m+Medelevator.RU
← Поиск публикаций
Current medical imaging · 2025

Ценность использования количественного MRI на основе синтетического поглощения и вероятного коэффициента диффузии для мониторинга деятельности с множественным склерозом.

СтатьяНазвание и аннотация: Машинный перевод · не проверен
Обработка статьи · этапы, ошибки и управление
Загрузка состояния…

История · было → стало

Состояние обновляется каждые 5 секунд, пока блок открыт. Процент показывается только там, где известен объём работы. Пауза останавливает продолжение этапа; текущий запрос к источнику может завершиться.

Abujamea Abdullah H, Albadr Fahad B, Asiri Arwa M

Аннотация

Множественный склероз (MS) one из наиболее распространенных заболеваний центральной нервной системы, затрагивающих молодых людей. Магнитный резонансный снимок (MRI) является важным инструментом диагностики и отслеживания множественных склерозов. За прошедшие годы были разработаны многие методы МРТ для повышения чувствительности обнаружения заболеваний MS. В последние годы синтетическая МРТ (ММОИ) и количественная МРТ (qMRI) набирают силу при применении нейроимации, предоставляя более подробную информацию, чем традиционные методы приобретения. Эти методы позволяют обнаруживать микроструктурные изменения в мозге с высокой чувствительностью и устойчивостью к межсканерной и межнаблюдательной изменчивости. Цель настоящего исследования заключается в оценке целесообразности использования этих методов во избежание применения противопоказательных агентов на основе внутривенного гадолиния (ГБЦП) для оценки активности и мониторинга заболеваний MS. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ: Forty-two известные пациенты, страдающие склерозом, в возрасте 20 в адрес 45, были сканированы в рамках их обычной последующей деятельности. Последовательность MAGnetic Risco-Rocus Compilation (MAGiC) — реализация синтетического MRI — была добавлена в обычный протокол MS нашего института для автоматического составления количественных карт T1, T2 и PD. Данные T1, T2, PD и видимый коэффициент диффузии (ADC) были собраны в представляющих интерес регионах (ROI), которые представляют собой нормальные белые вещества (NAWM), усиливающие и не усиливающие поражения MS. Извлеченная информация была сопоставлена и статистически проанализирована, и были рассчитаны чувствительность и специфичность. РЕЗУЛЬТАТЫ: Среднее значение R1 (Взаимное значение Т1) неусиливающихся повреждений MS 0.694 s-1 (Т1)1440 ms), для усиления повреждений 1.015 s-1 (T1 = 985 мс) и для NAWM 1.514 s-1 (Т1 = 660 мс). Для значений R2 (совместные значения Т2) среднее значение составляло: 6.816 s-1 (T2=146 мс) в случае неусиливающих повреждений, 8.944 s-1 (Т2)112 ms) для усиления повреждений и 1.916 s-1 (Т2)522 Ms) для NAWM. Усредненные значения PD 93.069% - в случае неподкрепляющих повреждений, 82.260% для усиления повреждений, и 67.191% Для NAWM. В случае ADC среднее значение неусиливающихся повреждений составляло 1216.60×10-6 мм2/с, для усиления повреждений 1016.66×10-6 мм2/с и для NAWM 770.51×10-6 мм2/с. ОБСУЖДЕНИЕ: Наши результаты свидетельствуют о том, что усиление и неусиление повреждений MS значительно снижает значения R1 и R2. Неусиливающие повреждения имеют значительно более низкие значения R1 и R2 по сравнению с усилением повреждений. С другой стороны, значения PD значительно выше в случае неусиливающихся повреждений, чем в случае усиливающих повреждений. Что касается ADC, то, хотя NAWM имеет более низкие значения, разница между средними значениями ADC в виде усиливающихся и неусиливающихся повреждений была минимальной.
Оригинал публикации

The Value of Using Quantitative MRI based on Synthetic Acquisition and Apparent Diffusion Coefficient to Monitor Multiple Sclerosis Lesion Activity.

BACKGROUND: Multiple sclerosis (MS) is one of the most common disabling central nervous system diseases affecting young adults. Magnetic resonance imaging (MRI) is an essential tool for diagnosing and following up multiple sclerosis. Over the years, many MRI techniques have been developed to improve the sensitivity of MS disease detection. In recent years synthetic MRI (sMRI) and quantitative MRI (qMRI) have gained traction in neuroimaging applications, providing more detailed information than traditional acquisition methods. These techniques enable the detection of microstructural changes in the brain with high sensitivity and robustness to inter-scanner and inter-observer variability. This study aims to evaluate the feasibility of using these techniques to avoid administering intravenous gadolinium-based contrast agents (GBCAs) for assessing MS disease activity and monitoring.

MATERIALS AND METHODS: Forty-two known MS patients, aged 20 to 45, were scanned as part of their routine follow-up. MAGnetic resonance image Compilation (MAGiC) sequence, an implementation of synthetic MRI, was added to our institute's routine MS protocol to automatically generate quantitative maps of T1, T2, and PD. T1, T2, PD, and apparent diffusion coefficient (ADC) data were collected from regions of interest (ROIs) representing normalappearing white matter (NAWM), enhancing, and non-enhancing MS lesions. The extracted information was compared, and statistically analyzed, and the sensitivity and specificity were calculated.

RESULTS: The mean R1 (the reciprocal of T1) value of the non-enhancing MS lesions was 0.694 s-1 (T1=1440 ms), for enhancing lesions 1.015 s-1 (T1=985ms), and for NAWM 1.514 s-1 (T1=660ms). For R2 (the reciprocal of T2) values, the mean value was 6.816 s-1 (T2=146ms) for nonenhancing lesions, 8.944 s-1 (T2=112 ms) for enhancing lesions, and 1.916 s-1 (T2=522 ms) for NAWM. PD values averaged 93.069% for nonenhancing lesions, 82.260% for enhancing lesions, and 67.191% for NAWM. For ADC, the mean value for non-enhancing lesions was 1216.60×10-6 mm2/s, for enhancing lesions 1016.66×10-6 mm2/s, and for NAWM 770.51×10-6 mm2/s.

DISCUSSION: Our results indicate that enhancing and non-enhancing MS lesions significantly decrease R1 and R2 values. Non-enhancing lesions have significantly lower R1 and R2 values compared to enhancing lesions.

CONCLUSION: Conversely, PD values are significantly higher in non-enhancing lesions than in enhancing lesions. For ADC, while NAWM has lower values, there was minimal difference between the mean ADC values of enhancing and non-enhancing lesions.

