Нажмите "Enter", чтобы перейти к контенту

Повреждение микроструктурной ткани в нормальной появляющейся мозговой ткани накапливается с оценкой профиля риска Framingham Stroke: результаты визуализации переноса намагничивания в Австрийском исследовании профилактики инсульта

Microstructural tissue damage in normal appearing brain tissue accumulates with Framingham Stroke Risk Profile Score: Magnetization transfer imaging results of the Austrian Stroke Prevention Study
Источник: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3728562/

Изображения переноса намагничивания обнаруживают изменения в микроструктурной ткани мозга. Мы исследовали связь между оценкой профиля риска Framkeham Stroke Risk (FSRP) и измерениями передачи переноса намагничивания (MTI) в патологической и нормальной появляющейся мозговой ткани у клинически нормальных пожилых людей, чтобы определить, приводит ли риск развития инсульта к разрушению ткани мозга сверх того, что видно на обычных Сканирование МРТ.

Исследовательская когорта взята из Австрийского исследования профилактики инсульта (ASPS). В общей сложности 316 субъектов прошли МТИ и имели полную оценку фактора риска, достаточную для расчета балла FSRP. Было 205 женщин и 111 мужчин со средним возрастом 70,2 года в возрасте от 54 до 82 лет. Субъекты были сгруппированы по четырем категориям риска развития инсульта: от 3% до 88% для мужчин и от 1% до 84% для женщин.

Более высокий балл FSRP был достоверно и независимо связан с сдвигом положения пика MTR, указывающим на глобальные микроструктурные изменения в ткани головного мозга (BT) и в нормальной появляющейся ткани головного мозга (NABT). Средний MTR в гиперинтенсивности белого вещества (WMH) коррелировал обратно с увеличением риска инсульта. Возраст объяснял большую часть различий в пиковой позиции MTR, все остальные факторы риска оценки FSRP вносили существенный вклад, но объясняли только 2% от дисперсии этого показателя МРТ.

Увеличение риска развития инсульта приводит к микроструктурным изменениям мозга, невидимым стандартным МРТ. Необходимо дополнительно определить обоснованность, лежащие в основе патогенные механизмы и клиническую значимость этих аномалий.

Обычная МРТ обнаруживает накопление разрушения ткани головного мозга с возрастом и повышенным риском развития инсульта [1]. «Тихие» поражения включают аномалии белого вещества, лакуны и реже тромбоэмболические инфаркты [2,3]. В недавних исследованиях по изучению тензометрических тензоров (DTI) сообщалось об увеличении риска инсульта, в результате чего микроструктурные повреждения головного мозга были невидимы при стандартных МР-сканированиях. Данные показывают связь между кровяным давлением и целостностью микроструктуры белого вещества в нескольких областях мозга у здоровых взрослых [4]. Соответственно, Кеннеди и Раз [5] сообщили, что увеличение импульсного давления приводит к потере целостности переднего белого вещества и другому исследованию Гонса и др. [6] показали, что гипертензионные изменения DTI в нормальном появляющемся белом веществе предшествовали морфологическому поражению. Изменения микроструктурной ткани не только обнаруживаются DTI, но и визуализацией передачи намагничивания (MTI). MTI основан на обмене намагниченности между тканевой водой и протонами, которые связаны с макромолекулами, такими как липиды миелина и белки. Скорость обмена дает оценку величины этих отсеков, таких как пул связанных протонов. Эффективность переноса намагничивания обычно количественно определяется отношением переноса намагниченности (MTR), которое, как считается, в значительной степени отражает содержание миелина в исследуемых областях мозга [7]. MTR уменьшается с возрастом. Что касается того, что риск инсульта сам по себе также приводит к MTR-обнаруживаемым микроструктурным изменениям мозга, это широко неизвестно. Мы предположили, что повышенная оценка профиля риска Framingham Stroke (FSRP), которая оценивает 10-летнюю вероятность падающего удара у лиц без инсульта [8], связана с уменьшением метрик MTR нормальной появляющейся ткани головного мозга (NABT) независимо от сопутствующей видимой повреждение ткани. Мы протестировали эту гипотезу в выборке из 316 участников Австрийского исследования профилактики инсульта.

