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Medicine

7.0特斯拉多发性硬化症的磁共振成像

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

在这里，我们提出了一种方案，用于在7.0特斯拉下获取多发性硬化症（MS）患者大脑的磁共振（MR）图像。该协议包括设置的准备，包括射频线圈，与MS患者的标准化访谈程序，MR扫描仪中的受试者定位和MR数据采集。

Abstract

本文的总体目标是在多发性硬化症（MS）患者中以7.0特斯拉的速度展示最先进的超高场（UHF）磁共振（MR）方案。MS是一种慢性炎症性，脱髓鞘性，神经退行性疾病，其特征在于白色和灰质病变。通过使用1.5T和3 T的MRI检测空间和时间播散的T 2 - 高信号病变是临床实践中根据当前版本的2017年McDonald标准建立MS准确诊断的关键诊断工具。然而，MS病变与其他来源的脑白质病变的区分有时可能具有挑战性，因为它们在较低的磁场强度（通常为3 T）下具有相似的形态。超高场磁共振 （UHF-MR） 受益于信噪比的提高和空间分辨率的增强，这两者都是卓越成像的关键，从而更准确、更明确地诊断细微病变。因此，7.0 T 的 MRI 显示，通过提供 MS 特异性神经影像学标志物（例如，中央静脉体征、发丝边缘结构和 MS 灰质病变的分化），在克服 MS 鉴别诊断的挑战方面取得了令人鼓舞的结果。这些标志物和其他标志物可以通过T1 和T2（T 2*，相位，扩散）以外的其他MR造影剂来识别，并显着改善MS病变与其他神经炎症性疾病（如视神经脊髓炎和Susac综合征）中发生的MS病变的鉴别。在本文中，我们描述了我们目前使用不同的MR获取方法研究7.0 T的MS患者脑白质和灰质病变的技术方法。最新的协议包括MR设置的准备，包括为UHF-MR定制的射频线圈，标准化筛选，MS患者的安全和访谈程序，患者在MR扫描仪中的定位以及获取为检查MS量身定制的专用脑部扫描。

Introduction

多发性硬化症（MS）是中枢神经系统（CNS）最常见的慢性炎症和脱髓鞘疾病，可导致年轻人明显的神经功能障碍，并导致长期残疾1，2。MS的病理标志是脑灰质和白质中发生的脱髓鞘病变的积累，以及整个大脑中的弥漫性神经变性，即使在正常出现的白质（NAWM）中也是如此3，4。MS病理学表明，炎症在疾病的所有阶段驱动组织损伤，即使在疾病的进展阶段5。MS的最初临床表现通常伴有可逆的神经功能障碍发作，并被称为临床孤立综合征（CIS），当仅提示MS6，7时。在没有明确的CIS的情况下，在进行MS诊断时应谨慎行事：应通过随访确认诊断，并应推迟开始长期疾病改善治疗，等待其他证据8。

磁共振成像（MRI）是诊断MS和监测疾病进展9，10，11不可或缺的工具。磁场强度为1.5 T和3 T的MRI目前是临床实践中检测自旋自旋弛豫时间加权（T2）超潜病变并根据当前版本的2017 McDonald标准8建立MS准确诊断的关键诊断工具。MS的诊断标准强调需要证明病变在空间和时间上的播散，并排除替代诊断8，12。造影剂增强MRI是评估急性疾病和急性炎症的唯一方法8，但对潜在的长期钆脑沉积的日益关注可能会限制造影剂作为重要诊断工具的应用13，14，17。此外，MS病变与其他来源的脑白质病变的区分有时可能具有挑战性，因为它们在较低的磁场强度下具有相似的形态。

虽然MRI肯定是MS患者的最佳诊断工具，但MR检查和方案应遵循欧洲18，19的MS组磁共振成像（MAGNIMS）或北美20的多发性硬化症中心联盟（CMSC）的指南，用于MS患者的诊断，预后和监测。根据不同医院和国家的最新指南进行标准化的质量控制研究也至关重要21.

为MS诊断和疾病进展监测量身定制的MRI方案包括多种MRI对比，包括由纵向弛豫时间T1，自旋自旋弛豫时间T2，有效自旋自旋弛豫时间T2*和弥散加权成像（DWI）22控制的对比度。协调计划为MS中的MRI提供了共识报告，以朝着标准化方案迈进，促进临床翻译和跨站点数据的比较23，24，25。T2加权成像是公认的，并且经常用于临床实践中用于识别白质（WM）病变，其特征在于高信号外观26，27。虽然是MS28的重要诊断标准，但WM病变负荷仅与临床残疾的相关性较弱，因为它缺乏对病变严重程度和潜在病理生理学的特异性26，27，29。这一观察结果引发了对横向弛豫时间T2 30的参数映射的探索。T2*加权成像在MS成像中变得越来越重要。T2*加权MRI中的中心静脉征被认为是MS病变的特异性成像标志物27，31，32，33。T2*对铁沉积34，35敏感，这可能与疾病持续时间，活动和严重程度有关36，37，38。据报道，T2*还反映了患有轻微缺陷和早期MS的患者的脑组织变化，因此可能成为评估MS发展的工具，已经在早期阶段39，40。

MRI技术的改进有望更好地识别MS患者的CNS变化，并为临床医生提供更好的指导，以提高MS诊断的准确性和速度11。超高场（UHF，B0≥7.0 T）MRI受益于信噪比（SNR）的增加，可以投资于增强的空间或时间分辨率，这两者都是卓越成像的关键，以获得更准确和明确的诊断41，42。传输场（B1+）不均匀性是超高磁场43下使用的1H射频的不利属性，将受益于使用并行发射（pTx）RF线圈和RF脉冲设计方法的多通道传输，这些方法增强了B1+均匀性，从而促进了大脑44的均匀覆盖。

