te bakenen die gecentreerd zijn rond een klein veneus vat (centraal aderteken, figuur 12), vooral die dicht bij de ventrikels (Figuur 14a)42,55.
    2. Gebruik de volgende FLASH-ME-sequentieparameters: TA = 12 min 10 s, 2D-modus, transversale oriëntatie, in vlakke resolutie = [0,47×0,47]mm², matrix = 512×512, FOV = 238 mm, plakjes = 52, plakdikte = 2,0 mm, geen plakspleet, PE-richting R>L, TR = 1820 ms, TE1-8 = 4,08 ms, 7,14 ms, 10,20 ms, 13,26 ms, 16,32 ms, 19,37 ms, 22,43 ms, 25,49 ms (zorg ervoor dat de toename in de echotijd een veelvoud is van de vet-waterverschuiving van 3,5 ppm), gem = 1, aaneenschakelingen = 1, FA = 35 °, geen vetonderdrukking (figuur 7).
    3. Gebruik de 3D MPRAGE en de coronale, transversale Localizer-afbeeldingen om de geometrie van de 2D FLASH-ME-scan te plannen.
    4. Pas de FOV en plakjes zo aan dat de hele kop in het midden zit (zie hierboven).
    5. Verplaats en kantel de 2D FLASH-ME FOV met behulp van het zoom- en panninggereedschap op de sagittale MPRAGE-afbeeldingen, zodat de ondergrens van de FOV (geel frame) in lijn is met de onderste corpus callosumlijn(subcallosaal vlak).
    6. Verplaats de hele stapel na het vissen, zodat de bovenste laag eindigt met de schedel calotte. De stapel bedekt niet het hele brein. Grotere stapels verhogen de meettijd en introduceren nasaal-auditieve holte magnetische gevoeligheidsartefacten.
    7. Wijzig het aanpassingsvolume als het niet meer is uitgelijnd met het geometrievolume. Herhaal indien nodig de aanpassingen (zie hierboven).
  9. Gevoeligheid Gewogen Beeldvorming (SWI)
    1. Gebruik voor SWI magnitude- en fasegegevens van een volledig stroomgecompenseerde 3D T 2*-gewogenGRE-sequentie. Om het gevoeligheidscontrast te verbeteren, worden wegingsmaskers gegenereerd op basis van fasegegevens en vermenigvuldigd met magnitudebeelden in SWI86. SWI verbetert het contrast tussen aderen en het omliggende weefsel87en identificeert ook ijzerafzetting bij MS-patiënten88. Een afzetting van met ijzer beladen macrofagen treedt op aan de randen van chronische gedemyeliniseerde MS-laesies89, en dit presenteert zich als een hyperintense signaal aan de laesiegrens op fasebeelden89,90 en een verminderd signaal (hypointense rand) op T 2*-gewogenbeelden nabewerkt met behulp van SWI in vivo en post mortem91 ( Figuur14b ). 3D-codering maakt kortere TRs en lagere fliphoeken mogelijk, waardoor dekking van de hele hersenen mogelijk wordt, de acquisitietijd wordt verkort en de gevoeligheid voor B1+ velddoorstijzingen wordtverlaagd 92. Parallelle beeldvorming vermindert ook de acquisitietijd; gegeneraliseerde autocalibrating partially parallel acquisition (GRAPPA) parallelle beeldvorming reconstrueert magnitude- en fasebeelden voor elk kanaal en combineert deze om de uiteindelijke beelden te genereren93,94.
    2. Gebruik de volgende SWI-sequentieparameters: TA = 9 min 26 s, 2D-modus, ruimtelijke resolutie: [0,30,3]mm², matrix = 768×768, FOV read = 256 mm, FOV-fase = 68,75 %, platen = 1, plakjes per plaat = 120, plakdikte = 1,0 mm, plakspleet = 0,2 mm, sterke transversale oriëntatie, PE-richting R>L, TR = 30 ms, TE = 15,3 ms, avg = 1, aaneenschakelingen = 1, FA = 30 °, geen vet- of wateronderdrukking, basisresolutie = 768, faseresolutie = 100 %, segmentresolutie = 100 %, fase partiële Fourier = 6/8, segment partiële Fourier = 6/8, parallelle beeldvorming met GRAPPA, AFPE = 2 (Figuur 8).
    3. Verwerven in transversale oriëntatie en introduceer geen angulatie omdat dit nabewerking moeilijker maakt.
    4. Verschuif de plakplaat in de schedelrichting zodat de bovenste rand wordt uitgelijnd met de schedelcalotte. Verdringen de plaat in ventrale of dorsale richting, zodat de hersenen zich volledig in het midden van FOV bevinden.
  10. Kwantitatieve gevoeligheidskartering (QSM)
    1. Gebruik voor QSM een 2D T2 *-gewogenGRE-sequentie (waarbij zes echotijden worden gebruikt met stroomcompensatie voor de eerste echo). QSM is een opvolger van SWI en het idee erachter is om een voxel-voor-voxel schatting te geven van de gevoeligheidsverdeling95. QSM maakt gebruik van fasebeelden en genereert een 3D-gevoeligheidsverdeling. De voxelintensiteit is lineair evenredig met de schijnbare magnetische gevoeligheid van het onderliggende weefsel. Bij het bestuderen van MS-pathologie biedt QSM belangrijke informatie over weefselsamenstelling en microstructuur, zoals myelinegehalte in witte stof en ijzerafzetting in grijze stof95. De verschillende MS pathofysiologische processen die bijdragen aan MR-meetbare signaalveranderingen zijn complex, zodat een combinatie van verschillende MR-methoden gunstig is: hoewel QSM gevoeliger is voor MS-gerelateerde weefselveranderingen, toont het ook een additief effect van ijzeraccumulatie en demyelinisatie (beide bevorderen magnetische gevoeligheid), dit in tegenstelling tot T2* mapping, waarbij beide pathofysiologische processen bij MS tegengestelde effecten zullen uitoefenen: demyelinisatie verhoogt T2* snelheid, terwijl ijzerafzetting vermindert T2*96. QSM lost nauwkeurig het ruimtelijke patroon van magnetische gevoeligheid op in vergelijking met fasebeelden en geeft daarom zowel vaste als randpatronen van gevoeligheid nauwkeuriger en betrouwbaarderweer 97. Door T2*-gewogen beelden te combineren met SWI en QSM, is het ook mogelijk om veranderingen in het ijzergehalte in laesies tijdens ziekteprogressie bij MS te bestuderen: terwijl niet-met ijzer beladen laesies hyperintense zijn in alle sequenties, zijn ijzerbeladen laesies hypointense in T2* en SWI, maar niet QSM 98.