Читать полный текст на русском ↓

Полный текст на русском

Машинный перевод · не проверен

Множественный склероз (МС) one из наиболее распространенных заболеваний центральной нервной системы, затрагивающих молодых людей. Несмотря на то, что среди молодых людей, особенно женщин, и лиц, проживающих в северных широтах, этот показатель выше, он может оказывать воздействие на людей любого возраста и пола. Это хроническое воспалительное и дегенеративное заболевание центральной нервной системы, характеризующееся многофукаловым демиэлированием в результате аутоиммунной реакции на самоантигены у генетически уязвимых лиц [ 1 ]. Симптомы MS могут различаться среди пациентов и могут включать визуальные, моторные, сенсорные и когнитивные расстройства, ведущие к значительной инвалидности. Сложность патологического процесса различается в зависимости от стадии и типа MS, в том числе в зависимости от места и развития повреждений. Магнитный резонансный снимок (MRI) является важным инструментом диагностики и мониторинга множественных склерозов. Разработаны многочисленные методы МРТ для повышения чувствительности обнаружения заболеваний, в том числе T1, T2, T2*, диффузная съемка, спектроскопия, визуализация, взвешенные по чувствительности, и передача магнитизированных изображений [ 2 - 5 ]. В то же время характерные особенности MR лишь умеренно связаны с инвалидностью [ 6 , 7 ]. Исследования свидетельствуют о низкой и умеренной корреляции между инвалидностью и такими радиологическими характеристиками, как нагрузка на белое вещество [ 8 , 9 ].При множественном склерозе были изучены многие параметры в качестве потенциальных количественных измерений. One параметр, который активно изучался в последние годы, это содержание миелина в воде [ 10 - 12 ]. Другие исследования продемонстрировали взаимосвязь между различными параметрами МР, такими, как время релаксации, общее содержание воды, свойства обмена магнитизирующими свойствами между различными протонными пулами и активность заболеваний [ 11 , 13 , 14 ]. В ряде исследований сообщалось о различиях в количественных параметрах MR между субъектами MS и здоровыми средствами контроля [ 4 , 15 ].Помимо диффузных изменений и атрофии белой материи, которые являются предвестниками инвалидности и краткосрочных заболеваний в MS [ 16 ], МРТ с контрастными характеристиками является хорошо зарекомендовавшим себя методом оценки состояния и активности заболеваний [ 17 ]. Противоположные повреждения указывают на разрушение мозгового барьера в крови и подстрекательскую реакцию, которая, как известно, происходит при остром демиелионировании. [ 18 , 19 ]. В последние годы одной из основных проблем в области радиологии стала безопасность противопоказательных агентов на основе гадолиния (ГБЦА), используемых в МРТ. Помимо риска возникновения нефрогенного системного фиброза (НФ) у пациентов с острыми почечными повреждениями или стадией 4 или 5 хроническое заболевание почек (CKD) [ 20 ], недавние исследования свидетельствуют об осаждении гадолиния в мозгу в результате множественных контрастных МРТ мозга [ 21 - 24 ]. Пациенты с MS на протяжении всей своей жизни, по всей вероятности, подвергаются повторному снимку с контрастной силой MR для наблюдения за состоянием и активностью заболеваний; таким образом, они подвергаются более высокому риску кумулятивного осаждения гадолиния в связи с относительно ранним началом заболевания. Кроме того, экономические издержки, связанные с ГБКА, персонал, необходимый для ее проведения, увеличение времени сканирования и дискомфорт, испытываемый пациентами в результате внутривенных инъекций, все это способствует необходимости сведения к минимуму количества ГБКА, которое получают пациенты с синдромом MS. В последние годы синтетическая МРТ получила поддержку в различных видах нейроимации. [ 25 , 26 ]. По сравнению с традиционным МРТ, синтетический МРТ опирается на одновременное приобретение изображений Т1, Т2 и плотности протонов (PD), что приводит к сокращению времени сканирования и более полной информации, чем традиционные методы приобретения. Кроме того, количественные данные могут считаться независимыми от используемого типа сканирования или протокола съемки [ 27 ]. Примечательным преимуществом количественных изображений MR (qMRI) является их способность составлять пространственные карты, в которых каждая вокселя соответствует количественной величине, отражающей физические свойства изученных тканей, такие, как доля бесплатной воды, миелиция или содержание железа. Эти свойства представлены в таких количественных картах, как R1 (Взаимная от T1), R2 (Взаимная от T2), R2* (Взаимная от T2*) и количественное картирование уязвимости (QSM) [ 28 , 29 ].Хотя традиционное снимок MR играет важную роль в диагностике и мониторинге лечения MS, оно дает ограниченную информацию о патофизиологии повреждения тканей, поскольку традиционные последовательности не позволяют обнаружить тонкие изменения в белой материи (WM) и серой материи (GM). Количественная съемка MR (qMRI) устраняет эти пробелы, выявляя микроструктурные изменения в мозге с большой чувствительностью и устойчивостью к межсканерной и межнаблюдательной изменчивости.Кроме того, в силу своей независимости от внешнего влияния qMRI может давать представление, повышающее диагностическую точность множественных склерозов и лежащую в их основе патологию. qMRI может также служить в качестве стабильного и последовательного инструмента для контроля за развитием заболеваний, поскольку на протяжении десятилетий может потребоваться регулярное сканирование микроорганизмов. Снимки, взвешенные по диффузии (DWI), которые показывают мобильность молекул воды в тканях, могут служить в качестве маркера активности и прогрессирования болезней MS. [ 4 ]. Разбивка миелина может быть прогнозирована с использованием карт коэффициента видимой диффузии (ДДЦ) - количественного измерения, полученного на основе DWI [ 30 ]. В ходе как активной, так и хронической фаз MS средние значения повреждений ADC могут меняться в зависимости от вида присутствующего отека [ 31 ]. Количественная оценка современных диагностических изображений приобретает все более важное значение, особенно в эпоху искусственного интеллекта (АИ), когда точные, поддающиеся измерению данные могут значительно улучшить прогнозирование, диагностику и индивидуализированное лечение заболеваний. Количественная съемка преобразует медицинские сканирование в богатые наборы данных с конкретными параметрами, такими, как объем тканей, плотность, текстура и функциональные параметры. Эти точки данных позволяют врачам и алгоритмам АИ выявлять тонкие изменения, которые могут быть упущены из виду с помощью традиционных качественных оценок, облегчающих раннее и более точное обнаружение таких заболеваний, как рак, сердечно-сосудистые заболевания и нейродегенеративные расстройства. [ 32 - 34 ]

