FMRI v klidovém stavu při poruchách vědomí

Poruchy vědomí (DoC) jsou stavy změněného vědomí pocházející ze získaného poranění mozkových sítí regulujících vzrušení a uvědomění, charakterizované ztrátou excitační nervové aktivity napříč kortikokortikálními, thalamokortikálními a thalamostriatálními spojeními. DoC může být způsobeno několika příčinami, včetně traumatického poranění mozku, anoxického poškození mozku v důsledku srdeční zástavy, mrtvice, závažných infekcí mozku, prodloužených záchvatů a dalších. Primární výzvou v klinickém řízení DoC je přesné určení typu DoC a úrovně vědomí, stejně jako potenciál pro zotavení. To je zásadní pro rozhodování a klinický management, přičemž míra chybných diagnóz dosahuje až 40 % kvůli omezením klinického hodnocení. Nedávný výzkum ukázal, že vědomí nedetekovatelné při hodnocení u lůžka může být přítomno až u 15–20 % pacientů s DoC. Aby se zlepšilo klinické hodnocení DoC a nakonec se vyvinuly cílené intervence na podporu neurologického zotavení, musí být vyvinuty, ověřeny a převedeny do klinického použití lepší metody hodnocení DoC u jednotlivých pacientů. Použití rs-fMRI ve studii DoC vedlo k důležitým poznatkům o biologických mechanismech kómatu a také obnovení vědomí, přesto byl překlad rs-fMRI do klinické léčby jednotlivých pacientů s poruchou vědomí ztížen několik faktorů. Za prvé, BOLD fMRI odráží složitou kombinaci signálů odvozených nejen z neurální aktivity, ale také z neneurologických zdrojů, které v konečném důsledku zahrnují až 25 % signálu BOLD, který zakrývá skutečnou neurální konektivitu a zavádí falešnou konektivitu. Toto omezení bylo obvykle obcházeno analýzou fMRI na skupinové úrovni s využitím statistických výhod průměrování dat mezi jednotlivci. K převedení rs-fMRI do klinického použití u jednotlivých pacientů jsou zapotřebí lepší strategie pro rozlišení mezi neurálními a neneurálními přispěvateli do signálu BOLD. Navíc bylo obecně prokázáno, že konvenční akviziční a analytické strategie poskytují spolehlivé odhady funkční konektivity pouze v klinicky neřešitelných dobách skenování. Nedávné důkazy naznačují, že vysoce spolehlivá měření funkční konektivity lze získat na individuální úrovni v klinicky proveditelných dobách skenování pomocí pokročilejších zobrazovacích protokolů, které překonávají i několikanásobně delší konvenční akvizice. Naměřený signál BOLD může být reprezentován jako funkce intenzity signálu při buzení (S0), doby echa a konstanty doznívání signálu. Nervová aktivita ovlivňuje signál BOLD tím, že vyvolává zvýšení průtoku krve, což snižuje lokální koncentraci deoxyhemoglobinu a následně snižuje místní magnetickou susceptibilitu, čímž se snižuje rychlost rozpadu příčné magnetizace. Zkoumáním poklesu signálu v průběhu několika časů ozvěny lze odlišit změny v T2* od změn v S0, což umožňuje odlišit nervové a neneurální signály z dat BOLD. S citlivostí na BOLD signál, který je maximální blízko T2*, mohou multi-echo akvizice také zvýšit citlivost BOLD tím, že přiloží větší váhu na ty ozvěny, které jsou nejblíže T2* konkrétního voxelu ("optimálně kombinující"), o kterých je známo, že se liší napříč mozek. A konečně, proces kombinování BOLD dat napříč echy přináší výhodu tlumení tepelného šumu, který je organizován náhodně a má tendenci se při zprůměrování rušit. V kombinaci s dalšími strategiemi pro odstranění globálních signálů souvisejících s pohybem lze vliv pohybu na BOLD data téměř eliminovat. Teprve nedávno s integrací dalších technických pokroků, jako je simultánní multi-slice, bylo možné získat multi-echo rs-fMRI bez velkých kompromisů v získávání prostorového nebo časového rozlišení. Mezi praktické výzvy při získávání pokročilé MRI u kriticky nemocných pacientů patří potřeba přepravit pacienty k výzkumu přístrojů MRI schopných nejnovějších metod akvizice, které byly tradičně umístěny na jiných podlažích nebo dokonce v jiných budovách než jednotky intenzivní péče (JIP). V důsledku toho byly pokročilé metody MRI, jako je multi-echo rs-fMRI, aplikovány hlavně na zdravé subjekty. Tento projekt využije nově instalovaného nejmodernějšího systému 3 Tesla MRI určeného pro výzkum vybaveného rychlými gradienty a 32kanálovým polem přijímačů zabudovaným do jednotky neurointenzivní péče (NICU). Tento systém je schopen multi-echo rs-fMRI při vysokém časoprostorovém rozlišení a klíčovým cílem tohoto projektu je zjistit, zda lze funkční integritu sítě u pacientů s DoC spolehlivěji detekovat pomocí multi-echo rs-fMRI než se standardním rs- fMRI. Optimální metody by byly bez dozoru, byly by schopné vyrovnat se s interindividuálními rozdíly ve funkční topologii a schopné redukovat komplexní data o připojení na diskrétní, klinicky použitelné poznatky. Dalším klíčovým cílem tohoto projektu je porovnat tři přístupy ke konstrukci a charakterizaci konektomů z hlediska jejich spolehlivosti na úrovni jednotlivých pacientů a stupně asociace s klinickými měřítky neurologické dysfunkce a výsledného stavu. První a nejtradičnější přístup bude spoléhat na transformaci každého data do šablonového prostoru a definice uzlů na základě metaanalýzy na úrovni skupiny. Druhý přístup bude používat dříve popsanou metodu parcelace na úrovni předmětu založenou na gradientech konektivity a nakonec porovnánou mezi jednotlivci na základě stupně podobnosti s šablonovými sítěmi. Konečný přístup bude používat schéma radiologické interpretace, ve kterém expertní neuroimageři vyškolení k rozpoznání typických prostorových vzorců sítí v klidovém stavu budou poskytovat interpretaci map stupňů získaných z analýzy nezávislých komponent.