    2. Gebruik de volgende QSM-sequentieparameters: TA = 7 min 43 s, 2D-modus, platen = 1, PE-richting A>P, in vlakke resolutie = [0,49×0,49]mm², matrix = 448×448, FOV read = 220 mm, FOV-fase = 90,6 %, plakjes per plaat = 96, plakdikte = 1,0 mm, slice-oversampling = 8,3 %, TR = 36 ms, TE1-6 = 6,15 ms, 11,22 ms, 16,32 ms, 21,42 ms, 26,52 ms, 31,62 ms, gem = 1, aaneenschakelingen = 1, beeldfilter, FA = 30 °, geen vet- of wateronderdrukking, basisresolutie = 448, fase partiële Fourier = 6/8, slice partiële Fourier = 6/8, parallelle beeldvorming met GRAPPA, AFPE = 2 (Figuur 9).
    3. Verplaats en kantel de FOV met behulp van het zoom- en pangereedschap op de sagittale MPRAGE-afbeeldingen, zodat de ondergrens van de FOV (geel frame) in lijn is met de onderste corpus callosumlijn(subcallosaal vlak).
    4. Beweeg de plakstapel craniaal zodat de bovenste laag is uitgelijnd met de schedelcalotte.
  11. Diffusie-gewogen Echo-Planar Imaging (DW-EPI)
    1. Gebruik voor DW-beeldvorming een 2D EPI-sequentie met 64 verschillende diffusiecoderingsrichtingen bij b-waarde b = 0 s/mm2 en b = 1000 s/mm2. DW-beeldvorming detecteert discrete veranderingen in weefselmicrostructuur, waaronder diffuse neurodegeneratie en demyelinisatie in NAWM in een vroeg stadium van MS die vaak wordt gemist op conventionele MRI99,100. Eerdere diffusiestudies bij MS rapporteerden een verhoogde gemiddelde diffusiviteit in corticale laesies101. Een meer recente studie bij 7,0 T onthulde vergelijkbare bevindingen, maar ook een lagere intracellulaire volumefractie in een vroeg stadium van MS; het intracellulaire compartiment werd gescheiden van de isotrope volumefractie (oedeem of csf) en de extracellulaire ruimte door een weefselmodel met drie compartimenten aan te passen aan de DW-beelden 102. Een vermindering van de intracellulaire volumefractie werd niet alleen gemeld bij corticale en WM-laesies, maar ook bij de NAWM, in vergelijking met WM van controles102. Bij WM-laesies ging het verminderde intracellulaire compartiment gepaard met verhoogde gemiddelde diffusiviteit en fractionele anisotropie, wat wijst op demyelinisatie en axonaal verlies102. DW-EPI wordt vaak geassocieerd met geometrische vervormingen die verschijnen als uitgerekte of gecomprimeerde pixels in de verkregen afbeelding. Om dit te compenseren zijn omgekeerde fasegradiëntbenaderingen geïntroduceerd, waarbij dezelfde slice tweemaal wordt verkregen met behulp van tegengestelde fasecodering (PE) polariteiten 103,104. De tegenovergestelde ruimtelijke vervormingspatronen kunnen worden uitgelijnd en de afbeeldingen kunnen worden gecombineerd met behulp van registratietools. Voor vervormingscorrectie wordt hetzelfde beeld verkregen met een omgekeerde PE-richting, maar zonder diffusieweging, waardoor de acquisitietijd wordt verkort.
    2. Gebruik de volgende DW-EPI-sequentieparameters: TA = 14 min 02 s, 2D-dimensie, transversale oriëntatie, A>P PE-richting, ruimtelijke resolutie = [1,951,95]mm², matrix = 256×256, FOV-lees = 500 mm, plakjes = 30, FOV-fase = 100,0 %, plakdikte = 2,0 mm, plakspleet = 2,0 mm, TR = 12000 ms, TE = 115 ms, avg = 1, aaneenschakelingen = 1, vetonderdrukking, basisresolutie = 256, faseresolutie = 100 %, fase partiële Fourier = 6/8, parallelle beeldvorming met GRAPPA, AFPE = 3, diffusiemodus = MDDW, 2 diffusiewegingen: b-waarde 1 = 0 s/mm², b-waarde 2 = 1000 s/mm², diffusierichtingen = 64 (figuur 10).
    3. Verwerven in transversale oriëntatie en introduceer geen angulatie omdat dit nabewerking moeilijker maakt.
    4. Verplaats de FOV zodat de bovenste lijn van het laagblok is uitgelijnd met de schedelcalotte. Verschuif dorsoventrally zodat de hersenen precies in het midden van de FOV zitten.
    5. Verkrijg de sequentie in twee omgekeerde polariteiten van de fasecoderingsrichting (PE) om vervormingsartefacten tijdens de nabewerking te annuleren. Om de omgekeerde polariteitssequentie uit te voeren, herhaalt u de 2D EPI-reeks opnieuw en selecteert u nu de versie van de sequentie met de PE-richting in P>A. Gewijzigde sequentieparameters:TA = 1 min 14 s, P>A PE-richting, 1 diffusieweging: b-waarde = 0 s/mm².
    6. Voer deze reeks uit met dezelfde oriëntatie en positionering als de vorige 2D EPI-reeks.
    7. Controleer of de fasecoderingsrichting is ingesteld op P>A op het parametertabblad Routine. Zo niet, verander dan door 180° in te voeren.
    8. Zodra de laatste sequentie is voltooid en gereconstrueerd, is het MRI-onderzoek klaar.
    9. Documenteer alle verworven sequenties en de bijbehorende beschrijvingen in de CRF.