Цель настоящего исследования состоит в том, чтобы использовать последние методы МРТ, основанные на синтетических МРТ, для изучения видимости извлекаемых параметров МРТ, таких, как релаксационные свойства и плотность протонов, и объединить их с ДВИ, с тем чтобы устранить потребность в внутривенных противопоставных агентах при оценке активности MS-заболевания. Такой подход может также принести пользу пациентам с плохой почечной функцией или с аллергией на гадолиний, поскольку он позволяет избежать использования противопоказательных агентов на основе гадолиния. Это исследование проводилось в соответствии с принципами Хельсинкской декларации. Комитет по вопросам этики Университета им. Кинга Сауда дал согласие на создание институциональной комиссии по обзору состояния здоровья (см. Нет. 16/0427/IRB). Forty-two пациентов с множественным склерозом (МС), отвечающих диагностическим критериям McDonald [ 35 ] (В тыс.16 мужчины и мужчины 26 (женщины) 20 в адрес 45 лет (средний возраст = 29) были сканированы в рамках их обычного протокола сканирования МРТ в кафедре радиологии больницы Университета им. короля Халида в Эр-Рияде, Саудовская Аравия. Таблица 1 :: содержит подробную информацию о демографических характеристиках пациентов. GE Оптима MR 450w GEM 1.5 Сканирующее устройство T (GE Health Services, Milwaokee, WI) использовалось в стандартном формате " Голова/шея " 20 Канал RF Coil. Последовательность MAGnetic резонансного снимка (MAGiC), которая представляет собой осуществление синтаксической обработки снимков MRI, была добавлена в обычный протокол MS нашего учреждения для автоматического составления количественных карт T1, T2 и PD. Наш протокол MS включает в себя аксиальный T2, диффузионный взвешенный (DW), сагиттальный 3D T1 до и после контраста и аксиальный T1 послеконтраст. Последовательность MAGiC была приобретена в осевой плоскости до столкновения со следующими параметрами: поле обзора: 240 × 240 мм 2 , толщиной кусочков/отрезком 4.5/0.5 мм, матрица изображения 320 × 224TE/TR 4500/26 Ms, TI 12.3 ms и эхопротяженность поезда 12. В случае осевого DW параметры были аналогичны параметрам, используемым в последовательности MAGiC, за исключением TE/TR. 5500/77, матрица изображений 128 × 128, и b-значения 0/1000. Для контрастной аксиальной последовательности T1 SE параметры также были схожи с параметрами последовательности MAGiC, за исключением TE/TR 400/10 и матрица 320 × 192. После завершения приобретения последовательности, предшествовавшей сговору, последовательность MAGiC была приобретена с приблизительное время: six минут. Пациентам было дано указание не двигать головой, а противопоказатель " Дотарем " (gadeterate meglumin, Guerbet, Roissy CdG, France) был внутривенно введён в качестве бульса.0.2 mL/кг веса тела). По крайней мере, были получены снимки T1 после столкновения 10 через несколько минут после впрыска контраста. Сканирующее устройство было спроектировано таким образом, чтобы автоматически генерировать T1, T2, PD, R1 (=1/T1), и R2 (==1/T2) количественные карты по завершении последовательности MAGiC. Затем карты были переведены в AW ThumShare 7 (GE Health Care) диагностическая станция, где такие внутренние параметры, как R1, R2 и значения PD, соотносятся с значением повреждения ADC. Параметры были также рассчитаны на основе обычного белого вещества (NAWM) в противостороннем полушарии. Этот подход был принят во избежание расхождений, вызванных местоположением повреждений в белом веществе мозга, что может повлиять на точность параметров, а также для смягчения воздействия старения пациента на количественные параметры МРТ. [ 35 ]. Циркулярный район, представляющий интерес (ROI), был вручную помещен в центр поражения MS, включая усилительную часть, если она была видимой после столкновения. ЦРУ было расположено слегка в пределах визуального внешнего обода повреждения, с тем чтобы предотвратить частичный эффект по объему от окружающих тканей. Размер РОУ варьировался в зависимости от размера повреждения, а средний размер РОУ варьировался от 5 в адрес 20 мм 2 . Рисунок. 1 ) иллюстрирует размещение РОУ на отдельных изображениях пациентов с НР. Повреждения MS были обнаружены в различных местах мозга, в том числе в перивентральной белой материи, в сикстакортической области и в инфантеторной области. Изображение было показано бок о бок опытным нейрорадиологам по каждому пациенту, а повреждения MS были определены как усиливающие или не усиливающие посредством визуальной оценки. Все усиливающие повреждения были зарегистрированы, и информация была получена из соответствующих изображений. Для того чтобы избежать разногласий или подозрений, из общего подсчета были исключены повреждения, похожие на кольцо или немного усиливающие его повреждения. В случае неподкрепляющих повреждений были отобраны повреждения, полученные в различных местах расположения мозга, и информация была получена из соответствующих изображений. С помощью жесткой регистрации на рабочих станциях AW диффузионные и постконтактные изображения были зарегистрированы на синтетические инверсионные снимки с жидкостью (FLAIR), T2, фазово-чувствительные и параметрические картографические изображения, полученные в результате последовательности MAGiC. Такая регистрация позволяла точно картировать ROI в постконтактных изображениях с их соответствующими значениями на других изображениях, как показано на рисунке (2а и b).