Determination of biomarkers for mild cognitive impairment in parkinson`s disease using magnetic resonance spectroscopic imaging

Abstract

Parkinson hastalığı (PH), PH işlevsel normal (PH-KN), PH hafif kognitif bozukluk (PH-HKB) ve PH demans (PHD) olarak sınıflandırılabilmektedir. PH-HKB erken tanısı için noninvazif biyoisaretleyiciler bulmaya ihtiyaç vardır. Proton manyetik rezonans spektroskopik görüntüleme (1H-MRSG), beyindeki metabolik aktivite hakkındaspektroskopik bilgi sağlayan bir noninvazif MR tekniğidir. 19 PH-HKB ve 21 PH-KN hastaları bu çalışmaya dahil edildi ve nöropsikolojik testler uygulandı. Tüm hastalarda çoklu voksel 1H-MRSG verileri alındı. İşlenmemiş MRSG verilerinden çıkarılan 1H MR spektroskopik pik parametre haritaları yaratmak ve onları referans T2-ağırlıklı MR görüntüler üzerine yerleştirmek için bir MRSG veri analiz aracı geliştirildi. T2-ağırlıklı görüntüler üzerine yerleştirilen metabolik haritaları bir MNI152 beyin haritasına çakıştırmak için FMRIB yazılım aracı (FSL) kullanıldı. Mann-Whitney sıra toplam testi uygulanarak, PH-HKB ve PH-KN hastalarının metabolik parametreleri ve nöropsikolojik test skorları arasındaki farklar karşılaştırıldı. Friedman testi ile PH-HKB ve PH-KN hastalarında, farklı beyin bölgelerindeki MR spektroskopik metabolit oranların değişimleri incelendi. Nöropsikolojik test skorlarının MR spektroskopik metabolit oranları ile korelasyonlarına Spearman sıra korelasyon katsayısı kullanılarak bakıldı.Çoklu karsılaştırmaları hesaba katınca, PH-HKB ve PH-KN'nın farklı beyin bölgelerinde MRS metabolitlerinde anlamlı farklılıklar yoktu. Buna rağmen, frontal lob ve serebralbeyaz maddede metabolit farklılıklara dair bir eğilim görüldü. Nöropsikolojik test skorları ve pek çok spektroskopik parametreler arasında bir korelasyon vardı. Bu çalışmanın sonuçları, ileride başka olası MR temelli biyoişaretleyiciler ile birleştirilerek, PH-HKB tanısı için bir biyoişaretleyici tanımlanmasında kullanılabilir.

Parkinson's disease (PD) patients could be categorized as PD with cognitively normal (PD-CN), PD with mild cognitive impairment (PD-MCI), and PD with dementia (PDD). There is a need for finding noninvasive biomarkers for the early diagnosis of PD-MCI. Proton magnetic resonance spectroscopic imaging (1H-MRSI) is a non-invasive MR technique that provides spectroscopic information about metabolic activity of the brain. 19 patients with PD-MCI and 21 patients with PD-CN were included in this study and neuropsychological tests were performed. Multi-voxel 1H-MRSI data were acquired in all patients. An MRSI data analysis tool was developed to create 1H MR spectroscopic peak parameter maps out of raw MRSI data and overlay them onto reference T2-weighted MR images. FMRIB Software Library (FSL) tool was used to register metabolite maps overlaid onto T2-weighted MR images to an MNI152 brain atlas. A Mann-Whitney rank-sum test was applied to compare the differences ofmetabolic parameters and neuropsychological test scores between PD-MCI and PD-CN. A Friedman test was used to analyze the MR spectroscopic metabolite ratio variations in different brain regions of PD-MCI and PD-CN. Spearman rank correlation coefficient was used to find correlations of neuropsychological test scores and MRS metabolite ratios. There were no significant differences in MRS metabolite ratios in different brainregions of PD-MCI and PD-CN after accounting for multiple comparisons. However, frontal lobe and cerebral white matter showed trends for metabolic differences. Neuropsychological test scores were correlated with several spectroscopic parameters. The results of this study might enable a definition of a biomarker for PD-MCI diagnosis in the future, when combined with possible other MR based biomarkers.