Исследовательская когорта состоит из участников Австрийского исследования профилактики инсульта (ASPS) одноцентрового проспективного исследования для жителей города Граца, Австрия. ASPS исследует частоту цереброваскулярных факторов риска и их влияние на морфологию мозга и функцию у нормальных пожилых людей. Дизайн и методы исследования были описаны ранее [9,10]. На основе структурированного клинического интервью и физического и неврологического обследования участники были свободны от явных неврологических или психических заболеваний, включая предыдущие цереброваскулярные атаки и деменцию. Случайно выбранный суб-образец из 1073 участников ASPS принимал участие в исследованиях нейровизуализации, включая МРТ мозга. Зачисление в исследование MRPS ASPS было начато в 1991 году. В период с 2001 по 2005 год MTI был добавлен в протокол сканирования. За это время в исследование входило 372 субъекта. Все они прошли МТИ. Для текущего исследования мы включили те 316 субъектов (205 женщин, 111 мужчин, средний возраст 70,2 года, диапазон 54-82 лет), которые прошли как сканирование MTI, так и полную оценку факторов риска в соответствии с FSRP. Протокол исследования был одобрен и принят комитетом по этике Медицинского университета в Граце, Австрия, и информированное согласие было получено от всех участников исследования.

Факторы риска определялись на основе истории участников и результатов исследования, как описано ранее [10]. Диабет рассматривался, если субъект лечился от диабета во время обследования или если уровень глюкозы в крови натощак был выше 126 мг-1 дл-1 во время обследования. Кровяное давление измеряли сфигмоманометром с произвольным нулем после 5 минут отдыха и в конце учебного визита. Было использовано среднее из двух измерений. Субъекты были классифицированы как бывшие, курильщики или некурящие. Предполагалось, что сердечная болезнь присутствует, если имеются данные об аномалиях сердца, которые, как известно, являются источником эмбриональной эмболии головного мозга, свидетельствуют о ишемической болезни сердца в соответствии с вопросником Роуз или соответствующими результатами ЭКГ (коды Миннесоты: III, 1-3, IV, 1-3, или V, 1-2), или если индивидууму были представлены признаки гипертрофии левого желудочка при эхокардиографии или ЭКГ (коды Миннесоты: III, 1 или IV, 1-3). Фибрилляция предсердий была диагностирована на основании результатов электрокардиограммы, полученных в ходе ознакомительного визита.

Фрамингемский риск инсульта предсказывает вероятность инсульта в течение 10 лет у лиц без инсульта и рассчитывается как описано [8]. Вкратце, факторами риска, включенными в FSRP, являются возраст, систолическое артериальное давление, использование антигипертензивных препаратов, диабет, статус курения, сердечно-сосудистые заболевания, фибрилляция предсердий и гипертрофия левого желудочка. FSRP предоставляет конкретные оценки риска для мужчин и женщин. Оценка варьируется от 1 до 30 баллов для мужчин и от 1 до 27 баллов для женщин. Затем оценка по половому признаку преобразуется в 10-летнюю вероятность инсульта от 3% до 88% для мужчин и от 1% до 84% для женщин.

Методология МРТ, используемая в Австрийском исследовании профилактики инсульта, описана [10,11]. МРТ проводили на 1,5-т магнитах (Gyroscan S 15 и ACS, Philips, Eindhoven, Нидерланды) с использованием протонной плотности и T2-взвешенных последовательностей (время повторения [TR] / время эха [TE], 2000-2500 мс / 30 -90 мс) в поперечной ориентации. В сагиттальной плоскости генерировались T1-взвешенные изображения (TR / TE, 600/30 мс). Толщина среза составляла 5 мм, а матрица изображения составляла 128 × 256 пикселей. Сканирующая плоскость всегда определялась сагиттальным и корональным пилотным сканированием, чтобы обеспечить согласованность угла изображения во время исследования [10]. Гиперинтензии белого вещества (WMH) были определены и оценены по шкале Фазекаса [12] в отсутствие (класс 0) пунктуации (1-й класс), раннего конфлюэнта (класс 2) и конфлюентности (класс 3) WMH, а также полуавтоматические измерения объема WMH как описано в предыдущих публикациях [13]. Сканирование также анализировалось на наличие клинически беззвучных кортикальных инфарктов и лакунов. Кортикальные инфаркты были поражениями, которые имели согласованные характеристики сигнала, связанные с корой, и по типичной схеме ветвления [14,15]. Лакуны были очаговыми поражениями по отношению к CSF с базальными ганглиями, белым веществом, внутренней капсулой, таламусом или мозговым стволом в диапазоне максимального диаметра от 3 до 10 мм [16].

