Detailing intra-lesional venous lumen shrinking in multiple sclerosis investigated by sFLAIR MRI at 7-T

Abstract

Hintergrund: Bei der durch fokale Demyelinisierungszonen gekennzeichneten Multiplen Sklerose (MS) sind entzündliche vaskuläre Alterationen innerhalb von MS-Läsionen nachweisbar. Entsprechend kann die mit der Läsion assoziierte zentrale Vene betroffen sein. Die Hochfeld- und Ultrahochfeld- Magnetresonanztomographie (MRT) ermöglicht die Quantifizierung des Venendurchmessers. Es wurde postuliert, dass letzterer innerhalb von MS- Läsionen sichtbar verkleinert ist und dass diese Größenabnahme Folge einer Verdickung der geschädigten Venenwand und somit möglicherweise Ausdruck einer entzündlichen Aktivität ist. Die Ergebnisse früherer Studien könnten jedoch entscheidend durch technische Limitationen beeinflusst sein. Methoden: Es wurden die Durchmesser von prä-, post- und intraläsionalen Venenabschnitten der gleichen Vene bei 49 Patienten mit MS oder klinisch isoliertem Syndrom (KIS) mithilfe einer neuartigen, pixel-basierten quantitativen Analyse anhand hochaufgelöster Ultrahochfeld-MRT-Bilder bei einer Magnetfeldstärke von 7-Tesla (7T) bestimmt. Neben gewöhnlichen T2*-gewichteten Bildern verwendeten wir eine neuartige Sequenz ("suceptibility weighted fluid attenuated inversion recovery", sFLAIR), welche flüssigkeitsgesättigte T2-Bilder mit suszeptibilitätsgewichteten Aufnahmen ("suceptibility weighted imaging", SWI) kombiniert und hierdurch den Partialvolumeneffekt durch ein umliegendes Ödem reduziert. Ergebnisse. Trotz der Analyse von 338 Venenabschnitten konnten wir nur eine als eher physiologisch anzunehmende antidrome Verkleinerung des intraläsionalen Venendurchmessers gegen Flussrichtung, also bezogen auf postläsionale Venenabschnitte (T2*-gewichtet p= 0.036), feststellen. Weniger als 50% der Läsionen waren durch eine nicht signifikante prä- nach intraläsionale Größenabnahme gekennzeichnet (T2*- gewichtet p=0.325; sFLAIR p=0.258). Schlussfolgerung: Eine Verengung intraläsionaler Venen scheint, wenn überhaupt existent, im Gegensatz zu vorherigen Vermutungen bestenfalls nur eine Subgruppe von Läsionen zu betreffen. Anhand eines Vergleiches hochaufgelöster sFLAIR-Bilder mit histopathologischen Aufnahmen sollte im Rahmen zukünftiger Studien die Frage adressiert werden, ob diese Läsionssubgruppe durch eine erhöhte entzündliche Aktivität gekennzeichnet ist.

Background: Perivascular inflammation plays a key role in the pathogenesis of multiple sclerosis (MS). Hence, inflammatory characteristics like thickened vein walls have been described in MS. Such vessel transformation may cause visual effects on 3 Tesla (T) and 7T magnetic resonance imaging (MRI), most likely a reduction of intravascular lumen. Therefore intra-lesional venous lumen shrinking detectable by MRI was suggested as an in vivo marker of inflammation in multiple sclerosis (MS). Methods: In our study mean diameters of pre-, post- and intra-lesional venous sections were determined in 49 patients with MS or clinically isolated syndrome (CIS). We used a new developed pixel-wise analysis on susceptibility weighted fluid attenuated inversion recovery (sFLAIR) images and T2* weighted (T2*w) images at 7 T. By applying sFLAIR, a combination of SWI and TIRM sequences, we were able to reduce partial volume effects that might influence visual analysis. Results: We observed significant post-to-intra-lesional venous lumen shrinking only on T2*w images (p=0.036) in an analysis of 338 venous sections in total. Pre-to- intra-lesional venous lumen reduction was only detectable in less than 50% of lesions and failed statistical significance when analysing T2*w (p=0.325) and sFLAIR images (p=0.258). Conclusions: Thinning of intra-lesional veins in MS is – if detectable at all - probably less severe than previously reported, and affects only a minority of MS lesions. This raises the question which role perivascular inflammation, associated with reduction of intra-lesional venous diameter, plays in the process of disease pathogenesis and development within this special lesion group, and thus should be investigated by future comparison of high resolution sFLAIR MRI imaging and histopathological studies.