5. Afronding van het MR-onderzoek

  1. Ga de MR-scannerruimte binnen en verplaats de onderwerptafel langzaam weg van het isocentrum.
  2. Beoordeel de toestand van het onderwerp en vraag naar mogelijke bijwerkingen voor, tijdens of na de metingen. Vraag specifiek naar duizeligheid, lichtflitsen, gevoel van warmte of kou, algemeen ongemak, spiertrekkingen, metaalachtige smaak of andere effecten.
  3. Documenteer alle waarnemingen (inclusief bijwerkingen) in de CRF.
  4. Na een laatste consult wordt het onderwerp begeleid naar de kleedkamer, vervolgens naar het kluisje om de daar opgeslagen waardevolle spullen op te halen en vervolgens naar de uitgang van het gebouw. Als veiligheidsmaatregel altijd begeleidende onderwerpen.
  5. Bewaar alle geschreven documenten (CRF, subject ID-lijst, toestemmingsformulieren voor onderzoek) in de sitemap van de onderzoeker en vergrendel op een veilige plaats. De bewaartermijn is minimaal 10 jaar.

6. Back-up van gegevens

OPMERKING: Elk MR-centrum volgt zijn eigen richtlijnen om MR-gegevens op te slaan en veilig te back-uppen. Digitale MR-gegevens moeten worden opgeslagen op een met een wachtwoord beveiligde server. De onderstaande procedure is typisch voor een Siemens 7.0 T MR-systeem.

  1. Selecteer het id-nummer van de deelnemer in de patiëntbrowser en selecteer Overdracht.
  2. Selecteer Exporteren naar off-line en voer het pad van een lokale map in (bijvoorbeeld C:\temp).
  3. Controleer of het proces is voltooid (van Transfer | Lokale taakstatus).
  4. Selecteer Geavanceerde gebruiker (Ctrl + Esc) en ontgrendel door het beheerderswachtwoord in te voeren.
  5. Zodra Geavanceerde gebruiker is ingeschakeld, gaat u naar Windows Verkenner(Ctrl+Esc).
  6. Verplaats de Dicom-gegevens van de lokale map naar een beveiligde Dicom-gegevensstudiemap op de met een wachtwoord beveiligde server.

7. Systeem afsluiten

  1. Sluit het systeem af volgens de vereisten van het systeem. Voor Siemens-scanners gebruikt u de bovenste balk in de syngo-software om de software af te sluiten. Schakel het MR-systeem (blauwe knop op Siemens-scanners) pas uit nadat de software is uitgeschakeld. Draai de sleutel naar links.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Een 26-jarige vrouw met de diagnose relapsing remitting MS (RRMS) werd onderzocht op 7,0 T met behulp van de bovenstaande protocollen(figuur 11). Sommige vervormingen in het B1+ profiel zijn waar te nemen in de MR-beelden. Dit wordt verwacht bij het overschakelen naar hogere resonantiefrequenties43; de kortere golflengten verhogen destructieve en constructieve interferenties105,106. Om de MR-beelden te verkrijgen (Figuur 11, Figuur 12, Figuur 13, Figuur 14), gebruikten we een eenkanaals zendvolumespoel op een Siemens 7.0 T MR-systeem waarin een handmatige aanpassing van fase en amplitude niet mogelijk was om de B1+ inhomogeniteiten te compenseren. Multi-transmit technologieën bieden de vrijheidsgraden van parallelle transmissie die nodig zijn om de B1+ veldverdeling44dynamisch te moduleren. Hoewel het B1+ -patroon niet kan worden gewijzigd voor een enkel zendelement van een bepaalde spoel, kunnen de elektromagnetische eigenschappen van de omgeving worden gewijzigd, zoals is aangetoond met diëlektrische vulling gevuld met water107 of calciumtitanaatsuspensies108 gebruikt bij 7,0 T. Geometrisch op maat gemaakte diëlektrische pads zijn effectief gebleken bij het afbeelden van de hersenen 109, 110 en in het bijzonder het binnenoor111, een uitdagende plek om in beeld te stellen vanwege inhomogeniteiten van gevoeligheidsverschillen tussen binnenoorvloeistoffen en bot.

In figuur 11 zijn sagittale en transversale weergaven van de hersenen van de patiënt weergegeven met behulp van verschillende protocollen die verschillende contrasten bieden. Vier en een half jaar voorafgaand aan het 7.0 T MR-onderzoek presenteerde patiënte zich met diplopie en wazig zicht. De diagnose werd aanvankelijk vastgesteld op basis van de McDonald-criteria van 20178 vanwege periventriculaire, juxtacorticale en infratentoriale MR-laesieverdeling en op basis van het optreden van zowel gadoliniumverbeterende als niet-verbeterende laesies bij 3,0 T. CSF-bevindingen waren binnen normale grenzen. Vervolgens werd medicatie met natalizumab (NTZ) gestart. De MS-diagnose werd vervolgens aangevochten vanwege een toename van T 2-laesies en meerdere klinische recidieven met onvolledige remissie ondanks de zeer effectieve NTZ-behandeling. 7,0 T MRI ondersteunde echter de MS-diagnose door het centrale aderteken in de meerderheid van periventriculaire en juxtacorticale laesies te onthullen(figuur 12). De MS-diagnose werd verder bevestigd door corticale pathologie (figuur 13) en hypointense velgstructuren rond een subset van T2 hyperintense laesies (figuur 14). De diagnostische herevaluatie omvatte ook een zoektocht naar andere auto-immuun-, infectieuze en metabole stoornissen, maar onthulde geen verdere abnormale resultaten. Uiteindelijk werd de patiënt positief getest op antilichamen tegen NTZ, wat wijst op antilichaamgemedieerde neutralisatie en de onvoldoende behandelingsrespons op NTZ 112verklaart. Daarom werd bij deze patiënt een MS-diagnose met een niet-responsiviteit ten opzichte van NTZ-therapie geconcludeerd. Medicatie werd overgeschakeld van NTZ naar Ocrelizumab en de patiënt is in de daaropvolgende stadia terugvalvrij geweest.

