اندازه گیری واکنش عروقی برای غلبه بر جداسازی عصبی عروقی در تصویربرداری (مقاله ترجمه شده)

چکیده

هدف: MRI عملکردی (fMRI) قبل از عمل جراحی با پاسخ خاموش BOLD ناشی از راکتیویته عروقی غیرنرمال و جداشدگی عصبی عروقی مجاور تومورهای بدخیم مغزی محدوده شده است. با استفاده از حبس کردن نفس و ادغام این داده‌ها در تحلیل BOLD رفع این محدودیت و شناسایی دقیق‌تر مناطق سخنوری مجاور تومورهای مغزی با ارزیابی و بررسی مستقل راکتیویته عروقی پیشنهاد می‌کنیم.

روش‌کار:  راکتیویته موضعی عروقی با استفاده از الگوی حبس کردن تنفس با زمان یکسان به عنوان موتور عملکردی و وظایف زبانی در  16 نفر از بیماران (9 بیمار گلیوبلاستوما،1 آستروسیتومای اناپلاستیک، 5 مورد آستروسیتومای درجه پایین و 1 بیمار متاستاز) مشخص شد. یک مدل مبتنی بر انسجام را برای تحلیل BOLD fMRI ایجاد کردیم که همودینامیک‌های تغییر یافته در مجاورت تومورهای مغزی را در نظر گرفته است.

یافته‌ها:  نقشه‌های فعالسازی با استفاده از مدل انسجام بدست آمدند شباهت کلی به نقشه‌های فعالسازی استاندارد داشتند. با این حال نقشه‌های انسجام مناطق خیلی مهمی از فعالسازی را نشان دادند که با استفاده از روش استاندارد در روش 16/12 مورد دیده نمی‌شود. این نقشه‌ها شامل مکان مناطق زبان در مجاورت تومورهای مغزی بودند که یافته‌های روش انسجام با تحریک مستقیم قشری حین عمل جراحی تأیید شدند. بهبود نقشه‌های پاسخ وظیفه براساس تصویربرداری راکتیویته عروقی  از لحاظ آناتومیکی فعال‌سازی دقیق‌تر و قویتر بویژه در مجاورت تومورها را در مقایسه با نقشه‌های به دست آمده از اطلاعات راکتیویته عروقی نشان داد.

نتیجه‌گیری:  نتایج اولیه بدست آمده اصلی را نشان می‌دهد جداشدگی عصبی عروقی که اثر آن بر صحت BOLD fMRI در مجاورت تومورهای مغزی شناخته شده است، حداقل تا حدی امکان دارد با ترکیب یک اندازه‌گیری مستقل از راکتیویته عروقی در تجزیه و تحلیل BOLD برطرف شود.

مقدمه

برش جراحي عصبی مهم‌ترين گزینه‌ی درمانی براي تومورهاي بدخيم مغزي است زيرا طول مدت و كيفيت بقا با  حداكثر برش تومور افزایش می‌یابد [1،2]. بنابراین هدف جراحی تومور مغزی حداکثر رساندن برش تومور و درعین حال پرهیز از قشرهای سخنوری مهم مجاور است که برش ناخواسته آن می‌تواند منجر به عواقب ناگوار عصبی شود. به منظور حفظ عملکرد عصبی حیاتی که در نزدیکی تومور قرار دارد، جراحان مغز و اعصاب باید  قادر به شناسایی محل آناتومیکی قشرهای سخنوری قبل یا حین عمل جراحی باشند.