MTI была выполнена после обычного МР-изображения с испорченной трехмерной градиентно-эхо-последовательностью (TE = 4 мс, TR = 26 мс, FA = 20 °, толщина сечения = 3 мм, FOV = 250 мм, матрица = 256 × 256) с без биномиального импульса насыщения (90-180-90 °, максимальная амплитуда = 21 мкТ), охватывающего весь мозг. Карты MTR рассчитывались по формуле MTR = (Mss-Mo) / Mo, где Mss и Mo — интенсивности сигналов, полученные с насыщением MT и без него. Затем они были зарегистрированы в FLAIR-сканировании с использованием автоматизированного аффинного инструмента регистрации (FLIRT, FMRIB Image Analysis Group Oxford).

Показатели MTR оценивались для всей ткани головного мозга (BT), включая мозжечок и головной мозг. Они также регистрировались в нормальной появляющейся ткани головного мозга (NABT), которая была всей мозговой тканью вне WMH и лакунов, а также для WMH. Определение NABT и оценка WMH основаны на сканировании FLAIR. Средний MTR рассчитывался для каждого WMH, маскируя зарегистрированные MTR-карты с помощью WMH-масок. Чтобы уменьшить частичные объемные эффекты, которые могли произойти из-за регистрации изображений и последующей интерполяции, мы уничтожили все маски WMH на 1 пиксель. MTR всех WMH был усреднен для получения среднего разрешенного MTR для каждого испытуемого. Данные MTR в WMH следуют за распределением Гаусса. Поэтому среднее MTR является подходящей мерой для описания данных MTR. Чтобы проанализировать метрики MTR NABT и BT, карты MTR были замаскированы масками WMH после расширения их на 1 пиксель и после удаления ткани без мозгов с помощью инструмента извлечения мозга (BET в составе FSL, http: //www.Fmnb .ox.ac.uk / FSL / bet2 / index.html). Затем все оставшиеся вокселы на картах MTR рассматривались для анализа гистограммы MTR. Для каждой гистограммы мы рассчитали положение пика (то есть значение MTR с наивысшей частотой) и относительную высоту пика (т. Е. Относительное количество вокселов в позиции пика). Среднее значение MTR в NABT не отображается, потому что гистограмма MTR этого тканевого отделения не соответствует распределению Гаусса. Чтобы исправить различия в индивидуальных объемах головного мозга, мы нормировали гистограммы на общее количество вокселей, способствующих гистограмме [17,18].

Для корреляции оценки FSRP с метрикой MTR использовался множественный линейный регрессионный анализ. Анализы были скорректированы на наличие лакунов и кортикальных инфарктов, а также на объем гиперинтенсивности белого вещества. В отдельных анализах также была выполнена корректировка количества лакун и кортикальных инфарктов. Для каждого коэффициента регрессии определяли доверительный интервал 95% и значение р. Были оценены три разных модели для NABT, BT и WMH. Первая модель содержала 10-летнюю вероятность риска инсульта в качестве независимой переменной.

Для модели 2 все субъекты были сгруппированы по четырем категориям в зависимости от вероятности их инсульта, <11% (категория 1), 11-20% (категория 2), 21-30% (категория 3) и> 30% (категория 4 ). Характеристики участников каждой категории показаны в таблице 1. Эти категории использовались в качестве объясняющих переменных для определения возможной зависимости доза-реакция. Третья модель включала каждый отдельный фактор риска для оценки его независимого вклада в показатели MTR. Для значимых связанных факторов риска была определена доля дисперсии MTR, объясняемая данным фактором риска. Мы также определили долю дисперсии, которая объясняется всеми другими факторами риска, скомпилированными, когда наиболее значимый фактор риска уже находится в модели. Поэтому была рассчитана разница между скорректированными коэффициентами определения (R2) модели 3 и моделью, включающей только данный фактор риска. Для оценки значимости R2 и изменения R2 использовали F-тест. Поскольку исследование является исследовательским, никаких исправлений для множественного тестирования не было [19]. Все анализы были выполнены с использованием Stata (Stata Statistical Software, выпуск 6, StataCorp, College Station, TX). Двустороннее р-значение <0,05 считалось статистически значимым.

