מהפכה בטיפול בדמנציה: גלה כיצד מערכות MRI ניידות, מונעות בינה מלאכותית, פורצות מחסומים באבחון אלצהיימר, ומאפשרות זיהוי מוקדם ונגישות גלובלית.
מחקר: הדמיית תהודה מגנטית ניידת בשדה נמוך להערכת מחלת אלצהיימר. קרדיט תמונה: illustrissima / Shutterstock
לאחרונה תקשורת טבע המחקר מטב את רכישת ה-LF-MRI הנייד ופיתח צינור למידת מכונה להערכת מורפומטריה של המוח ועצימות יתר החומר הלבן (WMH) לאבחון מחלת אלצהיימר.
מחלת אלצהיימר (AD): פתולוגיה ואבחון
AD היא מחלה ניוונית מתקדמת המשפיעה על זיכרון, חשיבה והתנהגות. הוא מאופיין מבחינה פתולוגית על ידי שקיעת עמילואיד-β (Aβ) והתפתחות של סבכים נוירו-פיברילריים במוח. עם הזמן, הצטברות מוגברת של חלבונים אלו מובילה לשינוי לרעה במבנה המוח ולפגיעה מוגברת בכלי הדם, אשר נקבעים באמצעות ניוון מוח שניתן לכמת ו-WMH, בהתאמה.
בדרך כלל, השלב הפרה-סימפטומטי המתקדם של AD נמשך בין 10 ל-20 שנים. זו יכולה להיות הסיבה לכך ש-75% מהאנשים עם דמנציה נשארים לא מאובחנים לתקופות ממושכות. הזמינות של טיפולים אנטי-עמילואידים הגבירה את הדחיפות לגילוי מוקדם של אנשים עם AD או ליקוי קוגניטיבי קל (MCI), שכן אבחון מוקדם מגביר את יתרונות הטיפול.
אבחון AD מבוסס על בדיקות קוגניטיביות, המעריכות את עומס ה-Aβ והטאו הפוספוריל באמצעות סמנים ביולוגיים של נוזלים, טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים (PET) והדמיית תהודה מגנטית (MRI). רופאים יכולים לקבוע את השינויים במבנה המוח ובשלמותו מ-MRI רב-ניגודיות. מדדי הדמיה אלה כוללים ניוון כללי והיפוקמפוס, המסייע לרופאים להבין את מהלך התקדמות המחלה והירידה הקוגניטיבית.
למרות שהדמיית עצבים עוזרת מאוד באבחון וניהול של AD ו-MCI, הנגישות המקומית והגלובלית המוגבלת שלו תורמת לתת-אבחון שלו. מחקר קודם הדגיש את הפיתוח של LF-MRI נייד, שיכול להגביר ביעילות את הנגישות ולשפר את האבחנה של מחלות ניווניות שונות. מחקר זה הדגיש את פרופיל הבטיחות ופוטנציאל הסריקה בעלות נמוכה של נקודת טיפול של LF-MRI. עם זאת, עוצמת השדה המגנטי המופחת שלו מורידה את יחס האות לרעש (SNR), ומשפיעה על רזולוציית התמונה.
לגבי המחקר
המחקר הנוכחי התייחס למגבלה האמורה של LF-MRI לאבחון AD ו-MCI על ידי פיתוח כלי למידת מכונה שיכולים לכמת אוטומטית מורפומטריה של המוח ונגעים של חומר לבן.
הוקם צינור הדמיה שעזר לכמת את נפחי המוח. הטכניקה המעודנת של רזולוציית העל וניגודיות סינתזה (LF-SynthSR) עברה אופטימיזציה כדי להעלות את רזולוציית ה-LF בפילוח שלאחר מכן (SynthSeg). לדוגמה, נפחי ההיפוקמפוס שנגזרו מ-LF-MRI הראו התאמה קרובה עם מקבילים ל-MRI בשדה גבוה, עם הפרש של אחוז סימטריזציה מוחלט (ASPD) של 2.8% ומקדם דמיון לקוביות של 0.87. אסטרטגיה זו סייעה לבסס את הפרמטרים האופטימליים של רכישת LF לכימות מדויק. היא אפשרה מדידת עומס של חומר לבן (WMH-SynthSeg) באמצעות פילוח אוטומטי של נגעי WMH מתמונות T2-נוזל מוחלש היפוך (FLAIR) שנרכשו ב-LF. מחקר זה אימת את ה-LF-SynthSR, SynthSeg ו-WMH-SynthSeg באמצעות קבוצה פרוספקטיבית של חולים שאובחנו עם MCI או AD.