در گذشته قشرهای سخنوری مانند قشر حرکتی با تحریک مستقیم قشر شناسایی شده‌اند. بعدتر MRI عملکردی وابسته به سطح اکسیژن خون (BOLD fMRI) بطور موفقیت‌آمیز در برنامه‌ریزی و انجام برش تومورهای مغزی مورد استفاده قرار گرفته است [3،4]. با این حال، پی بردند که نقشه‌های BOLD مجاور تومورهای مغزی درستی و صحت محدودی داشته‌اند [5-9]. fMRI BOLD  بر این فرض استوار است که بین فعالیت‌های نورونی و جریان خون یک اتصال وجود دارد. با این وجود رگ‌های جدید تومورهای بدخیم از لحاظ ساختاری و عملکردی[8] از جمله تغییرات در راکتیویته عروقی غیرنرمال هستند [14-10]. به دلیل اینکه BOLD fMRI پاسخ عروقی (به جای فعالسازی نورونی) را اندازه گیری می‌کند، در بیماران مبتلا به تومورهای بدخیم مغز پیدایش رگ‌های جدید غیر طبیعی تومور به افزایش فعالیت عصبی پاسخ نمی‌دهد که منجر به پاسخ خاموش BOLD می‌شود [15]. چند مطالعه اخیر روی موضع آناتومیکی جداشدگی عصبی عروقی کار کرده‌اند را که جداشدگی را با اندازه‌گیری‌های کمی از راکتیویته عروق مغزی با نتایج fMRI BOLD منفی کاذب تعریف کردند [7، 16-18].

در نتیجه مدل‌هایی که یک تابع همودینامیکی یکنواخت به جای غیرنرمال را در سراسر مغز در نظر می‌گیرند، شاید برای تشخیص فعالسازی در یک قشر سخنوری تحت تأثیر تومور کافی نباشد. تجزیه و تحلیل داده‌ها براساس توابع یکنواخت پاسخ همودینامیکی احتمالاً به از دست رفتن فعالسازی (یا خطاهای منفی کاذب) در نقشه‌های پارامتری آماری BOLD منجر شود.

مواد و روش‌کار

این پژوهش کاملاً مطابق با کد اخلاقی انجمن جهانی پزشکی (بیانیه هلسینکی) بود.  بوردهای ناظر مؤسسه‌ای مرکز سرطان Memorial Sloan-Kettering و Weill Cornell Medicine این مطالعه را تایید کردند. به دلیل ماهیت گذشته‌نگر بودن این مطالعه نیازی به اخذ رضایت آگاهانه از بیمار نبود.

اطلاعات بیمار

هر بیمار تحت یک MRI آناتومی مغز و یک fMRI به عنوان بخشی از مراقبت‌های روتین قبل از عمل جراحی قرار گرفتند. همه بیماران طی دو روز پس از MRI تحت عمل جراحی و برش تومور قرار گرفتند. آزمایشات پاتولوژیکی تومورها تشخیص گلیوبلاستوما چندشکلی (N = 9)، آستروسیتومای آناپلاستیک ( (N = 1، گلیومای درجه پایین (N = 5) یا متاستاز (N = 1) را نشان داد. برای مشاهده اطلاعات دموگرافیکی به جدول 1 مراجعه نمایید.

تحلیل داده‌های fMRI

تمام تجزیه و تحلیل داده‌های fMRI و تصویربرداری اکو پلانار (EPI) حبس کردن تنفس با AFNI [19] و MATLAB ورژن b 2007 (Mathworks) انجام شد.

پیش پردازش به شرح زیر انجام پذیرفت: تصحیح حرکت، ایجاد آستانه مغزی در مقابل پس زمینه، پاک کردن روند خطی واکسل ویز از سری‌های زمانی و صاف کردن فضایی واقع در صفحه با هسته گاوسین از کل عرض در نیمه حداکثر = 3 واکسل.

1. تجزیه و تحلیل استاندارد بر اساس ضرایب همبستگی

در این روش استاندارد، تابع شاخص ایده‌آل یا عمل دستوری که دارای اعداد 1 و 0 است برای بیان زمان‌بندی پارادایم‌های حرکتی و گفتاری استفاده شدند. این روش نیز به عنوان یک تقریب دقیق از تابع پاسخ همودینامیکی نیز استفاده شد. تصاویر فعالسازی عمل دستوری با همبستگی سیگنال در هر وکسل یعنی با تابع یکنواخت ایده‌آل تعریف شدند و ضریب همبستگی خطی پیرسون بدست آمد. پاسخ وظیفه دستوری مثبت خیلی مهم مثبت برای بیان شد. این میزان با میانگین متناظر است، به منظور مقایسه با انسجام به عنوان یک آستانه خاص در شبیه سازی‌های عددی تنظیم می‌شود (ادامه را مشاهده نمایید). با این حال، احتمال دنباله یکطرفه برای همبستگی خطی پیرسون برابراست با است. به عبارت دیگر، ارزش p-value دوم به عنوان آماره آزمون برای تعیین اهمیت یک وکسل بکار رفته است. این یک آستانه کاملاً احتیاطی است حتی اگر مشکل آزمون چندگانه در نظر گرفته شود. علاوه بر این، یک آستانه خوشه‌ای ساده استفاده شد؛ فقط خوشه‌های دارای با حداقل دو واکسل مجاور فعالسازی در نقشه‌های نهایی ضرایب همبستگی باقی ماندند.

