Die MRT-Erfindung eines Ingenieurs der University of Waterloo zeigt besser als viele bestehende Bildgebungstechnologien, wie COVID-19 das menschliche Gehirn verändern kann.
Machbarkeit des Diffusionstensors und der korrelierten Diffusionsbildgebung zur Untersuchung mikrostruktureller Anomalien der weißen Substanz: Anwendung bei COVID-19 Zusammenfassung Der Wirkung von COVID-19 auf die Mikrostruktur der weißen Substanz wird zunehmend Aufmerksamkeit geschenkt, insbesondere bei denjenigen, die sich nach einer Infektion selbst isoliert haben. Es besteht auch großes wissenschaftliches Interesse und potenzieller klinischer Nutzen an der Bewertung der Empfindlichkeit von Methoden der einschichtigen Diffusions-Magnetresonanz (MR) zur Erkennung solcher Effekte. In dieser Arbeit vergleichen wir die Leistungen von drei einschichtigen unterstützten Diffusions-MRT-Modellierungsmethoden zur Erkennung der Auswirkungen von COVID-19, einschließlich Diffusionstensor-Bildgebung, Diffusionstensor-Zerlegung orthogonaler Momente und korrelierter Diffusionsbilder. Die Bildgebung wurde bei selbstisolierten Patienten zu Studienbeginn und bei der Nachuntersuchung nach drei Monaten zusammen mit alters- und geschlechtsangepassten Kontrollpersonen durchgeführt. Wir zeigen durch Simulationen und experimentelle Daten, dass die korrelierte Diffusionsbildgebung mit einer viel höheren Empfindlichkeit verbunden ist und die einzige von drei einschichtigen Methoden ist, um COVID-19-bedingte Gehirneffekte nachzuweisen. Die Ergebnisse deuten auf eine weniger eingeschränkte Diffusion im Frontallappen bei Patienten mit COVID-19, aber auch auf eine stärker eingeschränkte Diffusion in der weißen Substanz des Kleinhirns hin. Dies steht im Einklang mit mehreren bestehenden Studien, die die Anfälligkeit des Kleinhirns für eine COVID-19-Infektion hervorheben. . Zusammen mit den Simulationsergebnissen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass sich ein erheblicher Teil der mikrostrukturellen Pathologie der weißen Substanz im Zusammenhang mit COVID-19 in einer Veränderung der Gewebediffusionsfähigkeit manifestiert. Interessanterweise führen unterschiedliche b-Werte auch zu unterschiedlichen Empfindlichkeiten gegenüber den Effekten. Bei den Patienten nach 3 Monaten wurden keine signifikanten Unterschiede beobachtet, was wahrscheinlich auf die begrenzte Größe der Nachbeobachtungskohorte zurückzuführen ist. Zusammenfassend erweist sich die korrelierte Diffusionsbildgebung als praktikabler einschichtiger Diffusionsanalyseansatz, der es uns ermöglicht, gegensätzliche Muster von Diffusionsänderungen in den Frontal- und Kleinhirnregionen von COVID-19-Patienten aufzudecken, was darauf hindeutet, dass die beiden Regionen unterschiedlich auf eine Virusinfektion reagieren. |
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Die neue Bildgebungstechnik, bekannt als Corlated Diffusion Imaging (CDI), wurde vom Systemdesign-Ingenieurprofessor Alexander Wong entwickelt und wurde kürzlich in einer bahnbrechenden Studie von Wissenschaftlern des Rotman Research Institute in Baycrest und des Sunnybrook Hospital eingesetzt. in Toronto.
„Manche denken vielleicht, dass COVID-19 nur die Lunge betrifft“, sagte Dr. Wong. „Wir haben herausgefunden, dass diese neue MRT-Technik, die wir entwickelt haben, sehr gut dazu geeignet ist, Veränderungen im Gehirn aufgrund von COVID-19 zu erkennen. „COVID-19 verändert die weiße Substanz im Gehirn.“
Wong, ein kanadischer Forschungslehrstuhl für künstliche Intelligenz und medizinische Bildgebung, hatte zuvor die korrelierte Diffusionsbildgebung (CDI) entwickelt, um erfolgreich nach einer besseren bildgebenden Maßnahme zur Krebserkennung zu suchen. CDI ist eine neue Form der MRT, die Unterschiede in der Art und Weise, wie sich Wassermoleküle im Gewebe bewegen, besser hervorheben kann, indem MRT-Signale bei unterschiedlichen Gradientenimpulsintensitäten und -zeiten erfasst und gemischt werden.
Forscher von Rotman, einem weltbekannten Zentrum für die Erforschung der Gehirnfunktion, sahen Wongs bildgebende Entdeckung und dachten, dass sie wahrscheinlich auch zur Identifizierung von Veränderungen im Gehirn aufgrund von COVID-19 verwendet werden könnte. Nachfolgende Tests bestätigten, dass die Theorie richtig war. Die CDI-Bildgebung der weißen Substanz des Frontallappens zeigte eine weniger eingeschränkte Diffusion von Wassermolekülen bei COVID-19-Patienten. Gleichzeitig zeigte sich eine eingeschränktere Diffusion von Wassermolekülen im Kleinhirn von COVID-19-Patienten.
Wong betont, dass die beiden Gehirnregionen unterschiedlich auf COVID-19 reagieren und verweist auf zwei wichtige Erkenntnisse der Forschung. Erstens könnte das menschliche Kleinhirn anfälliger für COVID-19-Infektionen sein. Zweitens bestärkt die Studie die Vorstellung, dass COVID-19-Infektionen Veränderungen im Gehirn verursachen können.
Rotmans Studie ist nicht nur eine der wenigen, die die Auswirkungen von COVID-19 auf das Gehirn nachgewiesen hat, sie ist auch die erste, die über Diffusionsanomalien in der weißen Substanz des Kleinhirns berichtet . Obwohl die Studie darauf ausgelegt war, Veränderungen und nicht spezifische Schäden im Gehirn durch COVID-19 aufzuzeigen, befasst sich ihr Abschlussbericht mit möglichen Ursachen dieser Veränderungen, und viele beziehen sich auf Krankheiten und Schäden.
Als Reaktion darauf schlägt Wong vor, dass sich zukünftige Tests darauf konzentrieren könnten, ob COVID-19 tatsächlich Gehirngewebe schädigt. Zusätzliche Studien könnten auch klären, ob COVID-19 die graue Substanz des Gehirns verändern kann.
„Hoffentlich kann diese Forschung zu besseren Diagnosen und Behandlungen für COVID-19-Patienten führen“, sagte Wong. „Und das könnte für CDI erst der Anfang sein, denn es könnte genutzt werden, um degenerative Prozesse bei anderen Krankheiten wie Alzheimer zu verstehen oder Brust- oder Prostatakrebs zu erkennen.“
Die Studie „Feasibility of Diffusion Tensor and Corlated Diffusion Imaging for Studying White Matter Microstructural Abnormalities: Application in COVID-19“, an der Wong und sein Student Hayden Gunraj als Co-Autoren beteiligt waren, wurde in der Zeitschrift Human Brain Mapping veröffentlicht .
