Lepotilan fMRI tajuntahäiriöissä

Tajunnan häiriöt (DoC) ovat muuttuneen tajunnan tiloja, jotka johtuvat kiihottumista ja tietoisuutta säätelevien aivojen verkkojen hankitusta vauriosta, jolle on tunnusomaista aivokuoren, talamokortikaalisten ja talamostriataalisten yhteyksien eksitatorisen hermotoiminnan menetys. DoC voi johtua useista syistä, mukaan lukien traumaattinen aivovamma, sydämenpysähdyksen aiheuttama hapeton aivovaurio, aivohalvaus, vakavat aivoinfektiot, pitkittyneet kohtaukset tai muut. Ensisijainen haaste DoC:n kliinisessä hallinnassa on DoC-tyypin ja tajunnan tason sekä toipumismahdollisuuksien tarkka määrittäminen. Tämä on ratkaisevan tärkeää päätöksenteon ja kliinisen hallinnan kannalta, sillä virhediagnoosien määrä on jopa 40 % kliinisen arvioinnin rajoituksista johtuen. Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että tajunta, jota ei voida havaita vuodearvioinnissa, voi olla jopa 15–20 prosentilla DoC-potilaista. Siten, jotta voidaan parantaa vaatimustenmukaisuuden kliinistä arviointia ja lopulta kehittää kohdennettuja interventioita neurologisen toipumisen edistämiseksi, parempia menetelmiä vaatimustenmukaisuuden arviointiin yksittäisillä potilailla on kehitettävä, validoitava ja siirrettävä kliiniseen käyttöön. rs-fMRI:n käyttö DoC:n tutkimuksessa on johtanut merkittäviin näkemyksiin kooman biologisista mekanismeista sekä tajunnan palautumisesta, mutta rs-fMRI:n muuntamista yksittäisten tajunnanvammaisten potilaiden kliiniseen hoitoon on haitannut useita tehtaita. Ensinnäkin BOLD fMRI heijastaa monimutkaista yhdistelmää signaaleja, jotka eivät johdu pelkästään hermostotoiminnasta vaan myös ei-neurologisista lähteistä, jotka lopulta käsittävät jopa 25 % BOLD-signaalista peittäen todellisen hermoliitännät ja aiheuttaen väärän yhteyden. Tämä rajoitus on yleensä kierretty analysoimalla fMRI:tä ryhmätasolla ja hyödyntämällä tilastollisia etuja, joita saadaan yksilöiden tietojen keskiarvosta. Parempia strategioita BOLD-signaalin hermosolujen ja ei-hermosolujen erottamiseksi tarvitaan rs-fMRI:n muuntamiseksi kliiniseen käyttöön yksittäisillä potilailla. Lisäksi tavanomaisten hankinta- ja analyysistrategioiden on yleensä osoitettu tuottavan luotettavia arvioita toiminnallisesta liitettävyydestä vain kliinisesti vaikeina skannausaikoina. Viimeaikaiset todisteet viittaavat siihen, että erittäin luotettavia mittareita toiminnallisesta liitettävyydestä voidaan saada yksilötasolla kliinisesti toteutettavissa olevilla skannausajoilla käyttämällä kehittyneempiä kuvantamisprotokollia, mikä ylittää jopa useita kertoja pidemmät perinteiset hankinnat. Mitattu BOLD-signaali voidaan esittää signaalin intensiteetin virityksessä (S0), kaikuajan ja signaalin vaimennusvakion funktiona. Neuraalinen aktiivisuus vaikuttaa BOLD-signaaliin indusoimalla verenvirtausta, mikä vähentää deoksihemoglobiinin paikallista pitoisuutta ja puolestaan ​​vähentää paikallista magneettista herkkyyttä vähentäen siten poikittaisen magnetisaation heikkenemisnopeutta. Tutkimalla signaalin vaimenemista useiden kaikuaikojen aikana, T2*:n muutokset voidaan