یافته‌ها

رابطه میان پاسخ عمل دستوری و پاسخ حبس کردن نفس

ما پی بردیم که اغلب پاسخ‌ عمل دستوری مثبت مهم با پاسخ مثبت یا منفی حبس نفس همراه بود. این مسئله در شکل 2 نشان داده شده است که نمودار نقطه‌ای ضرایب همبستگی معمولی R پاسخ عمل دستوری با تابع شاخص وظیفه دستوری و پاسخ حبس نفس با تابع شاخص عمل دستوری را برای تمام وکسل‌های مغزی نشان می‌دهد. خطوط آستانه معنادار را نشان می‌دهند. یک پاسخ وظیفه دستوری معنادار به عنوان > 0.55|R| یا میانگینp-value،تعریف شده است که همان میزان مورد استفاده برای تمام تجزیه و تحلیل‌ها است.

مقایسه روش استاندارد تجزیه و تحلیل و روش منسجم پیشنهادی

بررسی اسکن‌های fMRI که بر روی تصاویر آناتومیکی قرار گرفته، نتایج مشابهی را میان روش تحلیل استاندارد و روش انسجام پیشنهادی نشان داد. تنها تفاوت این بود که نقشه‌های انسجام مناطق بیشتری از فعالسازی در مجاورت و نزدیک تومور را نشان داد. این بررسی یک مطالعه گذشته‌نگر بود و در ارائه واقعی بالینی هر مورد خاص از روش استاندارد استفاده شد؛ روش انسجام بعد از عمل انجام شد. از این رو، تنها می‌توانیم بکارگیری بالینی روش انسجام پیشنهادی را به روش گذشته نگر ارزیابی و برآورد کنیم. با این وجود، ما به این نتیجه رسیدیم که اطلاعات جدیدی که از تجزیه و تحلیل انسجام در دسترس قرار می‌گیرد و به ویژه زمانی که از داده‌های راکتیویته عروقی استفاده شود (اطلاعات که با استفاده از روش تحلیل استاندارد بکار گرفته نشد)، در 12/16 (75٪) اهمیت و معناداری بالینی داشتند. این اهیمت توسط سه مثال زیر نشان داده شده است:

مثال 1

شکل 5 موردی را نشان می‌دهد که فعالسازی نزدیک تومور پاسخ غیرطبیعی BOLD را نشان می‌دهد که توسط روش انسجام بدست آمده، اما با روش استاندارد چنین چیزی را نمی‌توان مشاهده کرد. هماهنگی نقشه راکتیویته عروقی به تجزیه و تحلیل باعث تغییر عمده در فعالسازی شد. در نقشه فعالسازی با استفاده از تجزیه و تحلیل همبستگی استاندارد، می‌توان به طور شفاف فعالسازی در ناحیه Broca در همان سمت تومور را مشاهده کرد اما فعالسازی در محل مورد انتظار منطقه ورنیکه دو طرفه و متقارن است و رابطه بین منطقه ورنیکه و تومور بطور درست تعیین نشده است. در عین حال، روش انسجام به وضوح سمت یا طرف منطقه ورنیکه و ارتباط آن با تومور را مشخص می‌کند. مکان منطقه ورنیکه که در دوره پس از عمل جراحی با استفاده از تصاویر انسجام به دست آمد با مکان منطقه رونیکه که از طریق تحریک قشری مستقیم حاصل شد، مطابقت داشت.