随着7.0 T MRI的出现，我们对脱髓鞘疾病（如MS）有了更多的了解，增加了病变检测的敏感性和特异性，中心静脉体征识别，软脑膜增强，甚至代谢变化45。MS病变早已从组织病理学研究显示为在静脉和静脉周围形成46。病变的周分布（中心静脉征兆）可以用T2*加权MRI46，47，48在3.0 T或1.5 T处识别，但可以通过7.0 T 49，50，51，52的UHF-MRI来识别。除中央静脉征外，7.0 T处的UHF-MRI改善或发现了MS特异性标志物，例如HYPOINTENSE边缘结构和MS灰质病变的分化53，54，55，56。用UHF-MRI更好地描绘这些标志物有望克服将MS病变与其他神经炎症性疾病（如Susac综合征53和视神经脊髓炎54）中发生的病变区分开来的一些挑战，同时还可以确定其他病症或MS变体中的常见致病机制，例如Baló的同心硬化症57，58。

认识到UHF-MRI在检测和鉴别MS病变方面的挑战和机遇，本文介绍了我们目前使用不同成像技术研究7.0 T时MS患者脑白质和灰质病变的技术方法。最新的协议包括MR设置的准备，包括为UHF-MR量身定制的射频（RF）线圈，标准化的筛选，安全性和MS患者的访谈程序，患者在MR扫描仪中的定位以及获取专用于MS的脑部扫描。本文旨在指导成像专家、基础研究人员、临床科学家、转化研究人员和技术人员，他们拥有从学员到高级用户和应用专家的各种经验和专业知识，进入MS患者的UHF-MRI领域，最终目标是跨学科领域协同连接技术开发和临床应用。

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Protocol

该协议适用于由柏林慈善大学伦理委员会（批准号：EA1/222/17，2018/01/08）和柏林慈善大学数据保护部和公司治理批准的研究。在纳入研究之前，已获得所有受试者的知情同意。

1. 主题

注意：MS患者的招募通常在MR检查前几天至几周内进行，温度为7.0 T。

  1. 由门诊的神经科医生根据纳入标准（取决于神经免疫学问题）和排除标准（包括例如植入式医疗设备，如胰岛素泵或起搏器或怀孕）招募MS患者。
  2. 在门诊就诊期间，给MS患者一个7.0 T的MR调查的简短摘要，以及与7.0 T MR检查相关的安全措施的解释。
    1. 虽然应采取预防措施，特别是在7.0 T时，并且应向所有人提供禁忌症清单（例如，表1），但请充分了解对安全考虑因素和决策过程的新见解，特别是来自可靠文献来源的广泛可用植入物 59，60，61，62，63.国际医学磁共振学会（ISMRM）和MR放射技师，技术人员协会（SMRT）提供有关植入物和设备的MR安全策略和标准的安全指导64。
    2. 与健康，安全官员和医务人员一起，充分了解可能的危险，预防措施和可用的解决方案。用于检查的局部射频线圈的类型是一个关键因素，以及植入物的位置和类型59。
    3. 对植入、装置或纹身的受试者进行符合当地伦理考虑的风险/收益评估63， 并考虑限制过于保守时损失的收益。
  3. 在MR调查前一周向受试者提供7.0 T MR扫描仪的考试预约。联系行动不便的患者或在此之前从其他城市访问的患者。在预约分配的同时，通过电子邮件向受试者提供重要信息：这包括知情同意书和表格以及包括禁忌症列表在内的安全信息（表1）。这是为步骤1.9至1.14所述的讨论做准备。
  4. 一旦受试者进入UHF-MR建筑物或单元并确认识别，请评估他们对与UHF磁场相关的潜在危险的意识。在被动传导植入物和植入式医疗设备（例如起搏器和胰岛素泵）的情况下，需要特别注意。
  5. 要求每个受试者填写一份关于进入5高斯（0.5 mT）区域的安全要求的确认表格，这被认为是公众静态磁场暴露的"安全"水平。MR扫描仪主磁体周边的这个安全区域由杂散磁场等效于5高斯的距离指定。5高斯线通常在地板上突出显示。由于在我们的案例中，被动屏蔽的7.0 T MR扫描仪的杂散磁场范围很远，因此请使用建筑物的外墙来指定安全区域，而不是5高斯线。
    注意：在进行此记录时，世界正在经历2020年冠状病毒大流行，每个受试者都需要遵循相应的指导方针，包括1.5米的距离规则，口鼻保护以及手部消毒。
  6. 告知受试者MR大楼入口附近是否有储物柜，他们可以安全地存放贵重物品。告知受试者他们的某些个人物品（机械表、带磁条的银行卡）构成潜在的安全隐患和/或在一段时间后靠近磁铁时可能会损坏。
  7. 陪同受试者到准备室，由医生，神经科医生或研究护士检查受试者。
  8. 查询健康状况和药物摄入量。病例报告表（通用报告格式）中的文件。
  9. 在所有调查措施之前，询问潜在的MRI禁忌症（怀孕，所有潜在的先前手术与潜在的异物，以前的金属物体伤害，穿孔，纹身，助听器，幽闭恐惧症，肌肉骨骼问题，被动或主动进行植入物，包括牙科植入物，医疗设备，如起搏器和胰岛素泵）。
  10. 讨论有关研究背景和目标的详细信息 （通过电子邮件发送的信息）。如果相关，提供有关研究来源的信息（例如，研究是由研究者发起的，行业发起的还是由行业赞助的）。国家机构联系和潜在的利益冲突。受试者必须能够理解研究的目的及其含义。如果被要求，主体有权访问自己的数据。研究完成后一年，将免费提供报告或出版物。
  11. 讨论数据保护和保险相关信息。所有数据在研究开始前都经过假名化。将个人受试者数据（包括姓名、出生日期、地址、联系电话和假名 ID）记录在调查人员现场文件 （ISF） 的识别列表中，并锁定在专用文件柜中。
    1. 数据最长保留 10 年。只有该研究的伦理批准中定义的授权人员才能对数据进行密码保护访问。与保险相关的信息包括因参与研究而造成损害时的治疗和/或赔偿安排。此信息将通过电子邮件提前发送。
  12. 概述该研究的医学参数测量（例如，血压，心率，体重，身高，体温，育龄女性受试者的妊娠试验）。 此信息也会通过电子邮件提前发送。
  13. 概述磁共振成像检查。告知每个受试者在进入MRI安全区之前在UHF磁场下进行MRI检查的潜在益处以及潜在风险。 此信息也会通过电子邮件提前发送。
  14. 确保道德诚信，证明该研究已获得伦理委员会的批准，并就研究参与向患者保证。告知受试者参加考试是自愿的，他们可以随时中止考试，没有额外的理由或负面后果。
  15. 获得口头和书面知情同意。
  16. 在同意后，受试者将被分配一个假名ID，所有数据将被记录并以该假名存储。

