Resting State fMRI bij bewustzijnsstoornissen

Bewustzijnsstoornissen (DoC) zijn staten van veranderd bewustzijn die voortkomen uit een verworven verwonding aan hersennetwerken die opwinding en bewustzijn reguleren, gekenmerkt door een verlies van prikkelende neurale activiteit over corticocorticale, thalamocorticale en thalamostriatale verbindingen. DoC kan te wijten zijn aan verschillende oorzaken, waaronder traumatisch hersenletsel, anoxisch hersenletsel door hartstilstand, beroerte, ernstige herseninfecties, langdurige toevallen of andere. Een primaire uitdaging bij het klinische beheer van DoC is het nauwkeurig bepalen van het type DoC en het bewustzijnsniveau, evenals het potentieel voor herstel. Dit is van cruciaal belang voor de besluitvorming en het klinisch management, met misdiagnoses tot 40% als gevolg van beperkingen van de klinische evaluatie. Recent onderzoek heeft aangetoond dat bij wel 15-20% van de patiënten met DoC bewustzijn aanwezig kan zijn dat niet detecteerbaar is bij evaluatie aan het bed. Om de klinische beoordeling van DoC te verbeteren en uiteindelijk gerichte interventies te ontwikkelen om neurologisch herstel te bevorderen, moeten dus betere methoden voor het beoordelen van DoC bij individuele patiënten worden ontwikkeld, gevalideerd en vertaald naar klinisch gebruik. Het gebruik van rs-fMRI in de studie van DoC heeft geleid tot belangrijke inzichten in de biologische mechanismen van coma en herstel van het bewustzijn, maar de vertaling van rs-fMRI naar de klinische behandeling van individuele patiënten met verminderd bewustzijn werd belemmerd door meerdere factoren. Ten eerste weerspiegelt BOLD fMRI een complexe combinatie van signalen die niet alleen zijn afgeleid van neurale activiteit, maar ook van niet-neurologische bronnen die uiteindelijk maar liefst 25% van het BOLD-signaal uitmaken, waardoor echte neurale connectiviteit wordt verdoezeld en valse connectiviteit wordt geïntroduceerd. Deze beperking is meestal omzeild door fMRI op groepsniveau te analyseren, gebruikmakend van de statistische voordelen van het middelen van gegevens over individuen. Er zijn betere strategieën nodig om onderscheid te maken tussen neurale en niet-neurale bijdragers aan het BOLD-signaal om rs-fMRI te vertalen naar klinisch gebruik bij individuele patiënten. Bovendien is over het algemeen aangetoond dat conventionele acquisitie- en analysestrategieën alleen betrouwbare schattingen van functionele connectiviteit opleveren bij klinisch hardnekkige scantijden. Recent bewijs suggereert dat zeer betrouwbare metingen van functionele connectiviteit op individueel niveau kunnen worden verkregen op klinisch haalbare scantijden met behulp van meer geavanceerde beeldvormingsprotocollen, die zelfs vele malen langere conventionele acquisities overtreffen. Het gemeten BOLD-signaal kan worden weergegeven als een functie van de signaalintensiteit bij excitatie (S0), de echotijd en signaalvervalconstante. Neurale activiteit beïnvloedt het BOLD-signaal door een toename van de bloedstroom te induceren, wat de lokale concentratie van deoxyhemoglobine vermindert en op zijn beurt de lokale magnetische gevoeligheid vermindert, waardoor de snelheid van transversaal magnetisatieverval wordt verminderd. Door het signaalverval over meerdere echotijden te onderzoeken, kunnen veranderingen in T2* worden onderscheiden van veranderingen in S0, waardoor neurale en niet-neurale signalen van BOLD-gegevens kunnen worden onderscheiden. Omdat de gevoeligheid voor het BOLD-signaal maximaal is in de buurt van de T2*, kunnen multi-echo-acquisities ook de BOLD-gevoeligheid verbeteren door meer gewicht te geven aan de echo's die zich het dichtst bij de T2* van een bepaalde voxel bevinden ("optimaal combineren"), waarvan bekend is dat deze varieert over de hersenen. Ten slotte heeft het proces van het combineren van BOLD-gegevens over echo's het voordeel van het dempen van thermische ruis die willekeurig is georganiseerd en de neiging heeft om op te heffen bij middeling. In combinatie met aanvullende strategieën om globale bewegingsgerelateerde signalen te verwijderen, kan de invloed van beweging op BOLD-gegevens bijna worden geëlimineerd. Pas sinds kort is het met de integratie van andere technische ontwikkelingen, zoals simultane multi-slice, mogelijk geworden om multi-echo rs-fMRI te verwerven zonder grote compromissen in ruimtelijke of temporele resolutie-acquisitie. Praktische uitdagingen bij het verkrijgen van geavanceerde MRI bij ernstig zieke patiënten zijn onder meer de noodzaak om patiënten te vervoeren om MRI-instrumenten te onderzoeken die geschikt zijn voor de nieuwste acquisitiemethoden en die van oudsher op andere verdiepingen of zelfs in andere gebouwen dan intensive care-afdelingen (ICU's) zijn geplaatst. Hierdoor zijn geavanceerde MRI-methoden zoals multi-echo rs-fMRI vooral toegepast bij gezonde proefpersonen. Dit project zal profiteren van een nieuw geïnstalleerd, op onderzoek gericht state-of-the-art 3 Tesla MRI-systeem, uitgerust met snelle gradiënten en een 32-kanaals ontvangerarray ingebed in de neurointensive care unit (NICU). Dit systeem is in staat tot multi-echo rs-fMRI met een hoge spatiotemporele resolutie en een hoofddoel van dit project is om te bepalen of functionele netwerkintegriteit bij patiënten met DoC betrouwbaarder kan worden gedetecteerd met behulp van multi-echo rs-fMRI dan met standaard rs-fMRI. fMRI. Optimale methoden zouden zonder toezicht zijn, in staat zijn om tegemoet te komen aan interindividuele verschillen in functionele topologie en in staat zijn om complexe connectiviteitsgegevens terug te brengen tot discrete, klinisch bruikbare inzichten. Een ander belangrijk doel van dit project is om drie benaderingen van connectoomconstructie en -karakterisering te vergelijken wat betreft hun betrouwbaarheid op het niveau van de individuele patiënt en de mate van associatie met klinische metingen van neurologische disfunctie en uitkomst. De eerste en meest traditionele benadering berust op de transformatie van alle gegevens naar een sjabloonruimte en knooppuntdefinitie op basis van meta-analyse op groepsniveau. De tweede benadering zal een eerder beschreven methode van pakketvorming op onderwerpniveau gebruiken op basis van connectiviteitsgradiënten en uiteindelijk worden vergeleken tussen individuen op basis van de mate van gelijkenis met sjabloonnetwerken. De uiteindelijke benadering zal een radiologisch interpretatieschema gebruiken waarin deskundige neuroimagers die zijn opgeleid om typische ruimtelijke patronen van rusttoestandnetwerken te herkennen, een interpretatie zullen geven van de gradennetwerkkaarten die zijn verkregen uit onafhankelijke componentanalyse.