Neuro-axonal injury is a key factor in the development of permanent disability in multiple sclerosis. Neurofilament light chain in peripheral blood has recently emerged as a biofluid marker reflecting neuro-axonal damage in this disease. We aimed at comparing serum neurofilament light chain levels in multiple sclerosis and healthy controls, to determine their association with measures of disease activity and their ability to predict future clinical worsening as well as brain and spinal cord volume loss. Neurofilament light chain was measured by single molecule array assay in 2183 serum samples collected as part of an ongoing cohort study from 259 patients with multiple sclerosis (189 relapsing and 70 progressive) and 259 healthy control subjects. Clinical assessment, serum sampling and MRI were done annually; median follow-up time was 6.5 years. Brain volumes were quantified by structural image evaluation using normalization of atrophy, and structural image evaluation using normalization of atrophy, cross-sectional, cervical spinal cord volumes using spinal cord image analyser (cordial). Results were analysed using ordinary linear regression models and generalized estimating equation modelling. Serum neurofilament light chain was higher in patients with a clinically isolated syndrome or relapsing remitting multiple sclerosis as well as in patients with secondary or primary progressive multiple sclerosis than in healthy controls (age adjusted P < 0.001 for both). Serum neurofilament light chain above the 90th percentile of healthy controls values was an independent predictor of Expanded Disability Status Scale worsening in the subsequent year (P < 0.001). The probability of Expanded Disability Status Scale worsening gradually increased by higher serum neurofilament light chain percentile category. Contrast enhancing and new/enlarging lesions were independently associated with increased serum neurofilament light chain (17.8% and 4.9% increase per lesion respectively; P < 0.001). The higher the serum neurofilament light chain percentile level, the more pronounced was future brain and cervical spinal volume loss: serum neurofilament light chain above the 97.5th percentile was associated with an additional average loss in brain volume of 1.5% (P < 0.001) and spinal cord volume of 2.5% over 5 years (P = 0.009). Serum neurofilament light chain correlated with concurrent and future clinical and MRI measures of disease activity and severity. High serum neurofilament light chain levels were associated with both brain and spinal cord volume loss. Neurofilament light chain levels are a real-time, easy to measure marker of neuro-axonal injury that is conceptually more comprehensive than brain MRI.

Abstract Background The lack of systematic evidence on leptomeningeal enhancement (LME) on MRI in neurological diseases, including multiple sclerosis (MS), hampers its interpretation in clinical routine and research settings. Purpose To perform a systematic review and meta-analysis of MRI LME in MS and other neurological diseases. Materials and Methods In a comprehensive literature search in Medline, Scopus, and Embase, out of 2292 publications, 459 records assessing LME in neurological diseases were eligible for qualitative synthesis. Of these, 135 were included in a random-effects model meta-analysis with subgroup analyses for MS. Results Of eligible publications, 161 investigated LME in neoplastic neurological (n=2392), 91 in neuroinfectious (n=1890), and 75 in primary neuroinflammatory diseases (n=4038). The LME-proportions for these disease classes were 0.47 [95%-CI: 0.37–0.57], 0.59 [95%-CI: 0.47–0.69], and 0.26 [95%-CI: 0.20–0.35], respectively. In a subgroup analysis comprising 1605 MS cases, LME proportion was 0.30 [95%-CI 0.21–0.42] with lower proportions in relapsing-remitting (0.19 [95%-CI 0.13–0.27]) compared to progressive MS (0.39 [95%-CI 0.30–0.49], p=0.002) and higher proportions in studies imaging at 7T (0.79 [95%-CI 0.64–0.89]) compared to lower field strengths (0.21 [95%-CI 0.15–0.29], p<0.001). LME in MS was associated with longer disease duration (mean difference 2.2 years [95%-CI 0.2–4.2], p=0.03), higher Expanded Disability Status Scale (mean difference 0.6 points [95%-CI 0.2–1.0], p=0.006), higher T1 (mean difference 1.6ml [95%-CI 0.1–3.0], p=0.04) and T2 lesion load (mean difference 5.9ml [95%-CI 3.2–8.6], p<0.001), and lower cortical volume (mean difference −21.3ml [95%-CI −34.7–-7.9], p=0.002). Conclusions Our study provides high-grade evidence for the substantial presence of LME in MS and a comprehensive panel of other neurological diseases. Our data could facilitate differential diagnosis of LME in clinical settings. Additionally, our meta-analysis corroborates that LME is associated with key clinical and imaging features of MS. PROSPERO No: CRD42021235026. Summary statement Our systematic review and meta-analysis synthesize leptomeningeal enhancement proportions across a comprehensive panel of neurological diseases, including multiple sclerosis, and assesses its prognostic value in multiple sclerosis. Summary data Leptomeningeal enhancement (LME) is a nonspecific imaging feature present across many neurological disorders, including neoplasm, infection, and primary neuroinflammation. The presence of LME is associated with worse clinical and imaging outcomes in multiple sclerosis, justifying its ascertainment in clinical practice. Neuroinflammatory animal models can be used to further investigate the pathophysiology of LME, including its pathological tissue signature and/or its association with cortical pathology.

