Novel imaging phantom for accurate and robust measurement of brain atrophy rates using clinical MRI

Brain volume loss, or atrophy, has been proven to be an important characteristic of neurological diseases such as Alzheimer's disease and multiple sclerosis. To use atrophy rate as a reliable clinical biomarker and to increase statistical power in clinical treatment trials, measurement variability needs to be minimized. Among other sources, systematic differences between different MR scanners are suspected to contribute to this variability. In this study we developed and performed initial validation tests of an MR-compatible phantom and analysis software for robust and reliable evaluation of the brain volume loss. The phantom contained three inflatable models of brain structures, i.e. cerebral hemisphere, putamen, and caudate nucleus. Software to reliably quantify volumes form the phantom images was also developed. To validate the method, the phantom was imaged using 3D T1-weighted protocols at three clinical 3T MR scanners from different vendors. Calculated volume change from MRI was compared with the known applied volume change using ICC and mean absolute difference. As assessed by the ICC, the agreement between our developed software and the applied volume change for different structures ranged from 0.999-1 for hemisphere, 0.976-0.998 for putamen, and 0.985-0.999 for caudate nucleus. The mean absolute differences between measured and applied volume change were 109-332 μL for hemisphere, 2.9-11.9 μL for putamen, and 2.2-10.1 μL for caudate nucleus. This method offers a reliable and robust measurement of volume change using MR images and could potentially be used to standardize clinical measurement of atrophy rates

Comparison of 2D and 3D calculation of left ventricular torsion as circumferential-longitudinal shear angle using cardiovascular magnetic resonance tagging

<p>Abstract</p> <p>Purpose</p> <p>To compare left ventricular (LV) torsion represented as the circumferential-longitudinal (CL) shear angle between 2D and 3D quantification, using cardiovascular magnetic resonance (CMR).</p> <p>Methods</p> <p>CMR tagging was performed in six healthy volunteers. From this, LV torsion was calculated using a 2D and a 3D method. The cross-correlation between both methods was evaluated and comparisons were made using Bland-Altman analysis.</p> <p>Results</p> <p>The cross-correlation between the curves was <it>r</it>²= 0.97 ± 0.02. No significant time-delay was observed between the curves. Bland-Altman analysis revealed a significant positive linear relationship between the difference and the average value of both analysis methods, with the 2D results showing larger values than the 3D. The difference between both methods can be explained by the definition of the 2D method.</p> <p>Conclusion</p> <p>LV torsion represented as CL shear quantified by the 2D and 3D analysis methods are strongly related. Therefore, it is suggested to use the faster 2D method for torsion calculation.</p

Application of Machine Learning to Arterial Spin Labeling in Mild Cognitive Impairment and Alzheimer Disease

PURPOSE: To investigate whether multivariate pattern recognition analysis of arterial spin labeling (ASL) perfusion maps can be used for classification and single-subject prediction of patients with Alzheimer disease (AD) and mild cognitive impairment (MCI) and subjects with subjective cognitive decline (SCD) after using the W score method to remove confounding effects of sex and age. MATERIALS AND METHODS: Pseudocontinuous 3.0-T ASL images were acquired in 100 patients with probable AD; 60 patients with MCI, of whom 12 remained stable, 12 were converted to a diagnosis of AD, and 36 had no follow-up; 100 subjects with SCD; and 26 healthy control subjects. The AD, MCI, and SCD groups were divided into a sex- and age-matched training set (n = 130) and an independent prediction set (n = 130). Standardized perfusion scores adjusted for age and sex (W scores) were computed per voxel for each participant. Training of a support vector machine classifier was performed with diagnostic status and perfusion maps. Discrimination maps were extracted and used for single-subject classification in the prediction set. Prediction performance was assessed with receiver operating characteristic (ROC) analysis to generate an area under the ROC curve (AUC) and sensitivity and specificity distribution. RESULTS: Single-subject diagnosis in the prediction set by using the discrimination maps yielded excellent performance for AD versus SCD (AUC, 0.96; P .05). CONCLUSION: With automated methods, age- and sex-adjusted ASL perfusion maps can be used to classify and predict diagnosis of AD, conversion of MCI to AD, stable MCI, and SCD with good to excellent accuracy and AUC values

Design of the ExCersion-VCI study: The effect of aerobic exercise on cerebral perfusion in patients with vascular cognitive impairment

There is evidence for a beneficial effect of aerobic exercise on cognition, but underlying mechanisms are unclear. In this study, we test the hypothesis that aerobic exercise increases cerebral blood flow (CBF) in patients with vascular cognitive impairment (VCI). This study is a multicenter single-blind randomized controlled trial among 80 patients with VCI. Most important inclusion criteria are a diagnosis of VCI with Mini-Mental State Examination ≥22 and Clinical Dementia Rating ≤0.5. Participants are randomized into an aerobic exercise group or a control group. The aerobic exercise program aims to improve cardiorespiratory fitness and takes 14 weeks, with a frequency of three times a week. Participants are provided with a bicycle ergometer at home. The control group receives two information meetings. Primary outcome measure is change in CBF. We expect this study to provide insight into the potential mechanism by which aerobic exercise improves hemodynamic status

ExploreASL: An image processing pipeline for multi-center ASL perfusion MRI studies

Arterial spin labeling (ASL) has undergone significant development since its inception, with a focus on improving standardization and reproducibility of its acquisition and quantification. In a community-wide effort towards robust and reproducible clinical ASL image processing, we developed the software package ExploreASL, allowing standardized analyses across centers and scanners. The procedures used in ExploreASL capitalize on published image processing advancements and address the challenges of multi-center datasets with scanner-specific processing and artifact reduction to limit patient exclusion. ExploreASL is self-contained, written in MATLAB and based on Statistical Parameter Mapping (SPM) and runs on multiple operating systems. To facilitate collaboration and data-exchange, the toolbox follows several standards and recommendations for data structure, provenance, and best analysis practice. ExploreASL was iteratively refined and tested in the analysis of >10,000 ASL scans using different pulse-sequences in a variety of clinical populations, resulting in four processing modules: Import, Structural, ASL, and Population that perform tasks, respectively, for data curation, structural and ASL image processing and quality control, and finally preparing the results for statistical analyses on both single-subject and group level. We illustrate ExploreASL processing results from three cohorts: perinatally HIV-infected children, healthy adults, and elderly at risk for neurodegenerative disease. We show the reproducibility for each cohort when processed at different centers with different operating systems and MATLAB versions, and its effects on the quantification of gray matter cerebral blood flow. ExploreASL facilitates the standardization of image processing and quality control, allowing the pooling of cohorts which may increase statistical power and discover between-group perfusion differences. Ultimately, this workflow may advance ASL for wider adoption in clinical studies, trials, and practice

Generieke verdiepende RI&E MRI, voor werken met MRI: Een generieke risico-inventarisatie en -evaluatie voor werken met MRI in ziekenhuizen en Universitair Medische Centra in het kader van Arbowetgeving elektromagnetische velden

Dit rapport heeft als doel het opstellen van een generieke verdiepende risico-inventarisatie en -evaluatie (RI&E) van toepassingen van magnetic resonance imaging (MRI) ten behoeve van de volksgezondheid in algemene ziekenhuizen en universitair medische centra. Aanleiding voor deze RI&E is een wijziging van het arbeidsomstandighedenbesluit, een uitwerking van Europese richtlijn 2013/35/EG, in juli 2016. Voor de opzet van de RI&E is gekeken naar specifieke risico’s van werken met MRI, vergelijkbaar met de huidige arbocatalogus MRI van de NFU. Elektromagnetische velden (EMV) vormen de directe aanleiding voor deze RI&E. Teneinde de aanwezigheid van EMV bij toepassing van MRI toe te lichten, zijn de basisprincipes van MRI kort uitgelegd. Hieruit is ook de verdeling van EMV over de werkruimtes en de relatie van EMV tot de actieniveaus en grenswaarden bepaald. Voor de verschillende groepen werknemers die met MRI werken is, ten gevolge van grote inter-subject variatie, in globale termen een bepaling van het niveau van blootstelling aan EMV gemaakt, met een inschatting van frequentie en duur ervan. De (indirecte) effecten van EMV op de gezondheid zijn beschreven. Daarnaast zijn ook de risico’s van projectielwerking van ferromagnetische voorwerpen, geluid, werken met cryogene vloeistoffen en ethische risico’s benoemd. Voor al deze risico’s worden beheersmaatregelen beschreven, waarmee het gewenste beschermingsniveau voor medewerkers bereikt kan worden. Deze beheersmaatregelen worden gepresenteerd per risico en zijn geordend volgens de RI&E systematiek: afscherming van de bron, collectieve maatregelen, individuele maatregelen en persoonlijke bescherming. Voor kwetsbare werknemers, zijnde medewerkers met implantaten en zwangere medewerkers, worden specifieke beheersmaatregelen benoemd. Een voorbeeld hiervan is screening van medewerkers op contra-indicaties vóór betreding van de gecontroleerde zone. Een zwangere werknemer mag de gecontroleerde ruimte van een MRI scanner alleen betreden als er op dat moment niet gescand wordt, uitzonderingen op deze regel is mogelijk in overleg met de MR veiligheidsdeskundige. Dit beleid is gebaseerd op voorzorg, niet op bewezen schadelijkheid. Om als instelling rond MRI een veilige werksituatie te handhaven voor zowel medewerkers als patiënten is het van belang om te zorgen dat helder is wie verantwoordelijk is voor beleidsvorming en voor uitvoering ervan op de werkvloer, en dat lokaal expertise aanwezig is. Vanwege noodzakelijke gespecialiseerde kennis is het wenselijk om in lijn met het standpunt van de Europese federatie van organisaties van klinische fysica (EFOMP) hiertoe specifieke MR functionarissen te benoemen: een toezichthoudend medewerker MR veiligheid (MR safety officer) en een MR veiligheidsdeskundige (MR safety expert). Voor deze functionarissen worden taken beschreven en vereisten op gebied van kennis en opleiding benoemd. Door het aanstellen van deze functionarissen wordt de in de Arbowet vereiste toegang tot een deskundige die kan bijstaan bij het uitvoeren van de RI&E en het plan van aanpak gerealiseerd. Tenslotte is beschreven hoe de omstandigheden de overschrijding van grenswaarden uit het Arbobesluit EMV rechtvaardigen voor medewerkers bij de MRI. Hiervoor worden, voor de verschillende grenswaarden, de procedures benoemd waarbij er risico bestaat dat deze grenswaarden overschreden worden. Deze procedures komen af en toe voor, en vormen slechts een fractie van de MRI-gerelateerde werkzaamheden die medewerkers uitvoeren. Deze verdiepende RI&E laat zien dat overschrijdingen van de grenswaarden bij gebruik van MRI beperkt zijn en dat de risico’s voor medewerkers met de beschreven beheersmaatregelen zodanig zijn dat de werknemers bij gebruik van MRI goed beschermd zijn. Deze RI&E kan de basis vormen voor een beleidsdocument voor afdelingen, arbodiensten en medezeggenschapsraden van ziekenhuizen waar met MRI wordt gewerkt. Ook kan het de basis vormen voor een update van de huidige arbocatalogus MRI van de NFU en aanpassing van de arbocatalogus niet-ioniserende straling van de NVZ