Figure 1
Figuur 1. Schakelkast van Siemens MR scanner Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 2
Figuur 2. Het aansluiten van een speciale RF-spoel op het MR-systeem. (a) Zend (Tx), 24- of 32-kanaals ontvangen (Rx) radiofrequentiekopspoel op maat gemaakt voor MRI van de hersenen bij 7,0 T (b) Instrueer het onderwerp om dichter bij de RF-kopspoel te komen en plaats de kop van het onderwerp over de onderste RX-spoel en onder de bovenste RX-spoel (linkerpaneel). Beweeg vervolgens het TX-deel van de RF-kopspoel over de RX-spoel (rechtsonder). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 3
Figuur 3. Lopende aanpassingen (Siemens-systeem). (a) Basisfrequentie-aanpassing, (b) Aanpassing van de zenderspanning, (c) Generatie van B0 Map en 3D shimming. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 4
Figuur 4. MR-sequentieplanning op 7.0 T MR-systemen van verschillende leveranciers. a)Siemens,b)Philips enc)General Electric. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 5
Figuur 5. Planning 3D MP2RAGE imaging sequence Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 6
Figuur 6. Planning 3D SPACE-FLAIR imaging sequence Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 7
Figuur 7. Planning 2D FLASH-ME imaging sequence Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 8
Figuur 8. Planning 3D gevoeligheid gewogen beeldvormingssequentie Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 9
Figuur 9. Planning QSM-FC Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figure 10
Figuur 10. Planning diffusie-gewogen echo-planaire beeldvormingssequentie Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 11
Figuur 11. Representatieve resultaten van hoge resolutie hersen-MRI van een RRMS-patiënt Bovenste paneel van links naar rechts: (a) sagittale weergave van een T1w 3D-inversieherstel-voorbereide spoiled-GRE-sequentie (MPRAGE), (b) transversale weergave van T1w 3D MPRAGE, (c) transversale weergave van T2* w 2D FLASH-sequentie met multi-echo-uitlezing (FLASH-ME), (d) transversale weergave van een T2 w vloeistof-verzwakte inversieterugwinning met behulp van bemonsteringsperfectie met toepassingsgeoptimaliseerde contrasten met behulp van verschillende fliphoekevoluties (SPACE-FLAIR),(e)transversale weergave van stroming gecompenseerde kwantitatieve gevoeligheidstoewijzing (QSM-FC). Onderste paneel van links naar rechts: (f) sagittale weergave van een T1w 3D magnetisatie-voorbereide snelle gradiënt echosequentie (MP2RAGE), (g) transversale weergave van T1w 3D MP2RAGE, (h) transversale weergave van 3D susceptibiliteit gewogen beeldvorming (SWI) met behulp van magnitude- en fasegegevens van een volledig stroomgecompenseerde GE-sequentie, (i) gecombineerde fractionele anisotropiekaart en directionele kaart van een echo-planaire diffusiegewogen beeldvormingssequentie (2D EPI), (j) transversale weergave van T2*w 2D gradiënt echo beeldvorming met stroomcompensatie (GRE-FC). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 12
Figuur 12. Representatieve witte stof MS-laesies met centraal aderteken (a en b) Transversale weergave van T2* w 2D FLASH-sequentie met multi-echo-uitlezing (FLASH-ME) onthult zeer MS-specifiek centraal aderteken (rode pijl) binnen voorbeeldige periventriculaire laesies, (c) een rechterhemisferische thalamische laesie (d) en een pariëtale juxtacorticale laesie, ter onderbouwing van de MS-diagnose van de patiënt. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 13
Figuur 13. Representatieve corticale MS-laesie. (a) Sagittale weergave van een T1w 3D magnetisatie-voorbereide snelle gradiënt echosequentie (MP2RAGE) bakent subpiale corticale laesie (rode pijlpunten) af binnen de pariëtale cortex (b) met overeenkomstige hyperintensiteit in transversale weergave van een T2w vloeistofverzwakkingsherstel (SPACE-FLAIR), wat wijst op het optreden van corticale MS-pathologie bij de relapsing-remitterende MS-patiënt. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 14
Figuur 14. Representatieve hypointense velgstructuren. (a) Transversale weergave van T2* w 2D FLASH-sequentie met multi-echo-uitlezing (FLASH-ME) onthult een ovoïde periventriculaire MS-laesie, en (b) transversale weergave van 3D-gevoeligheidsgewogen beeldvorming (SWI) bakent een hypointense rimstructuur rond de laesie af, wat suggereert dat ijzerbeladen macrofagen aanwezig zijn als een potentieel surrogaat voor MS-laesieactiviteit. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Metalen implantaten (kunnen defect raken als gevolg van magnetische velden of letsel veroorzaken)
Elektronische apparaten zoals pacemakers, defibrillatoren, insulinepomp, zenuwstimulatoren
Aneurysma en hemostatische clips, prothetische hartkleppen
Cochleaire, otologische implantaten
Apparaten voor het infuus van geneesmiddelen
Diepe hersenstimulatie elektroden
Lood elektrocardiogram draden
Andere contra-indicaties (risico op brandwonden, zwelling of beschadiging van de huid door magnetische veldeffecten)
Sommige medicatiepleisters
Metalen vreemde voorwerpen, bijvoorbeeld granaatscherven of andere minuscule metaalfragmenten in het oog
Sommige tatoeage en cosmetica (permanente make-up)
Body piercing sieraden
Zwangerschap (mogelijke nadelige biologische effecten door magnetische velden)
Bekende claustrofobie

Tabel 1. Belangrijkste contra-indicaties van een MRI-onderzoek. De meest voorkomende contra-indicaties zijn metalen implantaten. Implantaten worden steeds MR-veiliger (MRI-voorwaardelijk) maar blijven een grote zorg.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Het hier gepresenteerde protocol beschrijft een reeks MRI-sequenties met verschillende contrasten die meestal worden gebruikt bij het onderzoeken van MS-patiënten op 7,0 T. Samen met opkomende technologische ontwikkelingen vormen ze de basis voor verkenningen naar meer geavanceerde toepassingen in metabole of functionele beeldvorming.

Afgezien van hersenletsels, treffen laesies in het ruggenmerg vaak MS-patiënten die motorische, sensorische en autonome disfunctie veroorzaken. Beeldvorming van het ruggenmerg, met name bij 7,0 T, is echter technisch uitdagend113. Verdere ontwikkelingen op het gebied van parallelle transmissie en parallelle beeldvorming zijn gerechtvaardigd om de hindernissen van vervormde B1-veldprofielen 114te overwinnen.

Het doel van dit protocol is om technologische ontwikkelingen en klinische toepassing over disciplinaire domeinen heen te verspreiden en synergetisch met elkaar te verbinden. Afgezien van de verwachte verbeteringen in ruimtelijke en temporele resolutie, omvatten kansen van de veranderende fysieke kenmerken van hogere magnetische velden betere contrasten in gevoeligheidsgewogen beeldvorming (SWI) en fasecontrasttechnieken115, evenals beeldvorming van X-kernen zoals natrium116,117 en fluor118,119,120 voor een meer diepgaande beoordeling van de pathologie en therapeutische monitoring.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Er zijn geen tegenstrijdige financiële belangen aan te aangegeven.

