[論文レビュー] White matter deficits underlie the loss of consciousness level and predict recovery outcome in disorders of consciousness

Xuehai Wu, Jiaying Zhang+13 more|arXiv (Cornell University)|Nov 24, 2016

Traumatic Brain Injury Research参考文献 32被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、拡散テンソル画像法（DTI）を用いて意識障害（DOC）患者における白質（WM）の異常を同定し、分数量子（FA）の低下と拡散度の上昇が意識レベルの障害と関連することを示した。左上位小脳脚における径方向拡散度と右側縦状帯におけるFAが、それぞれ87.5%および75%の正確さで回復を予測した。

ABSTRACT

This study aimed to identify white matter (WM) deficits underlying the loss of consciousness in disorder of consciousness (DOC) patients using Diffusion Tensor Imaging (DTI) and to demonstrate the potential value of DTI parameters in predicting recovery outcomes of DOC patients. With 30 DOC patients (8 comatose, 8 unresponsive wakefulness syndrome/vegetative state, and 14 minimal conscious state) and 25 patient controls, we performed group comparison of DTI parameters across 48 core WM regions of interest (ROIs) using Analysis of Covariance. Compared with controls, DOC patients had decreased Fractional anisotropy (FA) and increased diffusivities in widespread WM area.The corresponding DTI parameters of those WM deficits in DOC patients significantly correlated with the consciousness level evaluated by Coma Recovery Scale Revised (CRS-R) and Glasgow Coma Scale (GCS). As for predicting the recovery outcomes (i.e., regaining consciousness or not, grouped by their Glasgow Outcome Scale more than 2 or not) at 3 months post scan, radial diffusivity of left superior cerebellar peduncle and FA of right sagittal stratum reached an accuracy of 87.5% and 75% respectively. Our findings showed multiple WM deficits underlying the loss of consciousness level, and demonstrated the potential value of these WM areas in predicting the recovery outcomes of DOC patients who have lost awareness of the environment and themselves.

研究の動機と目的

• 意識障害（DOC）患者における意識障害と関連する白質（WM）障害を同定すること。
• DTIから得られるWMパラメータと意識レベルの臨床的尺度との関係を検討すること。
• DOC患者の3か月後の回復予後について、WMの整合性の予測的価値を評価すること。
• 標準化された神経画像診断指標を用いて、DOC患者と健常者対照群との間でのWM異常を比較すること。

提案手法

• 30例のDOC患者と25例の患者対照群を対象に、48の白質領域のROI（領域としての注目点）におけるDTIパラメータの群間比較を実施した。
• 分散分析（ANCOVA）を用いて、分数量子（FA）、平均拡散度（MD）、軸方向拡散度（AD）、径方向拡散度（RD）の差を評価した。
• DTIパラメータと臨床尺度（コマ回復尺度改訂版（CRS-R）およびグレーシャル・コマ尺度（GCS））の相関を分析した。
• 受信者操作特性（ROC）解析を用いて、3か月後の回復予後に対するWM指標の予測正確性を評価した。
• グレーシャル・アウトカムスケール（GOS）スコア（GOS > 2 対 ≤2）に基づいて回復予後を分類した。
• 特に左上位小脳脚および右側縦状帯といった特定のWM線条を対象に、予測モデリングを実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 意識障害（DOC）患者と対照群との比較において、どの白質領域に顕著な微細構造的異常が認められるか？
• RQ2 DTIパラメータ（FA、MD、AD、RD）は、意識レベルの臨床的尺度（CRS-RおよびGCS）とどのように相関するか？
• RQ3 特定の白質整合性指標は、スキャン後3か月以内に意識を回復するかどうかを予測できるか？
• RQ4 どのWM線条がDOC患者の回復予後において最も高い予測正確性を示すか？

主な発見

• DOC患者は、対照群と比較して広範な白質領域において有意に低い分数量子（FA）と高い拡散度（MD、AD、RD）を示した。
• 障害を受ける白質領域のDTIパラメータは、CRS-RおよびGCSスコアと有意に負の相関を示し、微細構造的障害が強いほど意識レベルが低下することを示した。
• 左上位小脳脚における径方向拡散度は、3か月後のフォローアップで回復予後を87.5%の正確さで予測した。
• 右側縦状帯における分数量子（FA）は、回復予後を75%の正確さで予測した。
• 特に小脳脚および連合線条に位置する主要な線条におけるWM整合性指標の組み合わせは、臨床的回復の予測可能性が非常に高かった。
• これらの結果は、DOCにおける意識障害の核心的生物学的基盤として、白質の微細構造的障害が関与しており、予後予測のバイオマーカーとしての可能性を示唆している。