כדי לבסס צינור הדמיה, משתתפים משלוש קבוצות נכללו לעבור רכישת MRI ב-MRI נייד עם שדה נמוך של 0.064 T עם סריקה קונבנציונלית בשדה גבוה בחוזק שדה של 1.5-3 T. הקבוצה הראשונה הכילה עשרים בריאים אנשים (10 גברים ו-10 נשים) ללא היסטוריה של מחלות נוירולוגיות או תלונות זיכרון.
העוקבה השנייה הכילה 23 משתתפים (11 גברים ו-12 נשים) עם לפחות גורם סיכון וסקולרי אחד. עם זאת, לאף אחד מהמשתתפים לא היו תלונות נוירולוגיות או היסטוריה קודמת של הפרעת זיכרון. העוקבה השלישית כללה 54 אנשים (32 גברים ו-22 נשים) עם אבחנה של MCI או AD. משתתפים אלו עברו פרוטוקול הדמיה LF-MRI שכלל רצפים T1w, T2w ו-FLAIR.
ממצאי המחקר
למרות שלתמונות LF-MRI לא הייתה רזולוציה נאותה לפילוח אוטומטי עם כלי ניתוח תוכנה בשדה גבוה, הן היו תחילה סופר-פתורות (SR) ל-1 מ"מ איזוטרופיות T1-משוקלל (T1w) מגנטיזציה-הד מהיר (MP) תמונות דמויות -RAGE). המחקר מצא שגדלים איזוטרופיים של ווקסלים של ≤3 מ"מ שיפרו את דיוק הפילוח, ויצרו ערכי ASPD של פחות מ-5% עבור נפחי ההיפוקמפוס. בנוסף, הדיוק של פילוח אוטומטי השתפר עם חידוד צינור LF-SynthSR v2, מה שמאפשר שימושיות רבה יותר עבור יישומי הדמיה בשדה נמוך.
בקבוצה הראשונה, הדיוק של פילוח אוטומטי הוערך על ידי השוואת נפחי פילוח רלוונטיים ל-AD של ההיפוקמפוס, החדר הצדדי והמוח כולו שנוצרו מה-LF-SynthSR ו-LF-SynthSR v2 המקוריים מול MRI קונבנציונלי של שדה גבוה (HF) נרכש ב-3 T.
שיפור בדיוק נפח החדר הצדי הושג על ידי השוואת LF-SynthSR v2 עם LF-SynthSR v1. זמן רכישת התמונה נע בין 1:53 ל-9:48 דקות, תלוי בגודל ורצף ה-voxel. המחקר מצא גם שגדלים איזוטריים של ווקסלים של ≤3 מ"מ שיפרו את דיוק הפילוח, במיוחד במשטר ה-SNR הנמוך של LF-MRI. נמצא כי הדיוק של מורפומטריית המוח מושפע מגודל וגיאומטריה של ווקסל. יתר על כן, צינור הפילוח של LF-SynthSR v2 אומת כנגד פילוחי HF T1w MP-RAGE שנגזרו מכלי הפילוח FreeSurfer ASEG.
נגעי WMH עקב אובדן אקסונלי או מחלת כלי דם קטנים במוח היו שכיחים בקרב חולים עם ליקוי קוגניטיבי וכומתו באמצעות WMH-SynthSeg. השימוש בממצאים אלו על FLAIR כנגעים בעוצמה יתרה T2 וכימות אוטומטי של נגעים אלו העלו את יכולת האבחנה והניטור של AD של LF-MRI.
מחקר זה השתמש בלמידת מכונה כדי לייצר נפחי נגעי WMH (WMHv) מתמונות LF-FLAIR באמצעות WMH-SynthSeg. אסטרטגיה זו אפשרה פילוח סימולטני של נגעי WMH T2 FLAIR בנוסף למורפומטריה הקודמת של המוח. נפחי ה-WMH עמדו בקורלציה רבה עם הערות ידניות ותקני הדמיה בשדה גבוה.
בהתבסס על WMHv שנוצר על ידי WMH-SynthSeg, כלי למידת המכונה אומת מכיוון שהיה מסוגל לזהות חולים עם MCI, AD ואלה שהם נורמליים מבחינה קוגניטיבית (CN).
מסקנות
המחקר הנוכחי הוכיח ש-LF-MRI עם כלי למידת מכונה יכולים לאבחן חולים עם AD או MCI. בעתיד, ניתן יהיה להעריך מכשיר זה גם על יכולתו לזהות טאואופתיות נוירודגנרטיביות ודמנציה של כלי דם. הניידות, העלות הנמוכה וצינור הניתוח האוטומטי שלו מצביעים על פוטנציאל משמעותי לטיפול בפערי אבחון ברחבי העולם.