خلاصه

بطور خلاصه وقتی که روش انسجام از جمله راکتیویته عروقی انجام شد تغییرات معناداری را در فعالسازی مشاهده نمودیم. این یافته شاید بطور بالقوه منجر به تغییر فرآیند تصمیم‌گیری جراحی مغز اعصاب شود.

درجه حرکت در پویش‌های حبس کردن نفس و وظیفه دستوری

درجه حركت را در حبس کردن نفس و اسكن‌های این عمل یا وظیفه با استفاده از شش دوره زمانی پارامتر چرخشی و ترجمه تحلیل کردیم از عمل سه بعدي ثبت همزمان در AFNI بدست می‌آید. همانطور که در بخش روش کار بیان شد برای مقایسه میان اسکن‌ها، این پارامترهای حرکتی برای اسکن‌های حبس کردن نفس و وظیفه دستوری به یک شماره واحد تبدیل شدند. عمل دستوری حرکت به طور کلی خیلی کوچکتر از حرکت در حین حبس کردن نفس بود؛ به طور اختصاصی در 18 مورد از 21 اسکن انجام حرکت حین حبس کردن نفس بزرگتر از حین انجام عمل دستوری بود.

بحث

تلاش کردیم که برای تصویربرداری دقیق‌تر مناطق قشر سخنوری در بیماران مبتلا به تومورهای مغزی و برای محدود کردن نتایج منفی کاذب BOLD fMRI، تغییر پاسخ همودینامیکی که مشخصه تومورهای بدخیم است را با اجرای وظیفه دستوری ساده حبس کردن نفس و بکارگیری این اطلاعات در مدلسازی پاسخ BOLD fMRI اصلاح کنیم. همانطور که نمودارهای پراکندگی نقطه‌ای ضرایب همبستگی هر دو پاسخ با تابع شاخص عمل دستوری (شکل 2 و 3) نشان داده شد، پاسخ BOLD حبس کردن نفس اغلب با پاسخ BOLD عمل دستوری حرکتی یا گفتاری در یک بیمار بسته به منطقه رابطه مثبت یا منفی مثبت داشت. بررسی دقیق‌تر پاسخ BOLDنزدیک یک تومور در مثال‌های نمونه نشان داد که علل مختلف را برای همودینامیک تغییریافته مانند تاخیرها و مدت زمان کوتاه پاسخ نشان دادند.

نتیجه‌گیری

BOLD fMRI قبل جراحی توسط پاسخ آهسته BOLD محدود شده است که خود این پاسخ از راکتیویته عروقی غیر نرمال و جداشدگی عصبی عروقی مجاور تومورهای بدخیم مغزی بوجود می‌آید. راهکار برطرف کردن این محدودیت و شناسایی دقیق‌تر مناطق سخنوری مجاور تومورهای مغزی را با بررسی مستقل راکتیویته عروقی پیشنهاد می‌کنیم که این بررسی عمل حبس کردن نفس و ادغام این داده‌ها در روش استاندارد تحلیل BOLD از طریق انسجام را بکار می‌گیرد. تصاویر انسجام ایجاد شده مناطق مهم بالینی فعالسازی را نشان دادند که با استفاده از روش تجزیه و تحلیل استاندارد در 12/16 مورد مشاهده نشد. این تصاویر مکان قرارگیری مناطق گفتاری مجاور تومورهای مغزی را نشان داد که این نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل انسجام از طریق تحریک مستقیم قشری حین عمل جراحی تأیید شد. نتایج اولیه بدست آمده اصل یا قاعده‌ای را نشان می‌دهد حداقل بصورت ناقص با افزودن یک اندازه‌گیری مستقل از راکتیویته عروقی به روش تحلیل استاندارد BOLD جداشدگی عصبی عروقی برطرف شود. جدا شدگی عصبی عروقی بر صحت BOLD fMRI مجاور تومورهای مغزی تأثیر می‌گذارد. این نتایج اولیه و محدود باید در مطالعات آتی اثبات شود.

این مقاله در سال 2017 و توسط گروه رادیولوژی منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله اندازه گیری واکنش عروقی برای غلبه بر جداسازی عصبی عروقی در تصویربرداری در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.