erottaa S0:n muutoksista, mikä mahdollistaa BOLD-datasta peräisin olevien hermosignaalien ja ei-hermosignaalien erottamisen. Kun herkkyys BOLD-signaalille on maksimaalinen lähellä T2*:ta*, monikaiuhaku voi myös parantaa BOLD-herkkyyttä asettamalla enemmän painoarvoa kaikuille, jotka ovat lähinnä tietyn vokselin T2*:ta ("optimaalinen yhdistäminen"), jonka tiedetään vaihtelevan eri välillä. aivot. Lopuksi, BOLD-datan yhdistämisprosessi kaikujen välillä sisältää sen edun, että se vaimentaa lämpökohinaa, joka on järjestetty satunnaisesti ja joka yleensä häviää keskiarvon laskemisen yhteydessä. Yhdistettynä lisästrategioihin globaalien liikkeeseen liittyvien signaalien poistamiseksi liikkeen vaikutus BOLD-tietoihin voidaan melkein eliminoida. Vasta äskettäin integroimalla muita teknisiä edistysaskeleita, kuten samanaikainen multi-slice, on tullut mahdolliseksi hankkia multi-echo rs-fMRI ilman suuria kompromisseja spatiaalisen tai ajallisen resoluution hankinnassa. Käytännön haasteita pitkälle edenneen magneettikuvauksen saamiselle kriittisesti sairailla potilailla on tarve kuljettaa tutkimukseen magneettikuvauslaitteita, jotka kykenevät uusimpiin hankintamenetelmiin, jotka ovat perinteisesti sijoittuneet eri kerroksiin tai jopa eri rakennuksiin kuin tehohoitoyksiköt (ICU). Tämän seurauksena kehittyneitä MRI-menetelmiä, kuten multi-echo rs-fMRI, on sovellettu pääasiassa terveisiin koehenkilöihin. Tässä projektissa hyödynnetään äskettäin asennettua tutkimukseen keskittyvää huippuluokan 3 Teslan MRI-järjestelmää, joka on varustettu nopeilla gradienteilla ja 32-kanavaisella vastaanotinryhmällä, joka on upotettu neurointensiiviseen hoitoyksikköön (NICU). Tämä järjestelmä pystyy monikaikuiseen rs-fMRI-kuvaukseen korkealla spatiotemporaalisella resoluutiolla, ja tämän projektin päätavoite on selvittää, voidaanko toiminnallinen verkon eheys havaita DoC-potilailla luotettavammin käyttämällä multi-echo rs-fMRI:tä kuin tavallisella rs- fMRI. Optimaaliset menetelmät olisivat valvomattomia, ne kykenisivät ottamaan huomioon yksilöiden väliset erot toiminnallisessa topologiassa ja pystyisivät vähentämään monimutkaiset yhteystiedot erillisiksi, kliinisesti käyttökelpoisiksi oivalluksiksi. Toinen tämän projektin keskeinen tavoite on verrata kolmea lähestymistapaa yhteyksien rakentamiseen ja luotettavuuteen yksittäisen potilaan tasolla ja assosiaatioasteessa neurologisten toimintahäiriöiden ja tulosten kliinisiin mittauksiin. Ensimmäinen ja perinteisin lähestymistapa perustuu kunkin datan muuntamiseen mallitilaksi ja solmumääritykseen, joka perustuu ryhmätason meta-analyysiin. Toisessa lähestymistavassa käytetään aiemmin kuvattua aihetason jakomenetelmää, joka perustuu liitettävyysgradienteihin, ja lopulta verrataan yksilöiden välillä malliverkkojen samankaltaisuuden asteen perusteella. Lopullisessa lähestymistavassa käytetään radiologista tulkintakaaviota, jossa asiantuntijat neurokuvaajat, jotka on koulutettu tunnistamaan tyypillisiä lepotilaverkkojen spatiaalisia kuvioita, tekevät tulkinnan itsenäisestä komponenttianalyysistä saaduista asteverkkokartoista.