После расчета средних значений для внутренних параметров и значений ADC для каждого РОУ полученные результаты были сопоставлены с использованием смешанной линейной модели. Количественные измерения усиления повреждений и неусиливающих повреждений по сравнению с обычными белыми веществами (NAWM) были проанализированы статистически, и были рассчитаны чувствительность и специфичность. Анализ кривой эксплуатационных характеристик (ROC) получателя на основе результатов логистической регрессии был проведен на основе данных для оценки оптимальных значений чувствительности и конкретности four параметры: T1, T2, PD и ADC. Было сообщено о соответствующей площади под кривой ROC (AUC). Все статистические анализы проводились с использованием Microsoft Excel 2019. ИТОГИ two hundred и thirty Обнаружены повреждения MS, из которых только seventy-two Улучшали постконтраст. В это число не были включены личинки, имеющие слабое улучшение или имеющие только кольцо. Данные из соответствующего обычного белого вещества (NAWM) в противостороннем полушарии были собраны из изображений пациента, полученных с помощью МРТ. Эти повреждения были получены от forty-two Люди. Seventy-two :: регионы, представляющие интерес (РОУ), были привлечены к расширению случаев поражения MS; и one hundred fifty-eight РОУ были нарисованы при неусиливающихся поражениях MS. Дополнительный two hundred и thirty РОУ были нарисованы в соответствующем NAWM в противостороннем полушарии, что соответствует местонахождению и размеру соответствующих повреждений MS. Рисунок. 1 ) показывает размещение РОУ на выбранных снимках пациентов MS. Результаты, приведенные в таблице 2 продемонстрировать, что среднее значение R1 неусиливающихся повреждений MS (0.694 s -1 , T1 = 1440 ms) значительно ниже, чем степень усиления повреждений (см.1.015 s -1 , T1 = 985 ms) и ткани NAWM1.514 s -1 , T1 = 660 ms. Что касается значений R2, то неусиленные повреждения имеют более низкие средние значения R2 (см.6.816 s -1 , T2 = 146 ms) в сравнении с усилением повреждений MS (см.8.944 s -1 , T2 = 112 ms) и NAWM (NAWM)1.916 s -1 , T2 = 522 ms. Для PD неусиливающиеся повреждения MS имеют более высокие средние значения PD (93.069%) в сравнении с усилением повреждений MS (82.260%) и NAWM (NAWM)67.191%). Что касается ADC, то средние значения неулучшающихся поражений MS имеют более высокие значения ADC (см.1216.60 × 10 -6 мм 2 /s) по сравнению с усилением повреждений MS (повреждения MS)1016.66 × 10 -6 мм 2 /s) и NAWM (NAWM)770.51 × 10 -6 мм 2 /с). При сопоставлении средних соотношений увеличения и неусиления повреждений NAWM в противостороннем полушарии средние соотношения R1 и R2 свидетельствуют о более высоких значениях для увеличения поражения MS по сравнению с неусиливающимися повреждениями MS. Для R1 соотношение составляло 0.640 для усиления повреждений по сравнению с 0.475 в случае неусиливающих повреждений. В случае R2 среднее соотношение для усиления поражения MS было следующим: 0.745 по сравнению с 0.577 за неусиливающие повреждения MS. В случае PD среднее соотношение свидетельствует о более высоких значениях для невоздействующих повреждений MS (см.1.373) по сравнению с 1.267 для усиления поражения MS. Что касается ADC, то среднее соотношение свидетельствует о более высоких значениях для неусиленных поражений MS (см.1.561) по сравнению с 1.367 для усиления поражения MS. Анализ кривой эксплуатационных характеристик (ROC) получателя на основе результатов логистической регрессии был проведен на основе данных для оценки оптимальных значений чувствительности и конкретности four параметры: T1, T2, PD и ADC, как показано на рисунке (см. 3 ). На рисунке показаны распределение средних R1, среднего R2, среднего PD и среднего значения ADC для усиления и неусиления повреждений. 4 ). Как видно из рисунка. 4 ), большинство усиливающих поражение MS имеют значения R1 между 0.9 s -1 и 1.2 s -1 ниже 0.8 s -1 , редко можно наблюдать усиливающееся повреждение. Для R2 большинство усиливающих повреждений имеют более высокие значения, превышающие 8.5 s -1 ; маловероятно, что усилятся повреждения при значениях R2 ниже 7.5 s -1 . Для PD большинство усиливающихся повреждений имеют низкие значения PD в диапазоне от 75% в адрес 90%, в то время как неусиливающие повреждения, как правило, имеют более высокие значения PD, 90%. С другой стороны, ADC, как правило, демонстрирует более низкие значения для усиления повреждений (см.900 - 1200 × 10 -6 мм 2 /s) по сравнению с неусиливающими повреждениями, когда значения ADC, как правило, выше (более чем 1300 × 10 -6 мм 2 /с). Таблица 2 представляет чувствительность и специфичность набора пороговых значений f для R1, R2, PD и ADC для улучшения, неусиления и NAWM тканей. Для R1 наилучшее предельное значение было 0.82 s -1 , с чувствительностью и спецификой 90.28% и 94.94%, соответственно. Для R2 наилучшее предельное значение было: 8 s -1 , с чувствительностью и спецификой 84.72% и 91.77%, соответственно. Для PD наилучшее предельное значение было 88%, с чувствительностью и спецификой 83.33% и 82.28%, соответственно. Для ADC наилучшее предельное значение было 1120 × 10 -6 мм 2 С чувствительностью и специфичностью 80.56% и 64.55%(Таблица) 3 ). Количественная МРТ для обсуждения готова играть трансформационную роль в будущем диагностической съемки, предлагая точные, воспроизводимые измерения, выходящие за рамки качественных оценок, типичных для обычных МРТ. В результате этого количественный МРТ открывает большие перспективы для повышения диагностической точности, мониторинга прогрессии заболеваний и индивидуализации лечения различных неврологических и системных заболеваний. В таких заболеваниях, как множественный склероз (MS), болезнь Альцгеймера, [ 34 ] и некоторые раковые заболевания, количественная МРТ может выявить ранние патологические изменения еще до появления клинических симптомов, что позволяет принимать более ранние меры. [ 36 ]

