Методы диффузионной МРТ для минимизации послеоперационных дефицитов в детской хирургии эпилепсии

Этот проект будет сочетать расширенную МРТ головного мозга с детальной нейропсихологической оценкой, проводимой у детей и подростков, страдающих лекарственно-устойчивой фокальной эпилепсией, для достижения двух основных целей, каждая из которых будет иметь следующие исследовательские гипотезы:

ЦЕЛЬ 1. Определить точность анализа пользы и риска на основе трактографии с глубоким обучением по сравнению со стандартным картированием электрической стимуляции (ESM), которое является текущим клиническим стандартом для обнаружения красноречивых областей коры перед операцией по поводу эпилепсии.

Гипотеза 1.1 У здоровых контролей классификация трактов на основе DCNN будет локализовать красноречивые участки коры, которые значительно перекрываются как при однооболочечном DWI-сканировании, так и при обобщенном Q-выборке изображений, что позволяет предположить, что точность этого подхода не может существенно зависеть от протокола сбора данных.

Гипотеза 1.2. Классификация путей на основе DCNN позволит достичь точности не менее 93% для проспективного обнаружения определяемых ESM красноречивых кортикальных слоев, включая пациентов с высокой вероятностью функциональной реорганизации.

Гипотеза 1.3. Сохранение во время операции красноречивых проводящих путей белого вещества, классифицированных DCNN, будет предсказывать предотвращение послеоперационного дефицита так же точно, как и сохранение красноречивой коры головного мозга, определяемой ESM.

Гипотеза 1.4. Сохранение хирургических краев, оптимизированных фильтром Калмана по ретроспективным данным, позволит добиться контроля приступов и избежать послеоперационных дефицитов в когорте предполагаемых хирургических пациентов.

С этой целью исследователи проверят точность недавно разработанной модели пользы и риска, основанной на глубоком обучении, которая называется классификацией путей глубокой сверточной нейронной сети (DCNN) в сочетании с анализом фильтра Калмана для неинвазивного обнаружения красноречивых путей белого вещества и оптимизация хирургического края (т. е. расстояния между эпилептогенной зоной и красноречивой зоной), что приводит к исчезновению припадков и предотвращению функционального дефицита. Неспособность определить красноречивые области в предполагаемой области резекции может иметь последствия на всю жизнь, а переоценка или неправильная локализация протяженности красноречивых областей может привести к неполной резекции эпилептогенной зоны. Без оптимизации соотношения польза/риск минимальная допустимая граница сильно различается в разных условиях и варьируется от 0 до 2 см в разных центрах хирургии эпилепсии. Исследователи изучат, может ли предложенная модель «польза-риск» стандартизировать (или настроить) хирургию эпилепсии у отдельных пациентов за счет точной оптимизации краев красноречивых путей белого вещества, которые должны быть сохранены, что в конечном итоге необходимо для баланса пользы от отсутствия приступов с риск функционального дефицита. Этот предлагаемый новый подход к визуализации может изменить клиническую практику детской хирургии эпилепсии и широко применим для других типов нейрохирургических процедур, таких как резекция опухоли.

ЦЕЛЬ 2. Определить точность анализа коннектомов на основе глубокого обучения для прогнозирования долгосрочного улучшения нейрокогнитивных функций после операции по поводу эпилепсии.

Гипотеза 2.1 Эффективность соединения, сохраняющаяся в определенных модульных сетях предоперационного коннектома на основе DCNN, которая, как было установлено, связана с послеоперационным функциональным улучшением по ретроспективным данным, будет точно предсказывать долгосрочное функциональное улучшение в предполагаемой когорте пациентов.

Гипотеза 2.2. Более длительная продолжительность эпилепсии будет в значительной степени связана с более низкой эффективностью полномасштабной модульной сети IQ предоперационного коннектома на основе DCNN, что позволяет предположить, что более ранняя операция приведет к лучшему долгосрочному полномасштабному улучшению IQ.

Гипотеза 2.3. Пациенты с ипсилатеральной резекцией, у которых наблюдаются признаки послеоперационной «скученности» (т. е. улучшение вербального IQ за счет невербальной функции), будут демонстрировать снижение эффективности невербального и повышение эффективности вербального IQ в сети DCNN. коннектом в контралатеральном полушарии.

С этой целью исследователи проверят, помогает ли расширенный подход DWMRI, объединяющий DCNN и коннектом, принять решение о своевременности операции, предоставляя 1) маркеры предоперационной визуализации, лежащие в основе высокой вероятности послеоперационных нейрокогнитивных улучшений, и 2) механистическое понимание структурной реорганизации мозга, связанной с послеоперационным улучшением вербального IQ. . Ряд маркеров предоперационной визуализации, называемых «локальной эффективностью», которые количественно определяют, насколько эффективно нейронные связи используются соседними областями, будут оцениваться на уровнях конкретных модульных сетей. Мы ожидаем, что эти маркеры могут идентифицировать долгосрочные и специфические нейрокогнитивные последствия (и их потенциальные предикторы), связанные с хирургическим вмешательством, и их нейронные корреляты для конкретных нейрокогнитивных функций. Кроме того, ремоделирование нейронов, связанное с эффектом функционального скопления, изученное с помощью коннектома DWMRI, улучшенного по классификации трактов DCNN, обеспечит новое понимание механизмов компенсаторных процессов функции вербального IQ у детей и подростков, перенесших резекционную операцию по лечению резистентных к лекарственным средствам фокальных очагов. эпилепсия.