2. MR 设置准备

注意：在受试者到达UHF-MR大楼之前，将执行以下操作。

  1. 打开 MR 采集软件。磁铁始终亮起。
    1. 对于某些扫描仪（例如，用于获取该协议中代表性结果的西门子MR系统），操作室中的开关盒（图1）启动MR系统（梯度和软件）：顺时针转动键，按蓝色 的"系统开启 "按钮启动软件（syngo）。扫描仪 PC 上将出现一个窗口，要求确认密码。
  2. 将专用于磁头 MRI 的射频线圈连接到磁共振成像系统。在西门子7.0 T上，这通常是1通道圆极化（CP）发射（1Tx（CP）），24通道接收（24Rx）RF线圈（图2）或1Tx（CP）/ 32Rx RF线圈。这些射频线圈通过 4 个插头连接到患者台（标记为 X1 - X4）。
    注：在飞利浦或通用电气 （GE） 7.0 T MR 系统上，典型的头线圈为 2Tx（CP）/32Rx 射频线圈。该射频线圈通过 3 个插头和接口盒连接到患者台。所有这些射频线圈都不需要患者特定的调谐和匹配。
  3. 对于小型射频线圈，请使用耳塞而不是耳机作为听力保护。
  4. 准备病床。在MR扫描仪附近准备好耳塞，软枕头，腿垫，毯子和床罩床单。
  5. 病床应处于可伸缩位置，为受试者做好准备。

3. 科目准备

  1. 将受试者引导到更衣室，并要求受试者换上磨砂膏。只有不含金属且不含射频识别芯片的内衣必须穿戴。再次确保所有金属物体，如眼镜，珠宝，手机，不要进入7.0 T MR操作员和扫描仪室。
  2. 执行步骤 1.11 中提到的所有准备措施。
  3. 要求受试者在MR测量之前清空膀胱。对育龄女性受试者进行妊娠试验。
  4. 陪同志愿者通过操作室前往7.0 T MR扫描仪室。在进入7.0 T MR扫描室之前，请再次确保不存在金属物体。
  5. 慢慢走到7.0 T的检查台上。被动屏蔽磁体的条纹场尺寸大于主动屏蔽磁体。小型黑色金属物体可能已经在包含被动屏蔽磁铁的房间门口感受到吸引力/扭矩。
  6. 让受试者躺在桌子上，让他们尽可能舒适。提供小的头部和手臂舒适枕头以及腿垫以及毯子，以避免受试者变冷。
  7. 将MRI安全的脉搏血氧仪连接到受试者，以监测受试者在MRI过程中的血氧饱和度（SpO2），心率读数和生命体征。
  8. 提供耳塞和手持式挤压球（警报器），以便在MR检查期间使用，以防万一。要求受试者按下挤压球以确认其正常工作。
  9. 指示受试者靠近射频头线圈（图2）。将射频线圈的TX部分和上部RX线圈部分朝服务端移动，以定位受试者的头部（图2）。打开等心定位设备。
    1. 在一些MR扫描仪（例如西门子和GE MR系统）中，使用激光。非常缓慢地移动拍摄对象表，使激光定位与RF线圈顶部的标记交叉完全对齐。保存此位置。在激光定位过程中，要求受试者闭上眼睛。其他UHF-MR供应商还有其他定位系统。在所有情况下，请确保RF线圈上的标记与等心定位设备对齐。
  10. 确保头部位置正确，并确保拍摄对象舒适。
  11. 将受试者表非常缓慢地移动到MR扫描仪的同心。在7.0 T时，特别重要的是缓慢移动桌子，以避免和减少由感应电流65，66，67引起的副作用，例如金属味，眩晕，头晕。为了满足此要求，某些供应商将工作台运动的速度曲线调整为 B0*（grad（B0））。建议将患者工作台运动设置为低于0.66 T / s 67。
  12. 在驾驶桌子时与受试者沟通，并解释说，一旦桌子停止，任何潜在的副作用都会消失。当将桌子向磁铁中心移动时，受试者可能仍然感到头晕或体验到金属味。根据我们的经验，这些影响是轻微的，完全可逆的67，68。
  13. 在离开扫描室之前，请确保受试者舒适并愿意从MR检查开始。
  14. 离开扫描仪室后，使用对讲机检查与受试者的正确通信。受试者可以随时联系研究人员。
  15. 继续监测受试者的状况，并在整个检查过程中验证受试者是否仍然舒适，包括所有后续步骤，直到研究结束。

4. 数据采集

注意：在下文中，对用户界面操作或特定扫描过程的某些引用可能仅对一个特定的 MR 系统有效（7.0T Magnetom，Siemens healthineers，Erlangen，德国）。这些命令和过程因供应商和软件版本而异。以下方案遵循欧洲18，19的MS组磁共振成像（MAGNIMS）和北美20的多发性硬化中心联盟（CMSC）的指南，用于MS患者的诊断，预后和监测。