Acknowledgments

Dit project (T.N.) heeft gedeeltelijk financiering ontvangen van de European Research Council (ERC) in het kader van het Horizon 2020 onderzoeks- en innovatieprogramma van de Europese Unie onder subsidieovereenkomst nr. 743077 (ThermalMR). De auteurs willen de teams bedanken van de Berlin Ultrahigh Field Facility (B.U.F.F.), Max Delbrueck Center for Molecular Medicine in de Helmholtz Association, Berlijn, Duitsland; bij de Swedish National 7T Facility, Lund University Bioimaging Center, Lund University, Lund, Zweden en bij het ECOTECH-COMPLEX, Maria Curie-Skłodowska University, Lublin, Polen voor technische en andere assistentie.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
7T TX/RX 24 Ch Head Coil Nova Medical, Inc., Wilmington, USA NM008-24-7S-013 1-channel circular polarized (CP) transmit (Tx), 24-channel receive (Rx) RF head coil
Magnetom 7T System Siemens Healthineers, Erlangen, Germany MRB1076 7.0 T whole body research scanner
syngoMR B17 Software Siemens Healthineers, Erlangen, Germany B17A image processing software for the Magnetom 7T system

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Filippi, M., et al. Multiple sclerosis. Nature Reviews Disease Primers. 4 (1), 43 (2018).
  2. Krieger, S. C., Cook, K., De Nino, S., Fletcher, M. The topographical model of multiple sclerosis: A dynamic visualization of disease course. Neurology: Neuroimmunology & Neuroinflammation. 3 (5), 279 (2016).
  3. Kutzelnigg, A., et al. Cortical demyelination and diffuse white matter injury in multiple sclerosis. Brain. 128 (11), 2705-2712 (2005).
  4. Kuchling, J., Paul, F. Visualizing the Central Nervous System: Imaging Tools for Multiple Sclerosis and Neuromyelitis Optica Spectrum Disorders. Frontiers in Neurology. 11, 450 (2020).
  5. Lassmann, H. Multiple Sclerosis Pathology. Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine. 8 (3), (2018).
  6. Miller, D. H., Chard, D. T., Ciccarelli, O. Clinically isolated syndromes. The Lancet Neurology. 11 (2), 157-169 (2012).
  7. van der Vuurst de Vries, R. M., et al. Application of the 2017 Revised McDonald Criteria for Multiple Sclerosis to Patients With a Typical Clinically Isolated Syndrome. JAMA Neurologyogy. 75 (11), 1392-1398 (2018).
  8. Thompson, A. J., et al. Diagnosis of multiple sclerosis: 2017 revisions of the McDonald criteria. The Lancet Neurology. 17 (2), 162-173 (2018).
  9. Filippi, M., Preziosa, P., Rocca, M. A. Multiple sclerosis. Handbook of Clinical Neurology. 135, 399-423 (2016).
  10. Rovira, A., de Stefano, N. MRI monitoring of spinal cord changes in patients with multiple sclerosis. Current Opinion in Neurology. 29 (4), 445-452 (2016).
  11. Filippi, M., et al. Assessment of lesions on magnetic resonance imaging in multiple sclerosis: practical guidelines. Brain. , (2019).
  12. Kuhle, J., et al. Conversion from clinically isolated syndrome to multiple sclerosis: a large multicentre study. Multiple Sclerosis Journal. 21 (8), 1013-1024 (2015).
  13. El-Khatib, A. H., et al. Gadolinium in human brain sections and colocalization with other elements. Neurology: Neuroimmunology & Neuroinflammation. 6 (1), 515 (2019).
  14. McDonald, R. J., et al. Intracranial Gadolinium Deposition after Contrast-enhanced MR Imaging. Radiology. 275 (3), 772-782 (2015).
  15. McDonald, R. J., et al. Gadolinium Deposition in Human Brain Tissues after Contrast-enhanced MR Imaging in Adult Patients without Intracranial Abnormalities. Radiology. 285 (2), 546-554 (2017).
  16. Schlemm, L., et al. Gadopentetate but not gadobutrol accumulates in the dentate nucleus of multiple sclerosis patients. Multiple Sclerosis. 23 (7), 963-972 (2017).
  17. Boyken, J., Niendorf, T., Flemming, B., Seeliger, E. Gadolinium Deposition in the Brain after Contrast-enhanced MRI: Are the Data Valid. Radiology. 288 (2), 630-632 (2018).
  18. Rovira, Àal, et al. MAGNIMS consensus guidelines on the use of MRI in multiple sclerosis-clinical implementation in the diagnostic process. Nature Reviews Neurology. 11, 471 (2015).
  19. Wattjes, M. P., et al. MAGNIMS consensus guidelines on the use of MRI in multiple sclerosis-establishing disease prognosis and monitoring patients. Nature Reviews Neurology. 11 (10), 597-606 (2015).
  20. Traboulsee, A., et al. Revised Recommendations of the Consortium of MS Centers Task Force for a Standardized MRI Protocol and Clinical Guidelines for the Diagnosis and Follow-Up of Multiple Sclerosis. American Journal of Neuroradiology. 37 (3), 394-401 (2016).
  21. Sąsiadek, M., et al. Recommendations of the Polish Medical Society of Radiology and the Polish Society of Neurology for the routinely used magnetic resonance imaging protocol in patients with multiple sclerosis. Polish Journal of Radiology. 85, 272-276 (2020).
  22. Maranzano, J., et al. Comparison of multiple sclerosis cortical lesion types detected by multicontrast 3T and 7T MRI. American Journal of Neuroradiology. 40 (7), 1162-1169 (2019).
  23. Arevalo, O., Riascos, R., Rabiei, P., Kamali, A., Nelson, F. Standardizing Magnetic Resonance Imaging Protocols, Requisitions, and Reports in Multiple Sclerosis: An Update for Radiologist Based on 2017 Magnetic Resonance Imaging in Multiple Sclerosis and 2018 Consortium of Multiple Sclerosis Centers Consensus Guidelines. Journal of Computer Assisted Tomography. 43 (1), 1-12 (2019).
  24. Schmierer, K., et al. Towards a standard MRI protocol for multiple sclerosis across the UK. The British Journal of Radiology. 92 (1101), 20180926 (2019).
  25. Pereira, D. J., et al. Consensus Recommendations of the Multiple Sclerosis Study Group and the Portuguese Neuroradiological Society for the Use of Magnetic Resonance Imaging in Multiple Sclerosis in Clinical Practice: Part 2. Acta Médica Portuguesa. 33 (1), 66-75 (2020).
  26. Zivadinov, R., Bakshi, R. Role of MRI in multiple sclerosis I: inflammation and lesions. Front Biosci. 9 (665), 28 (2004).