Из-за патологической неоднородности повреждений MS традиционные методы MR без помощи противопоказательных агентов не являются специфическими для диагностического обследования пациентов MS. Таким образом, альтернативные методы MR, такие, как количественный анализ времени релаксации PD, T1 и T2 [ 37 ], коэффициент передачи магнитных данных [ 38 ], коэффициент видимой диффузии (ADC) [ 39 ], диффузионная снимок топоров [ 40 ], количественное картирование уязвимости (QSM) [ 29 ] и MR-спектроскопия была предложена для характеристики повреждений у пациентов с синдромом MS [ 41 ]. В этом исследовании мы стремились использовать количественный МРТ для оценки видимости использования параметров, присущих ткани, таких, как T1, T2, PD и ADC, для проведения различия между активными и неактивными повреждениями MS без необходимости внутривенных противопоказательных агентов MRI. Помимо стандартных методов взвешивания изображений МРТ, таких как T1, T2, PD, FLAIR и двойное восстановление инверсии (DIR), синтетическая МРТ дает количественные карты параметров тканей, таких как R1, R2 и PD, которые мы использовали для количественной оценки нормальных и заболевших тканей. После разрушения кровеносного барьера и инфильтрации иммунных клеток при ранних активных повреждениях, провокационная активность прорастает из ягод, что ведет к постепенному обезвоживанию и аксональной потере с центробежным распространением. Эти процессы сопровождаются схемами улучшения, наблюдаемыми после доставки гадолиния на магнитоскопию MR [ 42 , 43 ]. По мере того, как воспаление происходит из-за распада миелина и отёка, клеточные инфильтрации увеличиваются, что приводит к снижению значений R1 и R2, а также к увеличению значений PD в пределах повреждений по сравнению с обычным белым веществом (NAWM) [ 44 - 46 ]. Наши результаты свидетельствуют о том, что, хотя как усиливающиеся, так и неусиливающие поражения MS свидетельствуют о значительном снижении значений R1 и R2, неусиливающиеся повреждения MS значительно ниже значений R1 и R2 по сравнению с усилением поражения MS. С другой стороны, в случае PD, хотя как усиливающиеся, так и не усиливающие поражения MS свидетельствуют о значительном увеличении значений PD, неусиливающиеся повреждения MS имеют значительно более высокие значения PD по сравнению с усилением поражения MS. Этот вывод согласуется с результатами других исследований [ 47 - 49 ]. Транфа и др. описали стадии развития повреждений MS и структуру усиления от ранних активных повреждений, характеризующихся типичной схемой нокулярного улучшения, в результате поздних активных повреждений с периферической структурой улучшения, до в конечном счете хронической неактивной стадии, характеризующейся отсутствием улучшения гадолиния [ 43 ]. Для ADC ситуация более сложная и зависит от возраста поражения MS, о котором мы не учли в нашем исследовании. [ 47 , 48 ]. В результате повреждения тканей наблюдаются изменения в дисперсии воды, и поэтому для количественной оценки повреждений тканей можно использовать изображения с диффузией (DWI). [ 30 ]. До появления утечки из мозга и поражения MS карты DWI и ADC могут содержать изменения. При сканировании MS MRI DWI добавляется в стандартные последовательности MRI для оценки серьезности MS и его распространения на NAWM [ 49 ]. На ранних стадиях острых повреждений отмечается ограниченный АДК, однако впоследствии эти значения нормализуются или увеличиваются. Считается, что ограничение развивается до того, как контрастное усиление повреждений станет заметным и нормализуется задолго до того, как усиление исчезнет [ 50 ]. Микроскопические травмы также наблюдаются в НУПЖ, а не только при видимых повреждениях [ 49 , 50 ]. Согласно данным Werring et al., значения ADC для NAWM, существовавшие до лисьона, возрастают приблизительно six За несколько месяцев до появления повреждений, усиливающих контраст, в то время как значения АРЦ для противостороннего NAWM остаются неизменными [ 51 ]. Наши результаты свидетельствуют о явном согласии с предыдущими исследованиями, в ходе которых сообщалось о значительном увеличении значений хронических повреждений АДК по сравнению с НАЖМ. [ 30 , 31 ]. В отличие от выводов Terzi et al., которые свидетельствуют об отсутствии существенной разницы между значениями ADC активных и хронических повреждений [ 11 ], наше исследование показало, что неусиливающиеся повреждения MS свидетельствуют о значительном увеличении значений ADC по сравнению с усилением повреждений. Это может отчасти объясняться тем, что мы не рассматривали возраст поражения MS, поскольку другие исследования показывают, что возраст поражения может влиять на значения ADC. Было отмечено, что старые повреждения, не свидетельствующие о повышении эффективности управления после столкновения, имеют очень высокие значения для АРЦ (больше, чем 1300 × 10 -6 мм 2 /s), что может объяснять общее высокое значение ADC неусиливающихся повреждений MS.В целом данное исследование демонстрирует потенциал количественных показателей МРТ, включая Т1, Т2, PD и ADC, в качестве инструментов, дополняющих традиционные контрастно укрепленные изображения для проведения различия между активными и неактивными повреждениями MS. Наши выводы свидетельствуют о том, что неусиливающиеся повреждения MS демонстрируют значительно более низкие значения R1 и R2 и более высокие значения PD по сравнению с усиливающимися повреждениями, что отражает изменения, связанные с хроническими повреждениями тканей. Это согласуется с наблюдаемой прогрессией повреждений MS, когда воспламенительная активность и изменения тканей приводят к колебаниям времени расслабления MRI. Кроме того, хотя значения ADC свидетельствуют об увеличении числа хронических повреждений, различие между активными и неактивными повреждениями может быть затруднено в зависимости от возраста поражения, поскольку значения ADC колеблются в зависимости от стадии развития. Способность характеризовать повреждения MS с помощью количественных показателей, не полагаясь исключительно на противопоказательные агенты на основе гадолиния, открывает перспективы для повышения безопасности и доступности диагностических изображений MS. Благодаря количественной оценке параметров, присущих ткани, с помощью синтетического МРТ врачи могут получить дополнительную информацию о патологии повреждений и прогрессии заболеваний, снижая при этом потребность в противопоказательном управлении. В ходе дальнейших исследований следует изучить потенциал количественных параметров МРТ для отслеживания возраста повреждений и оценки субклинических изменений в обычных белых веществах. В конечном счете, эти достижения могли бы улучшить наше понимание патологии MS, усовершенствовать диагностические протоколы и создать новые возможности для мониторинга заболеваний и терапевтического реагирования у пациентов. Это исследование имеет ряд ограничений. Во-первых, поскольку размер нашей выборки меньше, это может ограничить статистическое значение и сферу охвата наших выводов. В нынешнем исследовании мы стремились дать предварительное представление о нашей гипотезе, и мы считаем, что увеличение размера выборки в ходе последующей работы укрепит обоснованность наших выводов. Во-вторых, мы не рассматривали активность и возраст поражения MS или когда пациент начал испытывать острый приступ MS. Мы признаем, что эти переменные могут влиять на количественные параметры МРТ. Хотя наше нынешнее исследование сосредоточено на повреждениях после разрушения, мы считаем, что включение этих переменных в будущие анализы могло бы дать более глубокое представление о том, как они влияют на значения R1, R2, PD и ADC, мы также считаем, что исключение некоторых кольцевых и малоусиливающихся повреждений может повлиять на надежность наших результатов, с тем чтобы в будущем исследовании можно было бы использовать количественную оценку дополнительных характеристик. В-третьих, ограничение использования лишь одной опоры на поле может ограничить возможность обобщения наших выводов в отношении различных сильных сторон на поле МРТ. Будущие исследования с использованием многочисленных преимуществ на местах могли бы дать более всеобъемлющую оценку надежности наших выводов и обеспечить более широкую применимость в различных системах МРТ. Наконец, отсутствие гистопатологической проверки может ограничить нашу способность подтвердить результаты съемки на клеточном или молекулярном уровне, что имеет решающее значение для всеобъемлющего понимания патологии повреждений.
Читать найденный полный текст