  1. 输入所需的研究和受试者详细信息（项目编号，假名ID，出生日期，身高，体重，受试者位置（即头枕和仰卧位），调查员姓名）。步骤因来自不同供应商的7.0 T MR系统而异。在所有情况下，请确保加载了正确的研究方案。
    1. 对于西门子扫描仪，请单击显示屏的上部栏（"患者|注册）在 syngo 软件中。输入患者信息，选择研究方案，然后单击 "检查"。加载选定的研究方案，并打开检查窗口。在此窗口的右侧将显示所选研究方案的任何已保存的成像序列。
  2. 按照所选研究方案中给定的顺序运行成像序列。这些成像序列的参数应在患者检查之前计划，并根据上述CMSC和MAGNIMS指南保存，用于诊断18以及MS患者的预后和监测19。
  3. 调整和侦察图像
    1. 在获取MS检查的数据之前，使用 定位器 序列（也称为侦察序列）执行必要的调整。这通常是梯度回波（GRE）序列，包含扫描前需要执行的调整协议。
      注：调整包括对不均匀静态磁场（B0）的校正（填充）。B0 不均匀性是由于磁铁较大以及体内易感性（例如空气、骨骼、血液）及其分布而发生的。不均匀性拓宽了自旋的频率分布，也可能导致显着的体内脱相;这在RF重聚焦（自旋回波）序列中不是问题，但在以下大多数序列中可以显着降低信号幅度，特别是T2*加权采集。在临床 MR 扫描仪（场强 B0≤7.0 T 的设备）上自动进行调整。在某些扫描仪（例如，西门子 7.0 T MR 扫描仪）上，调整通常由操作员主动启动。有关如何选择和操作序列的具体详细信息，请参阅特定于系统配置的操作手册。
    2. 选择 本地化工具。在西门子扫描仪上，在窗口右侧标记序列，然后单击向左箭头将序列移动到窗口左侧，以在工作流中排队。确保为所使用的射频线圈选择了所有通道。 定位器 序列对于规划后续序列中成像切片的方向也很重要。此时没有可用的图像，因此无法更改调整音量。
    3. 根据特定 MR 系统的要求进行运行调整（请参阅操作手册）。在西门子扫描仪上，这包括频率和发射器调整，以设置所使用的RF线圈和放大器功率所需的基本频率和电压，以及3D填充以校正静态磁场的不均匀性（图3）：
    4. 选择 选项|调整。频率、发射机、3D 填充码等选项卡将显示在窗口的下部栏中。在" 频率"下，选择" 转到"， 直到基本频率居中，然后显示"是"。在 发射器下，根据使用的射频线圈和放大器功率设置电压（对于24通道接收Rx射频头线圈，我们采用300 V）并 应用。
    5. 在"3D 填充程序"下，选择" 测量 "，生成 B0 映射后，按 "计算 "以获取填充程序值。重复 频率 和 3D 填充程序 调整至少两次，直到填充程序值与前一个值一致。按 应用 并 关闭。在飞利浦和 GE 7.0 T 扫描仪上，在每个序列之前在后台执行调整（需要操作员提供反馈以进行调整控制）。
    6. 在 3 个方向上运行 本地化程序 序列。序列参数：采集时间 （TA） = 160 ms。由于尚无图像可用，请将位置设置为等心，旋转 = 0 °。其他参数：基质 = 256×256，FOV = 250 mm，切片厚度 = 7.0 mm，切片间隙 = 7.0 mm （100 %），TR = 7.0 ms，TE = 3.03 ms，平均值（平均值）= 1，翻转角度（FA） = 2°，无脂肪或水抑制。 切片组 1（ 矢状定向、相位编码方向 A>P）、 切片组 2（ 横向定向、相位编码 （PE） 方向 A>P）、 切片组 3（ 日冕方向、相位编码方向 R>L）。为所有切片组获取三个切片。此时，不会对几何图形进行任何更改。
    7. 获取侦察兵图像。
    8. 使用 定位器 MR 图像确认是否正确设置了调整音量。将调节音量与 FOV 对齐，并与被摄体头部中央对齐。如果未对齐，请正确对齐并再次执行调整。
    9. 重要提示：每次更改调整音量或使用的射频通道数时，请再次进行调整。
      1. 在 Siemens 系统上，通过从上次正确设置了调整音量的 本地化器 中复制调整音量来避免这种情况：选择上次具有正确调整的扫描，右键单击 "复制参数"，然后在打开的窗口中选择" 调整音量 "。需要进一步调整的情况包括需要更密集的填充技术的特殊成像序列（例如，回波平面成像（EPI））。
  4. 采集专用的 MR 成像序列
    1. 存在几种具有不同对比度的序列（T1，T2，T2*，相位，QSM，扩散）用于研究MS病理学（图11）。最适合临床需求或研究问题的那些可以在MR系统的研究方案中选择和组织，以便在特定的相关研究项目或临床研究期间使用。对于研究，检测和定义MRI上的多发性硬化症病变，存在一些实用指南和评论8，50，69。 每个MR系统将具有不同的操作程序和用户界面，用于获取专用的MR序列（图4）。在西门子系统上，在检查窗口的序列列表（左侧）中查看每个研究方案和队列的右侧 MR 方法（序列）列表。以下是我们在西门子7.0 T MR扫描仪上用于研究MS病理学的一些序列。在规划序列定位时，请确保根据需要重复调整。
  5. 准备磁化 - RApid 采集梯度回波 （MPRAGE）
    1. MPRAGE 是 T1加权 3D 矢状反转恢复制备的变质 GRE 序列，具有高空间分辨率和 T1对比度。其目的通常是解剖学上的，并且有助于评估MS70中的体积损失 。它首先应用于MS患者，以改善造影剂增强病变（CEL）的检测71。即使没有造影剂72，MPRAGE也能在灰质（GM），白质（WM）和脑脊液（CSF）之间提供出色的T1依赖性对比度。结合T2加权序列，如FLAIR（见下文），它是多模态分割方法和基于体素的形态测量73中广泛使用的T1加权技术。使用MPRAGE的皮质MS病变检测和分类通过更好的平行成像性能以及7.0 T 74的SNR和空间分辨率的提高而得到显着改善。
    2. 使用以下 MPRAGE 序列参数：TA = 5 min 3 s，3D 模式，各向同性分辨率 = [1.0×1.0×1.0]mm³，基质 = 256×256×256，FOV = 256 mm，矢状定向，PE 方向 A>P，每板切片 = 192，切片厚度 = 1.0 mm，切片间隙 = 0.5 mm，TR = 2300 ms，TE = 2.98 ms，平均值 = 1，串联 = 1，无滤波器， 反转恢复进化时间TI = 900 ms，FA = 5°，无脂肪或水抑制，碱基分辨率= 256，用GRAPPA平行成像，AFPE = 2（图4A）。