  27. Hemond, C. C., Bakshi, R. Magnetic resonance imaging in multiple sclerosis. Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine. 8 (5), 028969 (2018).
  28. Thompson, A. J., et al. Diagnosis of multiple sclerosis: 2017 revisions of the McDonald criteria. The Lancet Neurology. 17 (2), 162-173 (2018).
  29. Neema, M., et al. T1-and T2-based MRI measures of diffuse gray matter and white matter damage in patients with multiple sclerosis. Journal of Neuroimaging. 17, 16-21 (2007).
  30. Shepherd, T. M., et al. New rapid, accurate T(2) quantification detects pathology in normal-appearing brain regions of relapsing-remitting MS patients. NeuroImage. Clinical. 14 (2), 363-370 (2017).
  31. Tallantyre, E. C., et al. A comparison of 3T and 7T in the detection of small parenchymal veins within MS lesions. Investigative Radiology. 44 (9), 491-494 (2009).
  32. Geraldes, R., et al. The current role of MRI in differentiating multiple sclerosis from its imaging mimics. Nature Reviews Neurology. 14 (4), 199 (2018).
  33. Sinnecker, T., et al. Evaluation of the Central Vein Sign as a Diagnostic Imaging Biomarker in Multiple Sclerosis. JAMA Neurology. 76 (12), 1446-1456 (2019).
  34. Bagnato, F., et al. Untangling the R2* contrast in multiple sclerosis: a combined MRI-histology study at 7.0 Tesla. Public Library of Science one. 13 (3), (2018).
  35. Walsh, A. J., et al. Multiple sclerosis: validation of MR imaging for quantification and detection of iron. Radiology. 267 (2), 531-542 (2013).
  36. Bozin, I., et al. Magnetic resonance phase alterations in multiple sclerosis patients with short and long disease duration. Public Library of Science one. 10 (7), 0128386 (2015).
  37. Ropele, S., et al. Determinants of iron accumulation in deep grey matter of multiple sclerosis patients. Multiple Sclerosis Journal. 20 (13), 1692-1698 (2014).
  38. Walsh, A. J., et al. Longitudinal MR imaging of iron in multiple sclerosis: an imaging marker of disease. Radiology. 270 (1), 186-196 (2014).
  39. Blazejewska, A. I., et al. Increase in the iron content of the substantia nigra and red nucleus in multiple sclerosis and clinically isolated syndrome: a 7 Tesla MRI study. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 41 (4), 1065-1070 (2015).
  40. Bonnier, G., et al. Advanced MRI unravels the nature of tissue alterations in early multiple sclerosis. Annals of Clinical and Translational Neurology. 1 (6), 423-432 (2014).
  41. Niendorf, T., Barth, M., Kober, F., Trattnig, S. From ultrahigh to extreme field magnetic resonance: where physics, biology and medicine meet. MAGMA. 29 (3), 309-311 (2016).
  42. Sinnecker, T., et al. Ultrahigh field MRI in clinical neuroimmunology: a potential contribution to improved diagnostics and personalised disease management. EPMA. 6 (1), 16 (2015).
  43. Vaughan, J. T., et al. 7T vs. 4T: RF power, homogeneity, and signal-to-noise comparison in head images. Magnetic Resonance in Medicine. 46 (1), 24-30 (2001).
  44. Padormo, F., Beqiri, A., Hajnal, J. V., Malik, S. J. Parallel transmission for ultrahigh-field imaging. NMR in Biomedicine. 29 (9), 1145-1161 (2016).
  45. Bruschi, N., Boffa, G., Inglese, M. Ultra-high-field 7-T MRI in multiple sclerosis and other demyelinating diseases: from pathology to clinical practice. European Radiology Experimental. 4 (1), 59 (2020).
  46. Sati, P., et al. The central vein sign and its clinical evaluation for the diagnosis of multiple sclerosis: a consensus statement from the North American Imaging in Multiple Sclerosis Cooperative. Nature Reviews Neurology. 12 (12), 714-722 (2016).
  47. Tan, I. L., et al. MR venography of multiple sclerosis. American Journal of Neuroradiology. 21 (6), 1039-1042 (2000).
  48. Maggi, P., et al. The formation of inflammatory demyelinated lesions in cerebral white matter. Annals of Neurology. 76 (4), 594-608 (2014).
  49. Tallantyre, E. C., et al. A comparison of 3T and 7T in the detection of small parenchymal veins within MS lesions. Investigative Radiology. 44 (9), 491-494 (2009).
  50. Filippi, M., et al. Assessment of lesions on magnetic resonance imaging in multiple sclerosis: practical guidelines. Brain. 142 (7), 1858-1875 (2019).
  51. Muller, K., et al. Detailing intra-lesional venous lumen shrinking in multiple sclerosis investigated by sFLAIR MRI at 7-T. Journal of Neurology. , (2014).
  52. Sinnecker, T., et al. Periventricular venous density in multiple sclerosis is inversely associated with T2 lesion count: a 7 Tesla MRI study. Multiple Sclerosis. 19 (3), 316-325 (2013).
  53. Wuerfel, J., et al. Lesion morphology at 7 Tesla MRI differentiates Susac syndrome from multiple sclerosis. Multiple Sclerosis. 18 (11), 1592-1599 (2012).
  54. Sinnecker, T., et al. Distinct lesion morphology at 7-T MRI differentiates neuromyelitis optica from multiple sclerosis. Neurology. 79 (7), 708-714 (2012).
  55. Kuchling, J., et al. Identical lesion morphology in primary progressive and relapsing-remitting MS--an ultrahigh field MRI study. Multiple Sclerosis. 20 (14), 1866-1871 (2014).
  56. Sinnecker, T., et al. Multiple sclerosis lesions and irreversible brain tissue damage: a comparative ultrahigh-field strength magnetic resonance imaging study. Archives of Neurology. 69 (6), 739-745 (2012).
  57. Behrens, J. R., et al. 7 Tesla MRI of Balo's concentric sclerosis versus multiple sclerosis lesions. Annals of Clinical and Translational Neurology. 5 (8), 900-912 (2018).
  58. Blaabjerg, M., et al. Widespread inflammation in CLIPPERS syndrome indicated by autopsy and ultra-high-field 7T MRI. Neurology: Neuroimmunology & Neuroinflammation. 3 (3), 226 (2016).
  59. Noureddine, Y., et al. Experience with magnetic resonance imaging of human subjects with passive implants and tattoos at 7 T: a retrospective study. Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine. 28 (6), 577-590 (2015).