https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International Public License (CC-BY 4.0), a copy of which is available at: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ . This license permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original author and source are credited.

INTRODUCTION

Multiple sclerosis (MS) is one of the most common disabling central nervous system diseases affecting young adults. Although it is more prevalent among young individuals, particularly women and those living in northern latitudes, MS can affect people of any age and gender. It is a chronic inflammatory and degenerative disease of the central nervous system, characterized by multifocal demyelination resulting from an autoimmune response to self-antigens in genetically susceptible individuals [ 1 ].

Symptoms of MS can vary among patients and may include visual, motor, sensory, and cognitive impairments, leading to significant disability. The severity of the pathological process differs according to the stage and type of MS, including the location and progression of lesions.

Magnetic resonance imaging (MRI) is an essential tool for diagnosing and monitoring multiple sclerosis. Numerous MRI techniques have been developed to improve the sensitivity of disease detection, including T1, T2, T2*, diffusion imaging, spectroscopy, susceptibility-weighted imaging, and magnetization transfer imaging [ 2 - 5 ]. However, MR features are only moderately correlated with disability [ 6 , 7 ]. Studies have reported poor to moderate correlations between disability and radiological features such as white matter lesion load [ 8 , 9 ].

In multiple sclerosis, many parameters have been investigated as potential quantitative measurements. One parameter that has been intensively studied in recent years is myelin water content [ 10 - 12 ]. Other studies have demonstrated relationships between various MR parameters, such as relaxation times, total water content, magnetization exchange properties among different proton pools, and disease activity [ 11 , 13 , 14 ]. Several studies have reported differences in quantitative MR parameters between MS subjects and healthy controls [ 4 , 15 ].

In addition to diffuse white matter changes and atrophy, which are predictors of disability and short-term disease progression in MS [ 16 ], contrast-enhanced MRI is a well-established method for assessing disease status and activity [ 17 ]. Contrast-enhanced lesions indicate a breakdown of the blood-brain barrier and an inflammatory response, known to occur in acutely demyelinating lesions [ 18 , 19 ].

The safety of gadolinium-based contrast agents (GBCAs) used in MRI has become a major concern in radiology in recent years. In addition to the risk of developing nephrogenic systemic fibrosis (NSF) in patients with acute kidney injury or stage 4 or 5 chronic kidney disease (CKD) [ 20 ], recent studies have provided evidence of gadolinium deposition in the brain following multiple contrast-enhanced brain MRIs [ 21 - 24 ]. Patients with MS are likely to undergo repeated contrast-enhanced MR imaging throughout their lives to monitor disease status and activity; therefore, they are at a higher risk for cumulative gadolinium deposition due to the relatively early onset of the disease. Furthermore, the economic costs associated with GBCA, the staff required to administer it, the increased scanning time, and the discomfort experienced by patients due to intravenous injections all contribute to the need to minimize the amount of GBCA that MS patients receive.

In recent years, synthetic MRI has gained traction in various neuroimaging applications [ 25 , 26 ]. Compared to traditional MRI, synthetic MRI relies on the simultaneous acquisition of T1, T2, and proton density (PD) images, resulting in shorter scan times and more comprehensive information than traditional acquisition methods. Additionally, quantitative data can be considered independent of the scanner type or imaging protocol used [ 27 ]. The notable benefit of quantitative MR imaging (qMRI) is its ability to generate spatial maps where each voxel corresponds to a quantitative value that reflects the physical properties of the studied tissues, such as free water proportion, myelination, or iron content. These properties are represented in quantitative maps such as R1 (the reciprocal of T1), R2 (the reciprocal of T2), R2* (the reciprocal of T2*), and quantitative susceptibility mapping (QSM) [ 28 , 29 ].

While conventional MR imaging plays an important role in diagnosing and monitoring therapy for MS, it provides limited information regarding the pathophysiology of tissue damage because traditional sequences are unable to detect subtle alterations in white matter (WM) and gray matter (GM). Quantitative MR imaging (qMRI) addresses these gaps, detecting microstructural changes in the brain with great sensitivity and robustness to inter-scanner and inter-observer variability.

Moreover, due to its independence from external influences, qMRI may provide insights that improve the diagnostic accuracy of multiple sclerosis and its underlying pathology. qMRI can also serve as a stable and consistent follow-up tool for monitoring disease progression, as regular MR scans may be required over decades.

Diffusion-weighted imaging (DWI) which shows the mobility of water molecules in tissues can serve as a marker of MS disease activity and progression [ 4 ]. Myelin breakdown may be predicted using apparent diffusion coefficient (ADC) maps, a quantitative measurement derived from DWI [ 30 ]. During both active and chronic phases of MS, the mean ADC values of lesions may change depending on the type of edema present [ 31 ].

Quantification in modern diagnostic imaging is becoming increasingly essential, especially in the era of artificial intelligence (AI), where precise, measurable data can significantly enhance disease prediction, diagnosis, and personalized treatment. Quantitative imaging transforms medical scans into rich datasets with specific metrics, such as tissue volume, density, texture, and functional parameters. These data points enable clinicians and AI algorithms to identify subtle changes that might be overlooked through traditional qualitative assessments, facilitating earlier and more accurate detection of diseases like cancer, cardiovascular disease, and neurodegenerative disorders. [ 32 - 34 ]

The purpose of this study is to utilize recent MRI techniques based on synthetic MRI to investigate the visibility of extracted MRI parameters, such as relaxation properties and proton density, and to combine these with DWI to eliminate the need for intravenous contrast agents in assessing MS disease activity. This approach may also benefit patients with poor renal function or those allergic to gadolinium chelates, as it avoids the usage of gadolinium-based contrast agents.

MATERIALS AND METHODS

This study was conducted under the principles of the Declaration of Helsinki. Approval was granted by the Ethics Committee of King Saud University Medical City’s institutional review board (Ref. No. 16/0427/IRB). Forty-two patients with multiple sclerosis (MS) fulfilling the McDonald diagnostic criteria [ 35 ] (16 males and 26 females) aged 20 to 45 years (median age = 29) were scanned as part of their routine follow-up MRI scanning protocol at the Department of Radiology at King Khalid University Hospital in Riyadh, Saudi Arabia. Table 1 provides details of patient demographics.

A GE Optima MR 450w GEM 1.5 T (GE Healthcare, Milwaukee, WI) scanner was used with a standard Head/Neck 20 Channel RF Coil. The MAGnetic resonance image Compilation (MAGiC) sequence, which is an implementation of syntactic MRI image processing, was added to our institution's routine MS protocol to automatically generate quantitative maps of T1, T2, and PD. Our MS protocol includes axial T2, diffusion-weighted (DW), sagittal 3D T1 pre- and post-contrast, and axial T1 post-contrast sequences. The MAGiC sequence was acquired in the axial plane pre-contrast with the following parameters: a field of view of 240 × 240 mm 2 , a slice thickness/gap of 4.5/0.5 mm, an image matrix of 320 × 224, TE/TR of 4500/26 ms, TI of 12.3 ms, and an echo train length of 12. For axial DW, the parameters were similar to those used in the MAGiC sequence, except for TE/TR of 5500/77, an imaging matrix of 128 × 128, and b-values of 0/1000. For the contrast-enhanced axial T1 SE sequence, the parameters were also similar to those of the MAGiC sequence, except for TE/TR of 400/10 and a matrix of 320 × 192. After completing the acquisition of pre-contrast sequences, the MAGiC sequence was acquired with an approximate time of six minutes. Patients were then instructed not to move their heads, and a Dotarem® (gadoterate meglumine, Guerbet, Roissy CdG, France) contrast agent was injected intravenously as a bolus (0.2 mL/kg of body weight). T1 post-contrast images were acquired at least 10 minutes after contrast injection.

