Traktografian magneettikuvausparametrien optimointi Parkinsonin taudin ja essentiaalisen vapinan HIFU-hoitojen tarpeisiin

Abstract

Parkinsonintauti (PD) ja essentiaalinen vapina (ET) ovat kaksi yleisintä liikehäiriösairautta Suomessa. Sairauksia ei voida parantaa, mutta oireita voidaan hillitä lääkehoidolla, syväaivostimulaatiohoidolla sekä vuonna 2022 TYKS:ssa aloitetuilla HIFU-hoidoilla. Magneettiohjattu korkeaintensiteettinen kohdennettu ultraäänihoito (MRgHIFU, HIFU-hoito) on non-invasiivinen menetelmä, jolla kyetään tuhoamaan pieniä määriä kudosta. Vapinasairauksien HIFU-hoito perustuu vapinasignaalia välittävän hermoradan katkaisuun ultraäänisäteellä. Hoidon suunnittelussa katkaistavat hermoradat määritetään hermoratakartoituksen eli traktografian perusteella. Traktografia perustuu hermosolujen aksonien sisällä mitattavaan veden rajoitettuun diffuusioon, joka saadaan havaittua diffuusiopainotetulla magneettikuvaustekniikalla (DWI). Diffuusion havaitseminen useassa eri spatiaalisessa suunnassa mahdollistaa diffuusiotensorin (DT) määrittämisen. Traktografia on diffuusiotensorikuvantamisen (DTI) jälkianalyysimenetelmä, jossa tensoreista määritettyä päädiffuusiosuuntaa seurataan hermokuidun suunnan määrittämiseksi. Kohdealue- eli ROI-menetelmää käytetään laskemaan tiettyjen aivoalueiden välillä kulkevat hermoradat. Suurin traktografisen analyysin laatuun vaikuttava tekijä on korkealaatuisen DTI-datan käyttäminen kuitulaskennassa. Tämän tutkimuksen tavoitteena on määrittää optimaaliset DTI-parametrit laadukkaan traktografian ja siten entistäkin turvallisemman HIFU-hoidon saavuttamiseksi. Optimoitaviksi parametreiksi valittiin toistoaika, vokselikoko, b-arvo, diffuusiosuuntien määrä sekä AI-syväoppimisrekonstruktioiden käyttö ja painotuksen suuruus. Eri parametrien vaikutusta arvioitiin DWI-raakakuvien signaali-kohinasuhteiden (SNR) ja traktografiassa laskettujen kuitujen määrien mittaamisella sekä kuituradastojen visuaalisella arvioinnilla. Lisäksi tulosten arvioinnissa huomioitiin potilaiden korkea ikä ja sairauteen liittyvät seikat, jotka asettavat rajoitteita kuvausajalle. Tämän vuoksi optimaalisten parametrien valinnassa pyrittiin siihen, että kuvausaika pysyy mahdollisimman lyhyenä ilman traktografian laadun heikentymistä. Tutkimuksessa havaittiin optimaalisimmat tulokset käyttämällä DTI-kuvauksissa 6400 ms toistoaikaa, 2 mm:n isotrooppista vokselikokoa, 1500 ± 100 s/mm^2 b-arvoa, ja yli 30 suuntaa. AI-rekonstruktion käyttämisellä havaittiin olevan positiivinen vaikutus kuvien SNR:ään ja traktografiaan, mutta lisätutkimuksia suositellaan ennen tekoälyn lisäämistä kliiniseen DTI-sekvenssiin.