意识障碍中的静息态 fMRI

意识障碍 (DoC) 是由于调节觉醒和意识的大脑网络获得性损伤而导致的意识改变状态，其特征是皮质、丘脑皮质和丘脑纹状体连接的兴奋性神经活动丧失。 DoC 可能由多种原因引起，包括外伤性脑损伤、心脏骤停引起的缺氧性脑损伤、中风、严重脑部感染、长时间癫痫发作等。 DoC 临床管理的主要挑战是准确确定 DoC 的类型和意识水平，以及恢复的潜力。 这对于决策和临床管理至关重要，由于临床评估的局限性，误诊率高达 40%。 最近的研究表明，多达 15-20% 的 DoC 患者可能存在在床边评估中无法检测到的意识。 因此，为了改进 DoC 的临床评估并最终开发有针对性的干预措施以促进神经功能恢复，必须开发、验证更好的个体患者 DoC 评估方法并将其转化为临床使用。 rs-fMRI 在 DoC 研究中的使用使人们对昏迷和意识恢复的生物学机制有了重要的认识，但 rs-fMRI 对个体意识受损患者的临床管理的转化受到了以下因素的阻碍几个因素。 首先，BOLD fMRI 反映了信号的复杂组合，这些信号不仅来自神经活动，还来自非神经源，最终包含多达 25% 的 BOLD 信号，模糊了真正的神经连接并引入了虚假连接。 通常通过在组级别分析 fMRI 来规避这种限制，利用个人平均数据的统计优势。 需要更好的策略来区分 BOLD 信号的神经和非神经贡献者，以将 rs-fMRI 转化为个体患者的临床使用。 此外，传统的采集和分析策略通常被证明只能在临床上难以处理的扫描时间产生可靠的功能连接估计。 最近的证据表明，使用更先进的成像协议，可以在临床可行的扫描时间内在个体层面上获得高度可靠的功能连接测量，其性能甚至优于数倍长的传统采集。 测得的 BOLD 信号可以表示为激发时信号强度 (S0)、回波时间和信号衰减常数的函数。 神经活动通过诱导血流增加来影响 BOLD 信号，这会降低脱氧血红蛋白的局部浓度，进而降低局部磁化率，从而降低横向磁化衰减率。 通过检查多个回波时间的信号衰减，可以将 T2* 的变化与 S0 的变化区分开来，从而区分来自 BOLD 数据的神经和非神经信号。 由于对 BOLD 信号的灵敏度在 T2* 附近最大，多回波采集还可以通过将更大的权重放在最接近特定体素的 T2* 的那些回波上来增强 BOLD 灵敏度（“最佳组合”），众所周知大脑。 最后，跨回波组合 BOLD 数据的过程具有抑制热噪声的优势，热噪声是随机组织的，并且在平均时往往会被抵消。 当与去除全局运动相关信号的附加策略相结合时，运动对 BOLD 数据的影响几乎可以消除。 直到最近，随着同步多切片等其他技术进步的整合，才有可能在空间或时间分辨率采集方面没有重大妥协的情况下获得多回波 rs-fMRI。 在重症患者身上获得先进的 MRI 的实际挑战包括需要将患者运送到研究 MRI 仪器，这些仪器能够采用最新的采集方法，这些仪器传统上与重症监护病房 (ICU) 位于不同的楼层甚至不同的建筑物。 因此，多回波 rs-fMRI 等先进的 MRI 方法主要应用于健康受试者。 该项目将利用新安装的最先进的研究专用 3 特斯拉 MRI 系统，该系统配备快速梯度和嵌入神经重症监护病房 (NICU) 的 32 通道接收器阵列。 该系统能够在高时空分辨率下进行多回波 rs-fMRI，该项目的一个关键目标是确定使用多回波 rs-fMRI 是否可以比标准 rs- 更可靠地检测 DoC 患者的功能网络完整性功能磁共振成像。 最佳方法将是无监督的，能够适应功能拓扑中的个体差异，并且能够将复杂的连接数据减少为离散的、临床上可操作的见解。 该项目的另一个关键目标是比较三种连接组构建和表征方法在个体患者水平上的可靠性以及与神经功能障碍和结果的临床测量的关联程度。 第一种也是最传统的方法将依赖于将每个数据转换为基于组级元分析的模板空间和节点定义。 第二种方法将使用先前描述的基于连通性梯度的主题级分割方法，并最终根据与模板网络的相似程度在个体之间进行比较。 最后一种方法将使用放射学解释方案，其中受过训练以识别静息状态网络的典型空间模式的专家神经成像仪将对从独立成分分析中获得的度网络图进行解释。