    3. 以矢状方向获得，与半球间裂隙对齐。由于MPRAGE是3D序列，因此在研究结束时仍然可以将图像记录到基线扫描中。
  6. 磁化准备 2 - 快速采集梯度回波 （MP2RAGE）
    1. 这是一个 T1加权 3D 序列，具有同时 T1映射;一种双反转对比磁化制备的快速梯度回波序列，用于鲁棒性白质病变体积测量75。MP2RAGE序列产生具有不同对比度的图像，例如，两个具有不同反转时间和翻转角度的渐变回波图像，一个没有嘈杂背景的T1w图像和一个T1映射。定量T1映射为MS患者提供了进一步的诊断信息，以更好地区分病变亚型并能够更快地分期疾病活动76。MP2RAGE最近被证明可以改善皮质下病变的可视化（图13A）77，这些病变与MS78的脑膜炎症有关，即使使用更高的场强和先进的方法也很难检测到。开源MP2RAGE代码可从开发人员处获得：https：//：github.com/JosePMarques/MP2RAGE-related-scripts
    2. 使用以下 MP2RAGE 序列参数：TA = 11 min 37 s，3D 尺寸，矢状定向，PE 方向 A>P，空间分辨率 = [1.01.0]mm²，基质 = 256×256，FOV = 256 mm，FOV 相位 = 93.75 %，板坯 = 1，每板切片 = 176，切片厚度 = 1.0 mm，切片间隙 = 0.5 mm，TR = 5000 ms，TE = 3.18 ms，平均值 = 1，串联 = 1， TI 1 = 700 ms，TI 2 = 2500 ms，FA 1 = 4 °，FA 2 = 5°，无脂肪或水抑制，基本分辨率= 320，与GRAPPA平行成像，AFPE = 3（图5）。
    3. 以与 MPRAGE 相同的方向和位置运行 MP2RAGE。
  7. 流体衰减反转恢复 （FLAIR）
    1. FLAIR 是一个 3D 序列，它使用 T2加权流体衰减反转恢复 （FLAIR） 和 CSF 信号抑制来评估新 MS 病变随时间推移的播散情况（在西门子扫描仪上，它与 SPACE 结合使用（使用不同翻转角度的优化对比度进行采样完美），成像模块).该序列的优点包括高各向同性分辨率，低SAR，平行成像可能性，脑脊液抑制，因此可以更好地检测脑实质边界的病变。FLAIR特别有利于识别MS脑中皮质病变（图13B）79和软脑膜增强（LME）造影后80。有趣的是，与FLAIR SPACE（西门子）相比，使用FLAIR CUBE（GE MR系统的成像模块）时，MS患者在1.5T时对LME的检测显着更高。3D FLAIR SPACE被证明是一个有吸引力的T2加权序列，补充了上述T1加权MP2RAGE序列，用于MS患者76的病变检测。通常，两个序列都与横截面病变分割共同登记，以呈现关节MS病变图82。最近，FLAIR（在3.0 T飞利浦MR系统上）发现，Susac综合征患者比MS患者更容易出现LME83。
    2. 使用以下 FLAIR 序列参数：TA = 6 min 16 s，3D 模型，矢状定向，PE 方向 A>P，各向同性分辨率 = [0.8×0.8×0.8]mm³，基质 = 320×320×320，FOV = 256 mm，板坯 = 1，切片过采样 = 18.2 %，每块板切片 = 176，FOV 相位 = 87.5 %，切片厚度 = 0.80 mm，TR = 8000 ms，TE = 398 ms，平均值 = 1， 串联=1，原始和图像滤波，TI=2150ms，无脂肪或水抑制，沿相位编码方向的加速因子AFPE= 4（图6）。
    3. 以矢状方向运行序列，与MPRAGE和MP2RAGE序列相同。
    4. 如果鼻子在黄色框外，则将序列参数映射中的 FOV 相位增加到 100%。这会将 TA 更改为 6 分 56 秒。
  8. 多回波快速低角度拍摄（FLASH-ME）
    1. FLASH-ME 是一个 2D T2* 加权 GRE 序列，可采集具有不同回波时间的多个回波。以前在7.0 T处使用类似的序列作为估计T2*弛豫率的定量工具，以研究健康对照中整个皮层的细胞结构组织模式84。最近，定量T2 *映射用于研究MS患者的皮质组织完整性，并且认知障碍被证明与T2 *增加相关，与皮质厚度或病变的存在无关85。当仅使用最长的回波时间时，该序列用于描绘以小静脉血管为中心的MS白质病变（中央静脉征兆，图12），特别是那些靠近心室的病变（图14a）42，55。
    2. 使用以下 FLASH-ME 序列参数：TA = 12 min 10 s，2D 模式，横向方向，平面分辨率 = [0.47×0.47]mm²，矩阵 = 512×512，FOV = 238 mm，切片 = 52，切片厚度 = 2.0 mm，无切片间隙，PE 方向 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（确保回声时间的增量是脂肪-水位移 3.5 ppm 的倍数），平均值 = 1，串联 = 1，FA = 35 °，无脂肪抑制（图 7）。
    3. 使用 3D MPRAGE 和日冕横向 定位器 图像来规划 2D FLASH-ME 扫描的几何图形。
    4. 调整视场和切片，使整个头部位于中间（见上文）。
    5. 移动和倾斜2D FLASH-ME FOV，使用矢状MPRAGE图像上的缩放和平移工具，使FOV的下边界（黄色框架）与下部胼胝体线（胼胝体下平面）一致。
    6. 在角度形成后移动整个堆栈，使得最上面的层以颅骨卡洛特结束。堆栈不会覆盖整个大脑。较大的烟囱会增加测量时间，并引入鼻耳腔磁敏伪影。
    7. 如果调整体积不再与几何体体积对齐，请修改调整体积。如果需要，请重复调整（见上文）。
  9. 易感性加权成像 （SWI）
    1. 对于 SWI，请使用完全流量补偿的 3D T2*加权 GRE 序列的大小和相位数据。为了增强磁化率对比度，根据相位数据生成加权掩模，并与SWI86中的幅度图像相乘。SWI增强了静脉和周围组织87之间的对比度，并且还鉴定了MS患者88中的铁沉积。含铁巨噬细胞的沉积发生在慢性脱髓鞘MS病变89的边缘，这在相位图像89，90的病变边界处表现为超信号，在T2*加权图像上使用SWI在体内和死后91进行后处理的加权图像上呈降低信号（hypointense边缘） （图14b).3D编码可实现更短的TR和更低的翻转角度，从而实现全脑覆盖，减少采集时间并降低对B1+场扰动的灵敏度92。并行成像还减少了采集时间。广义自动校准部分并行采集（GRAPPA）并行成像重建每个通道的幅度和相位图像，并将它们组合在一起以生成最终图像93、94。
