Оценка диагностики и прогноза у пациентов с болезнью Альцгеймера или болезнью Паркинсона с когнитивными нарушениями с помощью диффузионной МРТ

В настоящее время болезнь Альцгеймера (БА) и болезнь Паркинсона (БП) диагностируются в основном неврологами на основании клинических симптомов. Однако объективных критериев для их диагностики не существует. Хотя магнитно-резонансная томография (МРТ) часто используется в сочетании с клинической оценкой, изображения в основном используются для исключения других заболеваний, а не для подтверждения диагноза. Другие методы визуализации, такие как позиционно-эмиссионная томография или компьютерная томография, могут помочь в диагностике БА и БП, но оказывают вредное воздействие на организм человека.

Диффузионная МРТ и, в частности, диффузионно-тензорная томография часто используются для оценки изменений в связях в центральной нервной системе. Поскольку диффузионная МРТ неинвазивна и не требует облучения, ее можно использовать для лонгитюдных исследований. Он использовался для оценки плотности и поперечного сечения волокон при многих заболеваниях, включая эпилепсию, рассеянный склероз и опухоли головного мозга, с хорошими результатами. С помощью диффузионной МРТ можно получить несколько измерений, включая фракционную анизотропию и среднюю, радиальную и аксиальную диффузию. Изменения, наблюдаемые на диффузионной МРТ, связаны с изменениями содержания воды внутри и снаружи клеток, поэтому увеличение коэффициента диффузии может отражать увеличение проницаемости клеточной мембраны, что может быть связано с гибелью и разрывом клеток. Более высокий коэффициент диффузии может свидетельствовать о большей гибели нейронов. Следовательно, используя диффузный эксцесс, исследователь может улучшить диагностику БП.

Из исследований БА исследователь обнаружил, что коэффициент диффузии у пациентов с легкими когнитивными нарушениями и БА значительно выше, чем у контрольных пациентов. Исследователь проведет анализ 90 областей мозга, в том числе веретенообразной извилины, гиппокампа, парагиппокампа и поясной извилины. Было замечено, что перечисленные области имеют различия в среднем коэффициенте диффузии для пациентов с БА и лиц с риском развития БА по сравнению с нормальным контролем. В предыдущих исследованиях наблюдалось перекрытие между областями, где средняя диффузионная способность увеличивается, и областями, где области мозга сжимаются, но есть больше областей и более крупных областей, где коэффициент диффузии увеличивается. Таким образом, средний коэффициент диффузии может быть более подходящим клиническим показателем, чем текущий метод определения объема мозга. Кроме того, существует корреляция между повышенной средней диффузионной способностью и тяжестью легких когнитивных нарушений или БА. Отложение амилоида согласуется с прогрессированием заболевания, что еще раз подтверждает, что средний коэффициент диффузии может использоваться для отражения прогрессирования легких когнитивных нарушений и атопического дерматита.

Исследователь планирует использовать сжатое зондирование для увеличения скорости диффузионной МРТ. Это включает в себя предварительную обработку изображений, получение данных сжатого зондирования, перестройку модели и перестройку алгоритма. Исследователь также планирует преодолеть текущие ограничения анализа области интереса. Одним из способов достижения этого является воксельный анализ, однако он имеет ограничения, вызванные нормализацией изображения к шаблонному пространству, и возможные проблемы в трактографии, вызванные вращением или искажением изображения. Кроме того, использование шаблона для конкретного исследования не позволяет получить результаты в координатах Бродмана или Талайраха. Самое главное, воксельный анализ не основан на областях мозга, поэтому сложно определить свойства каждой области, а согласно нашему алгоритму, большое количество воксельных данных сильно снизило бы разрешение статистики и вызвало бы проблемы при статистическом анализе. . Таким образом, исследователь должен использовать общее стандартное пространство и разработать подходящую технику визуализации.

Исследователь предпочитает использовать автоматическую анатомическую маркировку (AAL), так как это широко используемая система, используемая в исследованиях в области неврологии. Исследователь также использует шаблон 152 Монреальского института неврологии (MNI152) в качестве стандартного шаблона. При визуализации и обработке всего мозга исследователь использует аффинную трансформацию, поскольку она обычно используется для МРТ и диффузионной МРТ. Сюда входят Camino, FSL и SPM. Исследователь изучит, как старение здорового мозга влияет на диффузионную МРТ, и проведет сравнение между старением у мужчин и женщин.

Исследователь также будет использовать глубокое обучение для повышения чувствительности и специфичности, а также для повышения точности классификации и диагностики путем предварительной обработки данных о распределении выборки набора данных и разработки глубокой нейронной сети.

С помощью AAL будет выполнена парцелляция всего мозга для получения диффузионной МРТ-информации об областях мозга. Пострадавшие регионы будут определены и проанализированы. Исследователи надеются, что диффузионная МРТ с использованием целых областей мозга может быть использована для дифференциальной диагностики и для выявления областей, которые имеют высокую корреляцию с клинической тяжестью, а также для точной диагностики и прогноза заболевания, чтобы служить ориентиром для клиницистов.

Исследователь стремится использовать диффузионную МРТ для оценки когнитивной функции и оценки ее ухудшения у пациентов с нейродегенеративными заболеваниями. Кроме того, исследователи надеются использовать диффузионную МРТ для определения тяжести заболевания и прогноза. Ухудшение нейродегенерации и когнитивных способностей приводит к увеличению смертности и снижению качества жизни. Взаимосвязь между результатами диффузионной МРТ и тяжестью заболевания может стать объективным методом, позволяющим клиницистам диагностировать эти заболевания с большей уверенностью и на более ранних стадиях заболевания, до ухудшения симптомов.

Исследование будет завершено в три этапа в течение трех лет. В первый год исследователи надеются разработать оптимальную схему компрессионного восприятия изображения высокого качества и процесс восстановления данных изображения для диффузионной МРТ. Исследователь также надеется разработать оптимальный метод парцелляции мозга и использовать глубокое обучение для улучшения диагностики пациентов с легкими когнитивными нарушениями.

На втором году исследователь надеется создать процесс прогнозирования прогноза для пациентов с типичной и атипичной болезнью Паркинсона с использованием глубокого обучения. Исследователь также надеется завершить нашу оценку использования глубокого обучения для диагностики легких когнитивных нарушений.

На третьем курсе исследователи планируют завершить разработку метода прогнозирования прогноза у пациентов с типичной и атипичной болезнью Паркинсона. Исследователь также установит и завершит наш метод использования глубокого обучения для оценки того, будет ли у пациентов с умеренным когнитивным развитием развиваться БА. Кроме того, исследователь завершит пользовательский интерфейс для обработки изображений.