MR Image Post-processing

The scanner was configured to automatically generate T1, T2, PD, R1 (=1/T1), and R2 (=1/T2) quantitative maps upon completion of the MAGiC sequence acquisition. The maps were then transferred to the AW VolumeShare 7 (GE Healthcare) diagnostic station, where intrinsic parameters such as R1, R2, and PD values were correlated with the lesion’s ADC value. Parameters were also calculated from the normal-appearing white matter (NAWM) in the contralateral hemisphere. This approach was taken to avoid discrepancies caused by the locations of lesions within the brain's white matter, which could affect the accuracy of the parameters, as well as to mitigate the impact of patient aging on the quantitative MRI parameters [ 35 ].

A circular region of interest (ROI) was manually placed in the center of the MS lesion, including the enhancing portion if it was visible post-contrast. The ROI was positioned slightly within the visual outer rim of the lesion to prevent partial volume effects from surrounding tissue. The ROI size varied based on the lesion size, with the average ROI size ranging from 5 to 20 mm 2 . Fig. ( 1 ) illustrates the placement of the ROIs on selected images of MS patients.

MS lesions were collected from various locations in the brain, including the periventricular white matter, juxtacortical region, and infratentorial region. Images were shown side by side to experienced neuroradiologists for each patient, and MS lesions were identified as enhancing or non-enhancing through visual assessment. All enhancing lesions were recorded, and information was extracted from the corresponding images. Ring-like or faintly enhancing lesions were excluded from the total count to avoid controversy or suspicion. For non-enhancing lesions, lesions from different brain locations were selected, and information was extracted from the corresponding images. Using rigid registration in the AW workstation, diffusion and post-contrast images were registered to synthetic fluid-attenuated inversion recovery (FLAIR), T2, phase-sensitive, and parametric map images generated by the MAGiC sequence. This registration allowed for the accurate mapping of ROIs in the post-contrast images to their corresponding values in the other images, as shown in Fig. ( 2a and b ).

Data Analysis and Statistics

Following the calculation of mean values for intrinsic parameters and ADC values for each ROI, the resulting means were compared using a mixed linear model. Quantitative measurements of enhancing lesions and non-enhancing lesions versus normal-appearing white matter (NAWM) were statistically analyzed, and the sensitivity and specificity were calculated. Receiver operating characteristic (ROC) curve analysis based on logistic regression was performed on the data to assess the optimal sensitivity and specificity cutoff values for the four parameters: T1, T2, PD, and ADC. The corresponding area under the ROC curve (AUC) was reported. All statistical analyses were conducted using Microsoft Excel 2019.

RESULTS

A total of two hundred and thirty MS lesions were detected, of which only seventy-two were enhancing post-contrast. Lesions with faint enhancement or those showing only ring enhancement were not included in this count. Data from the corresponding normal-appearing white matter (NAWM) in the contralateral hemisphere were collected from the patient's MRI images. These lesions were obtained from forty-two individuals. Seventy-two regions of interest (ROIs) were drawn in enhancing MS lesions, and one hundred fifty-eight ROIs were drawn in non-enhancing MS lesions. An additional two hundred and thirty ROIs were drawn in the corresponding NAWM in the contralateral hemisphere, matching the location and size of the corresponding MS lesions. Fig. ( 1 ) shows the placement of the ROIs on the selected images of MS patients.

The results shown in Table 2 demonstrate that the mean R1 value of non-enhancing MS lesions (0.694 s −1 , T1 = 1440 ms) is significantly lower than that of enhancing lesions (1.015 s −1 , T1 = 985 ms) and NAWM tissue (1.514 s −1 , T1 = 660 ms). Regarding R2 values, non-enhancing lesions have lower mean R2 values (6.816 s −1 , T2 = 146 ms) compared to enhancing MS lesions (8.944 s −1 , T2 = 112 ms) and NAWM (1.916 s −1 , T2 = 522 ms). For PD, non-enhancing MS lesions have higher mean PD values (93.069%) compared to enhancing MS lesions (82.260%) and NAWM (67.191%). As far as ADC is concerned, the mean values of non-enhancing MS lesions have higher ADC values (1216.60 × 10 −6 mm 2 /s) compared to enhancing MS lesions (1016.66 × 10 −6 mm 2 /s) and NAWM (770.51 × 10 −6 mm 2 /s).

When comparing the mean ratios of enhancing and non-enhancing lesions to the NAWM in the contralateral hemisphere, the mean R1 and R2 ratios show higher values for enhancing MS lesions compared with non-enhancing MS lesions. For R1, the ratio was 0.640 for enhancing lesions compared to 0.475 for non-enhancing lesions. For R2, the mean ratio for enhancing MS lesions was 0.745 compared to 0.577 for non-enhancing MS lesions. For PD, the mean ratio shows higher values for non-enhancing MS lesions (1.373) compared to 1.267 for enhancing MS lesions. Regarding ADC, the mean ratio shows higher values for non-enhancing MS lesions (1.561) compared to 1.367 for enhancing MS lesions.

Receiver operating characteristic (ROC) curve analysis based on logistic regression was performed on the data to assess the optimal sensitivity and specificity cutoff values for the four parameters: T1, T2, PD, and ADC, as shown in Fig. ( 3 ). The distributions of mean R1, mean R2, mean PD and mean ADC for enhancing and non-enhancing lesions are shown in Fig. ( 4 ). As can be seen from Fig. ( 4 ), most enhancing MS lesions have R1 values between 0.9 s −1 and 1.2 s −1 ; below 0.8 s −1 , it is rare to observe an enhancing lesion. For R2, most enhancing lesions show higher values, exceeding 8.5 s −1 ; it is unlikely to find enhancing lesions with R2 values below 7.5 s −1 . For PD, most enhancing lesions exhibit low PD values ranging from 75% to 90%, while non-enhancing lesions tend to have higher PD values exceeding 90%. On the other hand, ADC generally shows lower values for enhancing lesions (900 - 1200 × 10 −6 mm 2 /s) compared to non-enhancing lesions, where ADC values tend to be higher (more than 1300 × 10 −6 mm 2 /s). Table 2 presents the sensitivity and specificity for a set of f threshold cutoff values for R1, R2, PD, and ADC for enhancing, non-enhancing, and NAWM tissues. For R1, the best cutoff value was 0.82 s −1 , with sensitivity and specificity of 90.28% and 94.94%, respectively. For R2, the best cutoff value was 8 s −1 , with sensitivity and specificity of 84.72% and 91.77%, respectively. For PD, the best cutoff value was 88%, with sensitivity and specificity of 83.33% and 82.28%, respectively. For ADC, the best cutoff value was 1120 × 10 −6 mm 2 /s, with sensitivity and specificity of 80.56% and 64.55%, respectively (Table 3 ).