    2. 使用以下 SWI 序列参数：TA = 9 min 26 s，2D 模式，空间分辨率：[0.30.3]mm²，矩阵 = 768×768，FOV 读取 = 256 mm，FOV 相位 = 68.75 %，板坯 = 1，每板切片 = 120，切片厚度 = 1.0 mm，切片间隙 = 0.2 mm，横向方向强，PE 方向 R>L，TR = 30 ms，TE = 15.3 ms，平均值 = 1， 串联 = 1，FA = 30 °，无脂肪或水抑制，基底分辨率 = 768，相位分辨率 = 100 %，切片分辨率 = 100 %，相位部分傅里叶 = 6/8，切片部分傅里叶 = 6/8，使用 GRAPPA 并行成像，AFPE = 2（图 8）。
    3. 以横向方向获得， 并且不 引入任何角度，因为这会使后处理更加困难。
    4. 沿颅骨方向移动切片板，使最上部的边界与颅骨小板对齐。将板坯移位在腹侧或背侧方向，使大脑完全处于视场中央。
  10. 定量敏感性图谱 （QSM）
    1. 对于 QSM，请使用 2D T2* 加权 GRE 序列（采用 6 次回波，第一次回波采用流量补偿）。QSM是SWI的继承者，其背后的想法是提供对易感性分布95的逐个体素估计。QSM 利用相位图像并生成 3D 磁化率分布。体素强度与下层组织的视在磁化率成线性比例。在研究MS病理学时，QSM提供有关组织组成和微观结构的重要信息，例如白质中的髓鞘含量和灰质中的铁沉积95。有助于MR可测量信号变化的不同MS病理生理过程是复杂的，因此不同MR方法的组合是有益的：虽然QSM对MS相关组织变化更敏感，但它也显示出铁积累和脱髓鞘的加性效应（两者都促进磁化），这与T2*映射相反，其中MS中的两种病理生理过程将发挥相反的作用： 脱髓鞘增加T2*率，而铁沉积降低T2*96。与相位图像相比，QSM准确地解析了磁化率空间模式，因此更精确，更可靠地描绘了磁化率的固体和边缘图案97。通过将T2 *加权图像与SWI和QSM相结合，还可以研究MS疾病进展期间病变中铁含量的变化：虽然非含铁病变在所有序列中都是高隐性的，但含铁病变在T2*和SWI中是hypointense，但不是QSM 98。
    2. 使用以下 QSM 序列参数：TA = 7 min 43 s，2D 模式，板坯 = 1，PE 方向 A>P，平面分辨率 = [0.49×0.49]mm²，基质 = 448×448，FOV 读数 = 220 mm，FOV 相位 = 90.6 %，每板坯切片 = 96，切片厚度 = 1.0 mm，切片过采样 = 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， avg = 1， 串联 = 1， 图像滤波器， FA = 30 °， 无脂肪或水抑制， 基底分辨率 = 448， 相位部分傅里叶 = 6/8， 切片部分傅里叶 = 6/8， 用 GRAPPA 并行成像， AFPE = 2 （图 9）。
    3. 移动和倾斜FOV，使用矢状MPRAGE图像上的缩放和平移工具，使FOV的下边界（黄色框架）与下体胼胝体线（胼胝体下平面）对齐。
    4. 将切片堆叠颅骨移动，使顶层与颅骨小叶对齐。
  11. 扩散加权回波平面成像 （DW-EPI）
    1. 对于 DW 成像，在 b 值b = 0 s/mm2和b = 1000 s/mm 2 处使用具有 64 个不同扩散编码方向的2D EPI序列。DW成像可检测组织微观结构的隐蔽变化，包括早期MS中NAWM的弥漫性神经变性和脱髓鞘，这在常规MRI99，100中经常被遗漏。先前的MS扩散研究报告皮质病变的平均扩散率增加101。最近在7.0 T处进行的一项研究揭示了类似的发现，但在早期MS中细胞内体积分数也较低;通过将三室组织模型拟合到DW图像102上，将细胞内隔室与各向同性体积分数（水肿或脑脊液）和细胞外空间分离。与对照组的WM相比，不仅在皮质和WM病变中，而且在NAWM中也报告了细胞内体积分数的降低102。在WM病变中，细胞内区室减少伴随着平均扩散率增加和分数各向异性，表明脱髓鞘和轴突丢失102。DW-EPI通常与在采集的图像中显示为拉伸或压缩像素的几何畸变相关联。为了弥补这一点，引入了反向相位梯度方法，其中使用相反相位编码（PE）极性103，104获取同一切片两次。可以对齐相反的空间失真模式，并使用配准工具组合图像。对于失真校正，使用相同的PE方向获取相同的图像，但没有扩散加权，从而减少了采集时间。
    2. 使用以下 DW-EPI 序列参数：TA = 14 min 02 s，2D 尺寸，横向方向，A>P PE 方向，空间分辨率 = [1.951.95]mm²，矩阵 = 256×256，FOV 读数 = 500 mm，切片 = 30，FOV 相位 = 100.0 %，切片厚度 = 2.0 mm，切片间隙 = 2.0 mm，TR = 12000 ms，TE = 115 ms，平均值 = 1，串联 = 1，脂肪抑制， 基本分辨率 = 256，相位分辨率 = 100 %，相位偏傅里叶 = 6/8，使用 GRAPPA 并行成像，AFPE = 3，扩散模式 = MDDW，2 个扩散权重：b 值 1 = 0 s/mm²，b 值 2 = 1000 s/mm²，扩散方向 = 64（图 10）。
    3. 以横向方向获得，并且不引入任何角度，因为这会使后处理更加困难。
    4. 移动 FOV，使图层块的上行与颅骨卡洛特对齐。背侧移动，使大脑正好位于视场中间。
    5. 在相位编码（PE）方向的两个反极性中获取序列，以消除后处理过程中的失真伪影。要运行反极性序列，请再次重复 2D EPI 序列，现在选择 PE 方向为 P>A 的序列版本。 更改序列参数：TA = 1 min 14 s，P>A 方向，1 个扩散加权：b 值 = 0 s/mm²。
    6. 使用与上一个 2D EPI 序列相同的方向和定位运行此序列。
    7. 确认在参数选项卡例 程中将相位编码方向设置为 P>A。如果没有，请通过输入 180° 进行更改。
    8. 一旦最后一个序列完成并重建，MRI检查就准备好了。
    9. 在通用报告格式中记录所有获取的序列及其相关描述。

