Determination of diffusion weighted magnetic resonance imaging based biomarkers of mild cognitive impairment in Parkinson`s disease

Abstract

Parkinson hastalığı (PH) beyin ak maddesinde yarattığı yapısal değişimler sebebiyle,motor problemlere ek olarak, genelde Parkinson hastalığı demansa (PHD)dönüşen bilişsel kayıplara sebep olur. Parkinson hastalığı hafif kognitif bozukluğu (PHHKB),bu bilişsel düşüşün orta seviyesidir. PH-HKB'nin teşhisinde invaziv olmayanbiyoişaretleyicilerin bulunması gerekmektedir. Gruplar arası istatistiksel anlamlı farklarınbelirlenmesi için, 32 PH-HKB, 27 Parkinson kognitif normal hastası (PH-KN)ve 18 sağlıklı kontrol (SK) çalışmaya dahil edilmiştir. Difüzyon ağırlıklı manyetik rezonansgörüntüleme görüntüleme (DA-MRG) verileri 3T Philips klinik MR tarayıcıile alınmıştır. DA-MR görüntülerinden FMRIB yazılım kütüphanesi (FMRIB's SoftwareLibrary - FSL) araçları kullanılarak, fraksiyonel anizotropi (FA) ve ortalamadifüzivite (MD) haritaları çıkarılmıştır. Johns Hopkins Üniversitesi (JHU) 81-DTGatlası ve Montreal Nöroloji Enstitüsü (MNI) atlası bölgeleri üzerinde ortalama FA veMD değerleri hesaplanmıştır. Her bölgede, gruplar arası istatistiksel anlamlı farklarınbelirlenebilmesı için Kruskal Wallis testi ve ikili karşılaştırmalar için, Mann Whitneysıra toplam testi uygulanmıştır. Ayrıca, FA ve MD haritaları, FSL'in yolak bazlıuzamsal istatistik (Tract Based Spatial Statistics - TBSS) yöntemiyle incelenmiş, permütasyontesti uygulanmıştır. Bölgesel sonuçlar, FA ve MD değerlerinin, PH-HKB veSK arasındaki birçok bölgede anlamlı farkların bulunduğunu göstermektedir. TBSSsonuçlarında ise, PH-HKB ve SK arasında bütün bölgelerde fark görülürken, PH-KNve SK arasında hiçbir bölgede fark bulunamamıştır. Bu çalışmada ulaşılan sonuçlar,PH-HKB'nin erken belirlenmesinde yardımcı olabilir.Anahtar Sözcükler: Parkinson hastalığı, hafif kognitif bozukluk, difüzyon ağırlıklımanyetik rezonans görüntüleme.

Parkinson's Disease (PD) results in structural changes on white matter (WM)of the brain, creating cognitive deficits in addition to motor problems generally endingup with Parkinson's disease dementia (PDD). Mild cognitive impairment (MCI)is the middle stage of this cognitive decline. There is a need for finding non-invasivebiomarkers for early diagnosis of PD-MCI. In this study, 27 cognitively intact PD (PDCI),32 PD-MCI and 18 healthy controls (HC) were included to assess the structuraldifferences. Diffusion weighted magnetic resonance images (DW-MRI) were obtainedat a Philips 3T clinical scanner. Fractional anisotropy (FA) and mean diffusivity (MD)maps were estimated from DW-MRI via FMRIB Software Library (FSL) tools. MeanFA and MD values were calculated at regions of Johns Hopkins University (JHU) 81WM atlas and Montreal Neurological Institute (MNI) atlas. For each region, a KruskalWallis test was applied to detect statistically significantly FA or MD differences betweenthe three subject groups, followed by a Mann Whitney rank sum test for pairwisecomparisons. FA and MD maps were also fed into tract based spatial statistics (TBSS)tool of FSL and permutation tests were applied. Region based results showed thatmean FA and MD values significantly differed in some WM regions mostly betweenPD-MCI and HC groups. TBSS results showed that there was a statistically signifi-cant difference between PD-MCI and HC FA maps at all of the regions assessed. Lessnumber of regions had significant FA differences between PD-MCI and PD-CI groups,but no regions were found to be different between PD-CI and HC. The results obtainedwith this study may contribute into an early detection of PD-MCI.Keywords: Parkinson's disease, mild cognitive impairment, diffusion weighted magneticresonance imaging.