DISCUSSION

Quantitative MRI is poised to play a transformative role in the future of diagnostic imaging, offering precise, reproducible measurements that extend beyond the qualitative assessments typical of conventional MRI. As a result, quantitative MRI holds great promise for improving diagnostic accuracy, monitoring disease progression, and personalizing treatment for various neurological and systemic conditions. In diseases such as multiple sclerosis (MS), Alzheimer’s disease, [ 34 ] and certain cancers, quantitative MRI can reveal early pathological changes even before clinical symptoms manifest, allowing for earlier intervention. [ 36 ]

Due to the pathological heterogeneity of MS lesions, conventional MR methods without the aid of MR contrast agents are not specific to the diagnostic workup of MS patients. Thus, alternative MR methods such as quantitative PD, T1, and T2 relaxation time analysis [ 37 ], magnetization transfer ratio [ 38 ], apparent diffusion coefficient (ADC) [ 39 ], diffusion tensor imaging [ 40 ], quantitative susceptibility mapping (QSM) [ 29 ] and MR spectroscopy has been proposed to characterize lesions in MS patients [ 41 ].

In this study, we aimed to utilize quantitative MRI to evaluate the visibility of using tissue intrinsic parameters such as T1, T2, PD, and ADC values to differentiate between active and inactive MS lesions without the need for intravenous MRI contrast agents. In addition to standard MRI image weighting techniques such as T1, T2, PD, FLAIR, and double inversion recovery (DIR), synthetic MRI provides quantitative maps of tissue parameters like R1, R2, and PD, which we used to quantify normal and diseased tissues.

Following the disruption of the blood-brain barrier and immune cell infiltration in early active lesions, inflammatory activity blooms from venules, leading to progressive demyelination and axonal loss with a centrifugal spread. These processes are paralleled by the pattern of enhancement observed after gadolinium delivery on MR imaging [ 42 , 43 ]. As inflammation progresses due to myelin breakdown and edema, cellular infiltrates increase, resulting in decreased R1 and R2 values, and increased PD values within lesions compared to normal-appearing white matter (NAWM) [ 44 - 46 ].

Our results show that while both enhancing and non-enhancing MS lesions exhibit a significant decrease in R1 and R2 values, non-enhancing MS lesions have significantly lower R1 and R2 values compared with enhancing MS lesions. Conversely, for PD, while both enhancing and non-enhancing MS lesions show significant increases in PD values, non-enhancing MS lesions have significantly higher PD values compared to enhancing MS lesions. This finding is consistent with the results of other studies [ 47 - 49 ]. Tranfa et al . described the progression stages of MS lesions and the pattern of enhancement from early active lesions, characterized by a typical nodular enhancement pattern, through late active lesions with a peripheral pattern of enhancement, to eventually a chronic inactive stage characterized by the absence of gadolinium enhancement [ 43 ].

For ADC, the situation is more complex and depends on the age of the MS lesions, which we did not account for in our study [ 47 , 48 ]. Water diffusion changes in MS are observed as a consequence of tissue damage, and diffusion-weighted imaging (DWI) can therefore be used to quantitatively assess tissue damage [ 30 ]. Before blood-brain barrier leakage and MS lesions appear, the DWI and ADC maps may show alterations. In MS MRI scans, DWI is added to the standard MRI sequences to assess the severity of MS and its extension into NAWM [ 49 ]. A restricted ADC is noted in the early stages of acute lesions, but these values subsequently normalize or increase. Restriction is believed to develop before the lesions' contrast enhancement becomes observable and normalizes long before enhancement disappears [ 50 ]. Microscopic injuries are also seen in NAWM, not only in visible lesions [ 49 , 50 ]. According to Werring et al ., ADC values of pre-lesion NAWM rise approximately six months before contrast-enhancing lesions appear, while ADC values of contralateral NAWM remain unchanged [ 51 ]. Our results show plausible agreement with previous studies that reported a significant increase in ADC values of chronic lesions compared with NAWM [ 30 , 31 ]. Unlike the findings of Terzi et al ., which reported no significant difference between ADC values of active and chronic lesions [ 11 ], our study showed that non-enhancing MS lesions exhibit significantly increased ADC values compared to enhancing lesions. This may be partially explained by the fact that we did not consider the age of the MS lesions, as other studies indicate that lesion age can affect ADC values. It was observed that old lesions not showing enhancement post-contrast administration had very high ADC values (greater than 1300 × 10 −6 mm 2 /s), which may explain the overall high ADC values of non-enhancing MS lesions.

CONCLUSION

In summary, this study demonstrates the potential of quantitative MRI metrics, including T1, T2, PD, and ADC values, as adjunct tools to conventional contrast-enhanced imaging for differentiating between active and inactive MS lesions. Our findings indicate that non-enhancing MS lesions exhibit significantly lower R1 and R2 values and higher PD values compared with enhancing lesions, reflecting changes associated with chronic tissue damage. This aligns with the observed progression of MS lesions, where inflammatory activity and tissue changes lead to variations in MRI relaxation times. Additionally, while ADC values showed an increase in chronic lesions, the differentiation between active and inactive lesions may be complicated by lesion age, as ADC values fluctuate with the lesion’s stage of progression.

The ability to characterize MS lesions with quantitative metrics without relying solely on gadolinium-based contrast agents holds promise for improving the safety and accessibility of MS diagnostic imaging. By quantifying intrinsic tissue parameters through synthetic MRI, clinicians can gain additional information about lesion pathology and disease progression while reducing the need for contrast administration. Further research should explore the potential for quantitative MRI metrics to track lesion age and assess subclinical changes in normal-appearing white matter. Ultimately, these advancements could enhance our understanding of MS pathology, refine diagnostic protocols, and provide new avenues for monitoring disease activity and therapeutic response in MS patients.

There are several limitations to this study. First, since our sample size is smaller, this may limit the statistical power and generalizability of our conclusions.. In the current study, we aimed to provide preliminary insights into our hypothesis, and we believe that expanding the sample size in subsequent work will strengthen the validity of our conclusions. Second, we did not consider the activity and age of the MS lesions or when the patient started experiencing an acute MS attack. We recognize that these variables can influence quantitative MRI parameters. While our current study focused on lesions post-contrast enhancement, we believe incorporating these variables in future analyses could provide a deeper understanding of how they affect R1, R2, PD, and ADC values, also we believe that the exclusion of certain ring-enhancing and faintly enhancing lesions may impact the robustness of our results so a future study could benefit from quantifying enhancement characteristics. Third, the limitation of using only a single field strength may restrict the generalizability of our findings across different MRI field strengths. Future studies using multiple field strengths could provide a more comprehensive evaluation of the robustness of our findings and ensure broader applicability across different MRI systems. Finally, the absence of histopathological validation may limit our ability to confirm the imaging findings at a cellular or molecular level, which is critical for a comprehensive understanding of lesion pathology.

Предметные рубрики MeSH

ИП Урсолов Владлен Сергеевич

ИНН 500118482352 · ОГРНИП 314500117700049

Реквизиты и контакты