5. 结束MR考试

  1. 进入MR扫描仪室，将受试者表慢慢移离等距中心。
  2. 评估受试者的状况，并在测量之前，期间或之后询问任何可能的副作用。专门询问头晕，闪光，热或冷的感觉，一般不适，肌肉抽搐，金属味或任何其他影响。
  3. 在通用报告格式中记录所有观察结果（包括副作用）。
  4. 在最后的咨询之后，受试者被陪同到更衣室，然后到储物柜领取存放在那里的贵重物品，然后到建筑物的出口。作为安全措施，访问对象始终伴随着安全措施。
  5. 将所有书面文件（通用报告格式，受试者ID列表，研究同意书）归档在研究者现场文件夹中，并锁定在安全的地方。储存期至少为10年。

6. 数据备份

注意：每个 MR 中心都遵循自己的准则来保存和安全备份 MR 数据。数字 MR 数据应存储在受密码保护的服务器上。以下过程是西门子 7.0 T MR 系统的典型过程。

  1. 在 患者浏览器 中选择参与者 ID 号，然后选择 转移。
  2. 选择" 导出到脱机"， 然后输入本地文件夹（例如 C：\temp）的路径。
  3. 检查该过程是否已完成（从 "传输|本地作业状态）。
  4. 选择高级用户 （Ctrl+Esc） 并通过输入管理密码解锁。
  5. 启用"高级用户"后，转到 Windows 资源管理器 （Ctrl+Esc）。
  6. 将 Dicom 数据从本地文件夹移动到受密码保护的服务器上的安全 Dicom 数据研究文件夹。

7. 系统关闭

  1. 根据系统要求关闭系统。对于西门子扫描仪，请使用 syngo 软件中的上栏关闭软件。只有在软件关闭后，才关闭 MR 系统（西门子扫描仪上的蓝色按钮）。将钥匙向左转。

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Representative Results

一名26岁的女性被诊断患有复发性缓解性MS（RRMS），使用上述方案在7.0 T时进行检查（图11）。在MR图像中可以观察到B1+轮廓中的一些失真。当移动到更高的共振频率43时，这是预期的;较短的波长增加了破坏性和建设性干扰105，106。为了获取MR图像（图11，图12，图13，图14），我们在西门子7.0 T MR系统上使用单通道发射体积线圈，其中无法手动调整相位和幅度以抵消B1+不均匀性。多发射技术提供了动态调制B1+场分布44所需的并行传输的自由度。虽然B1+图案不能针对给定线圈的单个发射元件进行修改，但周围环境的电磁特性可能会改变，如在7.0 T下使用的充满水的电介质填充物107或钛酸钙悬浮液108所示。 110，特别是内耳111，由于内耳液和骨骼之间的易感性差异，这是一个具有挑战性的成像场所。

如图11所示，是使用不同方案提供不同对比度的患者大脑的横纹状和横向视图。在7.0 T MR检查前四年半，患者出现复视和视力模糊。最初根据 2017 年 McDonald 标准8建立诊断，该标准 8 归因于脑室周围、并列皮质和翼下 MR 病变分布，并基于 3.0 T 时钆增强和非增强病变的发生情况。随后开始用纳他珠单抗（NTZ）药物治疗。MS诊断随后受到挑战，因为尽管NTZ治疗非常有效，但T2病变增加和多次临床复发，不完全缓解。然而，7.0 T MRI通过揭示大多数脑室周围和并列皮质病变的中心静脉征来支持MS诊断（图12）。皮质病理学（图13）和围绕T2超通影病变亚群的关节边缘结构（图14）进一步证实了MS的诊断。诊断性重新评估还包括寻找其他自身免疫性、感染性和代谢性疾病，但没有显示进一步的异常结果。最终，患者被检测出针对NTZ的抗体呈阳性，表明抗体介导的中和，并解释了对NTZ 112的治疗反应不足。因此，在该患者中得出了对NTZ治疗无反应的MS诊断。药物从NTZ切换到奥瑞珠单抗，患者在随后的阶段没有复发。

Figure 1
图 1.西门子MR扫描仪开关盒请点击此处查看此图的放大版本。

Figure 2
图 2.将专用射频线圈连接到 MR 系统。 （a） 发射 （Tx）、24 或 32 通道接收 （Rx） 射频头线圈，专为 7.0 T （ b ） 脑部 MRI 量身定制 （b）指示受试者靠近射频头线圈，并将受试者的头部置于下部 RX 线圈上方和上部 RX 线圈下方（左面板）。接下来，将射频头线圈的 TX 部分移到 RX 线圈（右下角）上。 请点击此处查看此图的放大版本。