  60. Kraff, O., Quick, H. H. 7T: Physics, safety, and potential clinical applications. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 46 (6), 1573-1589 (2017).
  61. Hoff, M. N., et al. Safety Considerations of 7-T MRI in Clinical Practice. Radiology. 292 (3), 509-518 (2019).
  62. Kraff, O., Quick, H. H. Sicherheit von Implantaten im Hochfeld- und Ultrahochfeld-MRT. Der Radiologe. 59 (10), 898-905 (2019).
  63. Fagan, A. J., et al. 7T MR Safety. Journal of Magnetic Resonance Imaging. , (2020).
  64. Technologists. MR Safety Guidance, Documents and Links: MR Safety Strategies to Help You Stay Current with MR Safety Standards. , Available from: https://www.ismrm.org/mr-safety-links/mr-safety-resources-page/ (2020).
  65. Versluis, M. J., et al. Subject tolerance of 7 T MRI examinations. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 38 (3), 722-725 (2013).
  66. Theysohn, J. M., et al. Subjective acceptance of 7 Tesla MRI for human imaging. Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine. 21 (1-2), 63 (2008).
  67. Klix, S., et al. On the Subjective Acceptance during Cardiovascular Magnetic Resonance Imaging at 7.0 Tesla. PLoS One. 10 (1), 0117095 (2015).
  68. Rauschenberg, J., et al. Multicenter study of subjective acceptance during magnetic resonance imaging at 7 and 9.4 T. Investigative Radiology. 49 (5), 249-259 (2014).
  69. Zurawski, J., Lassmann, H., Bakshi, R. Use of Magnetic Resonance Imaging to Visualize Leptomeningeal Inflammation in Patients With Multiple Sclerosis: A Review. JAMA Neurologyogy. 74 (1), 100-109 (2017).
  70. Radue, E. -W., et al. Correlation between brain volume loss and clinical and MRI outcomes in multiple sclerosis. Neurology. 84 (8), 784-793 (2015).
  71. Filippi, M., et al. A high-resolution three-dimensional T1-weighted gradient echo sequence improves the detection of disease activity in multiple sclerosis. Annals of Neurology. 40 (6), 901-907 (1996).
  72. Mugler, J. P., Brookeman, J. R. Three-dimensional magnetization-prepared rapid gradient-echo imaging (3D MP RAGE). Magnetic Resonance in Medicine. 15 (1), 152-157 (1990).
  73. Lindig, T., et al. Evaluation of multimodal segmentation based on 3D T1-, T2- and FLAIR-weighted images - the difficulty of choosing. NeuroImage. 170, 210-221 (2018).
  74. Nelson, F., Poonawalla, A., Hou, P., Wolinsky, J. S., Narayana, P. A. 3D MPRAGE improves classification of cortical lesions in multiple sclerosis. Multiple sclerosis. 14 (9), Houndmills, Basingstoke, England. 1214-1219 (2008).
  75. Marques, J. P., et al. MP2RAGE, a self bias-field corrected sequence for improved segmentation and T1-mapping at high field. NeuroImage. 49 (2), 1271-1281 (2010).
  76. Kober, T., et al. MP2RAGE Multiple Sclerosis Magnetic Resonance Imaging at 3 T. Investigative Radiology. 47 (6), 346-352 (2012).
  77. Beck, E. S., et al. Improved Visualization of Cortical Lesions in Multiple Sclerosis Using 7T MP2RAGE. American Journal of Neuroradiology. 39 (3), 459-466 (2018).
  78. Bø, L., Vedeler, C. A., Nyland, H. I., Trapp, B. D., Mørk, S. J. Subpial Demyelination in the Cerebral Cortex of Multiple Sclerosis Patients. Journal of Neuropathology, Experimental Neurology. 62 (7), 723-732 (2003).
  79. Kilsdonk, I. D., et al. Increased cortical grey matter lesion detection in multiple sclerosis with 7 T MRI: a post-mortem verification study. Brain. 139 (5), 1472-1481 (2016).
  80. Absinta, M., et al. Gadolinium-based MRI characterization of leptomeningeal inflammation in multiple sclerosis. Neurology. 85 (1), 18-28 (2015).
  81. Titelbaum, D. S., et al. Leptomeningeal Enhancement on 3D-FLAIR MRI in Multiple Sclerosis: Systematic Observations in Clinical Practice. Journal of Neuroimaging. 30 (6), 917-929 (2020).
  82. Schmidt, P., et al. Automated segmentation of changes in FLAIR-hyperintense white matter lesions in multiple sclerosis on serial magnetic resonance imaging. NeuroImage: Clinical. 23, 101849 (2019).
  83. Coulette, S., et al. Diagnosis and Prediction of Relapses in Susac Syndrome: A New Use for MR Postcontrast FLAIR Leptomeningeal Enhancement. American Journal of Neuroradiology. 40 (7), 1184-1190 (2019).
  84. Cohen-Adad, J., et al. T2* mapping and B0 orientation-dependence at 7T reveal cyto- and myeloarchitecture organization of the human cortex. NeuroImage. 60 (2), 1006-1014 (2012).
  85. Louapre, C., et al. The association between intra- and juxta-cortical pathology and cognitive impairment in multiple sclerosis by quantitative T2* mapping at 7T MRI. NeuroImage: Clinical. 12, 879-886 (2016).
  86. Liu, S., et al. Susceptibility-weighted imaging: current status and future directions. NMR in Biomedicine. 30 (4), 3552 (2017).
  87. Haacke, E. M., Xu, Y., Cheng, Y. C., Reichenbach, J. R. Susceptibility weighted imaging (SWI). Magnetic Resonance in Medicine. 52 (3), 612-618 (2004).
  88. Haacke, E. M., et al. Characterizing iron deposition in multiple sclerosis lesions using susceptibility weighted imaging. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 29 (3), 537-544 (2009).
  89. Pitt, D., et al. Imaging Cortical Lesions in Multiple Sclerosis With Ultra-High-Field Magnetic Resonance Imaging. Archives of Neurology. 67 (7), 812-818 (2010).
  90. Li, X., et al. Magnetic susceptibility contrast variations in multiple sclerosis lesions. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 43 (2), 463-473 (2016).
  91. Dal-Bianco, A., et al. Slow expansion of multiple sclerosis iron rim lesions: pathology and 7 T magnetic resonance imaging. Acta Neuropathologica. 133 (1), 25-42 (2017).
  92. Sati, P. Diagnosis of multiple sclerosis through the lens of ultra-high-field MRI. Journal of Magnetic Resonance. 291, 101-109 (2018).