Как видно из таблицы 2, оценка FSRP была достоверно и независимо связана с пиковой позицией MTR, но не с высотой пика в BT и NABT. Более высокий балл FSRP смещал пик MTR влево. Ассоциации практически не изменились, когда были сделаны корректировки количества кортикальных инфарктов и количества лакунов вместо присутствия или отсутствия этих повреждений. Более высокий балл FSRP также был связан с уменьшением среднего MTR в WMH. На рисунке 1 показана взаимосвязь между категориями возрастающего риска инсульта и пиковой позицией MTR в BT и NABT, а также средним MTR в WMH. На фигуре показана почти линейная обратная связь между увеличением риска развития инсульта и метрик MTR.

При рассмотрении взаимосвязи между отдельными компонентами пиковой позиции FSRP и MTR мы определили возраст как единственный существенный фактор риска для сдвига в пиковой позиции MTR в BT и NABT (данные не показаны). Систолическое артериальное давление не было связано с метрикой MTR при использовании в качестве непрерывной переменной, но когда использовалось квартильное распределение систолического артериального давления, ассоциации с пиковым положением в BT и NABT становились значительными (p для тренда <0,014 и <0,02 соответственно). Обратная зависимость с пиковым положением MTR наблюдалась только при систолическом артериальном давлении ≥151 мм рт. Ст. Возраст объясняет большую часть общей дисперсии в пиковой позиции MTR. Вклад остальных факторов риска FSRP был статистически значимым. Они объяснили только 2% дисперсии сверх того, что было объяснено только возрастом (таблица 3).

Наши данные показывают, что увеличение риска инсульта коррелирует с серьезностью изменений МСТ-микроструктурной ткани в BT, NABT и WMH у лиц среднего и пожилого возраста без клинических признаков или симптомов неврологического заболевания. Более высокие оценки FSRP смещали пик MTR влево, не влияя на высоту пика. Эффект был преимущественно связан с возрастом, существенные факторы риска сосудов внесли значительный вклад, но их совместное влияние на пиковое положение MTR было небольшим.

Пиковая высота и пиковое положение вместе обеспечивают дополнительные взгляды на изменения микроструктурной ткани. Пик на гистограмме представляет собой самый большой компонент ткани, то есть белый цвет. Поэтому высота пика отражает относительное количество вокселей, представляющих белое вещество [20]. Следовательно, уменьшение высоты пика указывает на изменение фокальной ткани, а не на глобальные и диффузные изменения. Напротив, положение пика свидетельствует о глобальных и диффузных изменениях белого вещества. Сдвиг влево в BT и NABT, как видно из нашего исследования, указывает на глобальное снижение MTR в белом веществе, причем демиелинизация является наиболее вероятным гистопатологическим коррелятом [7].

В предыдущих исследованиях сообщалось, что факторы риска FSRP и сердечно-сосудистых заболеваний были связаны с объемом гиперинтенсивности белого вещества [2], а исследование Fungingham Offspring показало положительную корреляцию с тихими мозговыми инфарктами [3].

Наше исследование расширяет эти результаты, поскольку мы показали, что увеличение риска инсульта приводит не только к структурному, но и к разрушению микроструктурной ткани, как определено MTI. Этот вывод подтверждается предыдущим сообщением, касающимся гипертонии и диабета, к метрикам MTR в NABT [18]. Важно отметить, что более высокий FSRP также был связан с уменьшением MTR в WMH, что указывает на то, что профиль риска участников исследования также влиял на тяжесть разрушения ткани при ишемических поражениях, видимых на стандартных МРТ-последовательностях.