Myelin and iron play essential roles in remyelination processes of multiple sclerosis (MS) lesions. χ-separation, a novel biophysical model applied to multiecho T2*-data and T2-data, estimates the contribution of myelin and iron to the obtained susceptibility signal. We used this method to investigate myelin and iron levels in lesion and nonlesion brain areas in patients with MS and healthy individuals.

Ultra-low field (ULF) magnetic resonance imaging (MRI) holds the potential to make MRI more accessible, given its cost-effectiveness, reduced power requirements, and portability. However, signal-to-noise ratio (SNR) drops with field strength, necessitating imaging with lower resolution and longer scan times. This study introduces a novel Fourier-based Super Resolution (FouSR) approach, designed to enhance the resolution of ULF MRI images with minimal increase in total scan time. FouSR combines spatial frequencies from two orthogonal ULF images of anisotropic resolution to create an isotropic T2-weighted fluid-attenuated inversion recovery (FLAIR) image. We hypothesized that FouSR could effectively recover information from under-sampled slice directions, thereby improving the delineation of multiple sclerosis (MS) lesions and other significant anatomical features. Importantly, the FouSR algorithm can be implemented on the scanner with changes to the k -space trajectory. Paired ULF (Hyperfine SWOOP, 0.064 tesla) and high field (Siemens, Skyra, 3 Tesla) FLAIR scans were collected on the same day from a phantom and a cohort of 10 participants with MS or suspected MS (6 female; mean ± SD age: 44.1 ± 4.1). ULF scans were acquired along both coronal and axial planes, featuring an in-plane resolution of 1.7 mm × 1.7 mm with a slice thickness of 5 mm. FouSR was evaluated against registered ULF coronal and axial scans, their average (ULF average) and a gold standard SR (ANTs SR). FouSR exhibited higher SNR (47.96 ± 12.6) compared to ULF coronal (36.7 ± 12.2) and higher lesion conspicuity (0.12 ± 0.06) compared to ULF axial (0.13 ± 0.07) but did not exhibit any significant differences contrast-to-noise-ratio (CNR) compared to other methods in patient scans. However, FouSR demonstrated superior image sharpness (0.025 ± 0.0040) compared to all other techniques (ULF coronal 0.021 ± 0.0037, q = 5.9, p -adj. = 0.011; ULF axial 0.018 ± 0.0026, q = 11.1, p -adj. = 0.0001; ULF average 0.019 ± 0.0034, q = 24.2, p -adj. &lt; 0.0001) and higher lesion sharpness (−0.97 ± 0.31) when compared to the ULF average (−1.02 ± 0.37, t (543) = −10.174, p = &lt;0.0001). Average blinded qualitative assessment by three experienced MS neurologists showed no significant difference in WML and sulci or gyri visualization between FouSR and other methods. FouSR can, in principle, be implemented on the scanner to produce clinically useful FLAIR images at higher resolution on the fly, providing a valuable tool for visualizing lesions and other anatomical structures in MS.