Figure 3
图 3.运行调整（西门子系统）。（a）基本频率调整，（b）发射机电压调整，（c）生成B0映射和3D散布。请点击此处查看此图的放大版本。

Figure 4
图 4.来自不同供应商的 7.0 T MR 系统上的 MR 序列规划。 （a） 西门子，（b） 飞利浦和 （c） 通用电气。 请点击此处查看此图的放大版本。

Figure 5
图 5.规划 3D MP2RAGE 成像序列 请单击此处查看此图的大图。

Figure 6
图 6.规划 3D SPACE-FLAIR 成像序列请单击此处查看此图的放大版本。

Figure 7
图 7.规划 2D FLASH-ME 成像序列请单击此处查看此图的放大图。

Figure 8
图 8.规划 3D 敏感性加权成像序列请单击此处查看此图的放大版本。

Figure 9
图 9.规划 QSM-FC 请单击此处查看此图的放大版本。

Figure 10
图 10.规划扩散加权回波平面成像序列请单击此处查看此图的放大版本。

Figure 11
图 11.RRMS患者高分辨率脑部MRI的代表性结果 从左到右 上图：（a）T1w 3D反转恢复制备的变质GRE序列（MPRAGE）的矢状视图，（b）T1w 3D MPRAGE的横向视图，（c）T2*w 2D FLASH序列的横向视图与多回波读出（FLASH-ME），（d）T2的横向视图w 流体衰减反演恢复，使用采样完美和应用优化的对比度，使用不同的翻转角度演变 （SPACE-FLAIR），（e） 流动补偿定量易感性映射的横向视图 （QSM-FC）。从左到右的下图：（f）T1w 3D磁化制备的快速梯度回波序列（MP2RAGE）的分支视图，（g）T1w 3D MP2RAGE的横向视图，（h）使用完全流动补偿GE序列的幅度和相位数据的3D易感性加权成像（SWI）的横向视图，（i）组合分数各向异性图和回波平面扩散加权成像序列（2D EPI）的方向图， （j） T 2 *w2D梯度回波成像的横向视图，带流量补偿 （GRE-FC）。请点击此处查看此图的放大版本。

Figure 12
图 12.具有代表性的白质MS病变伴中心静脉征（a和b）T2* w 2D FLASH序列的横贯视图，具有多回声读出（FLASH-ME）显示高度MS特异性的中心静脉征（红色箭头）在示例性脑室周围病变内，（c）右半球丘脑病变（d）和顶叶并列皮质病变，证实了患者的MS诊断。请点击此处查看此图的放大版本。

Figure 13
图 13.代表性皮质 MS 病变。 （a） T1w 3D 磁化制备的快速梯度回波序列 （MP2RAGE） 的矢状面图描绘了顶叶皮质（b）内的皮质下病变（红色箭头）与 T2w 液体衰减反转恢复 （SPACE-FLAIR） 横向视图中的相应高信号，表明复发缓解型 MS 患者中皮质 MS 病理的发生。 请点击此处查看此图的放大版本。

Figure 14
图 14.具有代表性的轮辋结构。（a） T2*w 2D FLASH 序列的横视图具有多回波读数 （FLASH-ME） 显示卵状脑室周围 MS 病变，（b ） 3D 易感性加权成像 （SWI） 的横向视图描绘了病变周围的高度边缘结构，表明含铁巨噬细胞作为 MS 病变活动的潜在替代物存在。请点击此处查看此图的放大版本。

金属植入物（可能由于磁场或造成伤害而发生故障）
电子设备，如起搏器、除颤器、胰岛素泵、神经刺激器
动脉瘤和止血夹，假体心脏瓣膜
人工耳蜗，耳科植入物
药物输液装置
深部脑刺激电极
引线心电图线
其他禁忌症（皮肤灼伤，肿胀或磁场效应损伤的风险）
一些药物贴片
金属异物，例如眼睛中的弹片或其他微小的金属碎片
一些纹身和化妆品（永久化妆）
身体穿孔首饰
怀孕（磁场可能产生的不良生物学效应）
已知的幽闭恐惧症

表 1.MRI检查的主要禁忌证。 最常见的禁忌症是金属植入物。植入物正变得越来越安全（MRI有条件），但仍然是一个主要问题。

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Discussion

这里介绍的方案描述了一系列具有不同对比度的MRI序列，这些序列通常用于检查7.0 T的MS患者，与新兴技术发展一起，它们为探索代谢或功能成像中更高级的应用提供了基础。

除脑部病变外，脊髓病变还经常影响MS患者，导致运动，感觉和自主神经功能障碍。然而，脊髓成像，特别是在7.0 T时，在技术上具有挑战性113。并行传输和并行成像的进一步发展需要克服 扭曲的B1场轮廓114的障碍。

该协议的目标是传播和协同连接跨学科领域的技术开发和临床应用。除了空间和时间分辨率的预期增强外，来自更高磁场不断变化的物理特性的机会包括易感性加权成像（SWI）和相差技术115的更好对比度，以及X核成像，如钠116，117和氟118，119，120，以更深入地评估病理学和治疗监测。

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Disclosures

没有竞争的经济利益需要宣布。

Acknowledgments

该项目（T.N.）已获得欧洲研究委员会（ERC）的部分资助，根据赠款协议No 743077（ThermalMR）的欧盟地平线2020研究和创新计划。作者希望感谢柏林超高现场设施（B.U.F.F.）的团队，德国柏林亥姆霍兹协会的Max Delbrueck分子医学中心;在瑞典隆德大学隆德大学生物成像中心的瑞典国家7T设施，以及在波兰卢布林的Maria Curie-Skłodowska大学的ECOTECH-COMPLEX寻求技术和其他援助。

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

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《医学》第168期，
7.0特斯拉多发性硬化症的磁共振成像
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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).

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