Наше исследование имеет несколько преимуществ. Мы включили большое количество здоровых участников исследования и использовали протокол MTI, включающий трехмерную последовательность с высокой частотой повторения импульсов насыщения MT. Мы использовали сверхкороткие (1 мс) биномиальные импульсы насыщения MT и короткую задержку импульса, которые дают более высокий эффект насыщения. Наш дизайн исследования был проспективным, и мы использовали стандартизованный протокол. Ограничениями нашего исследования являются его конструкция поперечного сечения и относительная небольшая изменчивость метрик MTR, встречающихся у бессимптомных индивидуумов. Из-за ограниченного разрешения мы воздержались от сегментации коры, поскольку в противном случае были бы введены частичные объемные эффекты.

Необходимо дополнительно изучить обоснованность, лежащие в основе патогенные механизмы и клиническое значение микроструктурных нарушений головного мозга в результате увеличения оценки риска инсульта. Мы прекрасно понимаем, что FSRP можно рассматривать только как суррогат риска инсульта, и для определения фактического риска развития инсульта у наших участников исследования был бы необходим дизайн продольного исследования. Продольный дизайн также прояснит последовательность результатов МРТ в отношении клинических симптомов. Мы выдвигаем гипотезу о том, что микроструктурные изменения происходят на самых ранних стадиях риска, за которыми следуют видимые клинически бесшумные аномалии мозга и, в конечном счете, клинические симптомы. Наше исследование показывает, что компоненты риска FSRP были в значительной степени связаны с метриками MTR, но объясняли, что только 2% их дисперсии указывают на довольно ограниченную роль этого метода в прогнозировании будущего риска инсульта.

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Эта работа была поддержана проектами Австрийского научного фонда (P20103 и I904).

Связь между пиковой позицией MTR в BT (левая панель) и NABT (средняя панель), а также MTR WMH (правая панель) и категориями вероятности риска удара (обозначена на оси y). Регрессионный анализ с категориями, закодированными как фиктивные переменные, показывает левый сдвиг пика MTR в более высоких категориях по сравнению с категорией 1 в позиции пика BT (категория 2: β = -0,25, 95% CI [-0,64 до 0,13], категория 3: β = -0,39, 95% CI [-0,83-0,04], категория 4: β = -0,80, 95% CI [от 1,22 до -0,34]) и пиковое положение NABT (категория 2: β = -0,29, 95% CI [-0,69 до 0,09], категория 3: β = -0,41, 95% CI [-0,85-0,03], категория 4: β = -0,81, 95% CI [от 1,25 до -0,37]), а также снижение в WMH MTR (категория 2: β = -0,36, 95% CI [от 1,18 до 0,44], категория 3: β = -0,76, 95% ДИ [-1,66-0,12], категория 4: β = -0,94, 95% CI [от -1,85 до -0,04]). Квадраты по оси x указывают β-коэффициенты, а штрихи указывают на 95% CI.

Демографические данные, факторы риска и результаты МРТ в категориях возрастающих показателей профиля риска ритма Framingham.

Данные являются средними ± SD, N (%), проценты основаны на отдельных категориях. Факторы риска, определенные в тексте. МРТ, магнитно-резонансная томография; WMH, Безусловная гиперсовременность; SD, стандартное отклонение.

Множественный линейный регрессионный анализ: показатели SRP и MTTR в разных сегментах ткани.

Небольшие номера отображаются в экспоненциальном формате. FSRP, профиль риска падения Framingham; MTR, коэффициент переноса намагничивания; BT, Brain Tissue; NABT, нормальная появляющаяся ткань головного мозга; WMH, Безусловная неопределенность. β, коэффициент регрессии; CI, доверительный интервал.

Скорректировано на наличие лакунов, кортикальных инфарктов, объем гиперинтенсивности белого вещества.

Доля общей дисперсии в пиковой позиции в БТ и NABT объясняется только возрастом и объясняется вместе всеми другими факторами риска FSRP (за исключением объяснения возраста).

FSRP, профиль риска падения Framingham; BT, Brain Tissue; NABT, нормальная появляющаяся ткань головного мозга.

Скорректировано на наличие лакунов, кортикальных инфарктов, объем гиперинтенсивности белого вещества. Факторы риска, определенные в тексте.

Комментариев нет.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *