Anatomical characterization of transient global amnesia lesions using 7 Tesla Magnetic Resonance Imaging

Abstract

Mål: Formålet med denne studien er å karakterisere hippocampale lesjoner hos pasienter med transitorisk global amnesi (TGA). Ved bruk av T2-vektet 7 Tesla MR, skal vi analysere lesjonenes romlige fordeling, intensitet og volum.

Materiale og metoder: Dette er en observasjonsstudie av pasienter med TGA som en klinisk diagnose. Datasettet består av 21 pasienter hentet fra det norske 7T-MR-senteret. En manuell segmenteringsprotokoll ble anvendt for å delineere hippocampale subfelt, og TGA-lesjoner ble segmentert ved hjelp av lesjonsspesifikke terskler basert på intensiteten av tilstøtende hjernevev. Videre ble det gjort beregning av hver lesjons intensitetssentrum for å vurdere deres lokalisasjon langs en normalisert dyp til overflatisk akse.

Resultater: Vi identifiserte 31 TGA-lesjoner med en gjennomsnittsstørrelse på 3.96 mm3. Disse lesjonene var hovedsakelig lokalisert i Cornus Ammonis 1 (CA1)-området. Imidlertid ble det også identifisert et betydelig antall i tilstøtende subfelt og i grenseområdene mellom CA1 og tilgrensende subfelt. Analyser viste en signifikant positiv Pearson korrelasjon mellom størrelsen på lesjonene og deres intensitet (r=0.401, p < 0.05). Når det gjelder lokalisering langs den dype-overflatiske aksen, ble lesjonene i hovedsak funnet i det pyramidale laget, med en overvekt i dets dype del (spenn 0.20-0.75, gjennomsnitt=0.42, SD= ±0.15), sannsynligvis tilsvarende stratum profundum.

Konklusjon: I denne studien identifiserte og karakteriserte vi hippocampale lesjoner hos pasienter med TGA ved hjelp av T2-vektet og diffusjonsvektet avbildning (DWI). Manuell segmentering av hippocampale subfelt bekreftet CA1 som et sentralt område i sammenheng med TGA. Disse funnene bidrar til en mer nyansert forståelse av den romlige distribusjonen og egenskapene til TGA-lesjoner, og understreker den potensielle nytten av 7T-MRI for å forstå patofysiologien bak TGA.

Objective: The purpose of this study is to characterize hippocampal lesions in patients with transient global amnesia (TGA). By employing T2-weighted (T2W) 7 Tesla Magnetic Resonance Imaging (MRI), this study focuses on analyzing the lesions’ spatial distribution, intensity, and volume.

Material and methods: This is an observational study of patients diagnosed with TGA, using a dataset of 21 participants obtained from the Norwegian 7T-MR center. A state-of-the-art 7T MRI manual segmentation protocol was applied to delineate hippocampal subfields. TGA lesions were delineated using patient-specific thresholds based on adjacent brain tissue voxel intensity. This approach allowed for the binning of lesions by voxel intensity, and further calculation of each lesion’s center of intensity analysis to assess their distribution across a normalized deep to superficial axis.

Results: We found 31 TGA lesions with an average size of 3.96 mm3. These lesions were predominantly located in the Cornu Ammonis 1 (CA1) region. However, a considerable number were also identified in the adjacent subfields and at the junctions between CA1 and neighboring subfields. Analysis revealed a significant positive correlation between the size of the lesions and their intensity in (r=0.401, p < 0.05). Regarding the localization across the deep-superficial axis, lesions essentially localized in the pyramidal layer with a predominance in its deep portion (range 0.20-0.75, mean value=0.42, SD= ±0.15), likely corresponding to the stratum profundum.

Conclusion: In this study we successfully identified and characterized hippocampal lesions in patients diagnosed with TGA using T2W and diffusion-weighted imaging (DWI). Manual segmentation of hippocampal subfields confirmed CA1 as a pivotal region in the context of TGA. These findings contribute to a more nuanced understanding of the spatial distribution and characteristics of TGA lesions, emphasizing the potential utility of ultra-high MRI in understanding the pathophysiology of TGA.