  93. Griswold, M. A., et al. Generalized autocalibrating partially parallel acquisitions (GRAPPA). Magnetic Resonance in Medicine. 47 (6), 1202-1210 (2002).
  94. Hammond, K. E., et al. Development of a robust method for generating 7.0 T multichannel phase images of the brain with application to normal volunteers and patients with neurological diseases. NeuroImage. 39 (4), 1682-1692 (2008).
  95. Haacke, E. M., et al. Quantitative susceptibility mapping: current status and future directions. Magnetic Resonance Imaging. 33 (1), 1-25 (2015).
  96. Langkammer, C., et al. Quantitative susceptibility mapping in multiple sclerosis. Radiology. 267 (2), 551-559 (2013).
  97. Eskreis-Winkler, S., et al. Multiple sclerosis lesion geometry in quantitative susceptibility mapping (QSM) and phase imaging. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 42 (1), 224-229 (2015).
  98. Chawla, S., et al. Longitudinal study of multiple sclerosis lesions using ultra-high field (7T) multiparametric MR imaging. PLOS ONE. 13 (9), 0202918 (2018).
  99. Kolasinski, J., et al. A combined post-mortem magnetic resonance imaging and quantitative histological study of multiple sclerosis pathology. Brain. 135 (10), 2938-2951 (2012).
  100. De Santis, S., et al. Evidence of early microstructural white matter abnormalities in multiple sclerosis from multi-shell diffusion MRI. NeuroImage: Clinical. 22, 101699 (2019).
  101. Filippi, M., et al. Microstructural magnetic resonance imaging of cortical lesions in multiple sclerosis. Multiple Sclerosis. 19 (4), 418-426 (2013).
  102. Granberg, T., et al. In vivo characterization of cortical and white matter neuroaxonal pathology in early multiple sclerosis. Brain: a Journal of Neurology. 140 (11), 2912-2926 (2017).
  103. Holland, D., Kuperman, J. M., Dale, A. M. Efficient correction of inhomogeneous static magnetic field-induced distortion in Echo Planar Imaging. NeuroImage. 50 (1), 175-183 (2010).
  104. In, M. -H., Posnansky, O., Beall, E. B., Lowe, M. J., Speck, O. Distortion correction in EPI using an extended PSF method with a reversed phase gradient approach. PloS one. 10 (2), 0116320 (2015).
  105. Van de Moortele, P. F., et al. B(1) destructive interferences and spatial phase patterns at 7 T with a head transceiver array coil. Magnetic Resonance in Medicine. 54 (6), 1503-1518 (2005).
  106. Collins, C. M., Liu, W., Schreiber, W., Yang, Q. X., Smith, M. B. Central brightening due to constructive interference with, without, and despite dielectric resonance. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 21 (2), 192-196 (2005).
  107. Yang, Q. X., et al. Manipulation of image intensity distribution at 7.0 T: passive RF shimming and focusing with dielectric materials. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 24 (1), 197-202 (2006).
  108. Teeuwisse, W. M., Brink, W. M., Webb, A. G. Quantitative assessment of the effects of high-permittivity pads in 7 Tesla MRI of the brain. Magnetic Resonance in Medicine. 67 (5), 1285-1293 (2012).
  109. van Gemert, J., Brink, W., Webb, A., Remis, R. High-permittivity pad design tool for 7T neuroimaging and 3T body imaging. Magnetic Resonance in Medicine. 81 (5), 3370-3378 (2019).
  110. Vaidya, M. V., et al. Improved detection of fMRI activation in the cerebellum at 7T with dielectric pads extending the imaging region of a commercial head coil. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 48 (2), 431-440 (2018).
  111. Brink, W. M., vander Jagt, A. M., Versluis, M. J., Verbist, B. M., Webb, A. G. High permittivity dielectric pads improve high spatial resolution magnetic resonance imaging of the inner ear at 7 T. Investigative Radiology. 49 (5), 271-277 (2014).
  112. Lundkvist, M., et al. Characterization of anti-natalizumab antibodies in multiple sclerosis patients. Multiple Sclerosis. 19 (6), 757-764 (2013).
  113. Moccia, M., et al. Advances in spinal cord imaging in multiple sclerosis. Therapeutic Advances in Neurological Disorders. 12, 1756286419840593 (2019).
  114. Zhao, W., et al. Nineteen-channel receive array and four-channel transmit array coil for cervical spinal cord imaging at 7T. Magnetic Resonance in Medicine. 72 (1), 291-300 (2014).
  115. Sinnecker, T., et al. MRI phase changes in multiple sclerosis vs neuromyelitis optica lesions at 7T. Neurology: Neuroimmunology & Neuroinflammation. 3 (4), 259 (2016).
  116. Wenz, D., et al. Millimeter spatial resolution in vivo sodium MRI of the human eye at 7 T using a dedicated radiofrequency transceiver array. Magnetic Resonance in Medicine. 80 (2), 672-684 (2018).
  117. Huhn, K., Engelhorn, T., Linker, R. A., Nagel, A. M. Potential of Sodium MRI as a Biomarker for Neurodegeneration and Neuroinflammation in Multiple Sclerosis. Frontiers in Neurology. 10 (84), (2019).
  118. Bolo, N. R., et al. Brain Pharmacokinetics and Tissue Distribution In Vivo of Fluvoxamine and Fluoxetine by Fluorine Magnetic Resonance Spectroscopy. Neuropsychopharmacology. 23 (4), 428-438 (2000).
  119. Ji, Y., et al. Eight-channel transceiver RF coil array tailored for 1H/19F MR of the human knee and fluorinated drugs at 7.0 T. NMR in Biomedicine. 28 (6), 726-737 (2015).
  120. Starke, L., Pohlmann, A., Prinz, C., Niendorf, T., Waiczies, S. Performance of compressed sensing for fluorine-19 magnetic resonance imaging at low signal-to-noise ratio conditions. Magnetic Resonance in Medicine. , 1-17 (2019).

Tags

Geneeskunde Nummer 168
Magnetic Resonance Imaging van Multiple Sclerose bij 7.0 Tesla
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Waiczies, S., Els, A., Kuchling, J., … More

Waiczies, S., Els, A., Kuchling, J., Markenroth Bloch, K., Pankowska, A., Waiczies, H., Herrmann, C., Chien, C., Finke, C., Paul, F., Niendorf, T. Magnetic Resonance Imaging of Multiple Sclerosis at 7.0 Tesla. J. Vis. Exp. (168), e62142, doi:10.3791/62142 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter