Diffusion tensor imaging features of white matter pathways in the brain after COVID-19 infection

Abstract

PurposeTo determine whether there is a difference in apparent diffusion coefficient (ADC) and fractional anisotropy (FA) values in white matter pathways in the subacute period after COVID-19 infection and to evaluate the correlation between diffusion tensor imaging (DTI) metrics and laboratory findings.Material and methodsThe study included 64 healthy controls and 91 patients. Patients were classified as group 1 (all patients, n = 91), group 2 (outpatients, n = 58), or group 3 (inpatients, n = 33). The ADC and FA values were calculated from 10 distinct neuroanatomic localizations; DTI values were compared between groups.ResultsDecreased FA values in the cingulum, corpus callosum splenium and genu (CCS-CCG), forceps major, inferior fronto-occipital fasciculus (IFOF), and middle cerebellar peduncle (MCP) observed in group 1 compared with the control group. Group 1 showed elevated ADC values in CCG. Lower FA and higher ADC values in CCG were shown in group 3. The FA values for CCS, IFOF, and MCP in group 3 were lower than those in the control group. Group 3 had the highest ADC values in the CCS. Additionally, the FA values of the CCG were lower in group 3 than in group 2. Oxygen saturation levels and FA values in the CCG and SFOF exhibited a positive correlation.ConclusionWe speculate that DTI changes in white matter pathways may be associated with axonal damage and demyelination due to impaired white matter integrity following COVID-19 infection during the subacute period.Clinical significanceOur study showed with DTI findings that there is microstructural damage in white matter pathways in the subacute period of COVID-19 infection and that this damage is related to oxygen saturation levels. Many studies in the literature show that microstructural damage in white matter pathways can lead to clinical neurocognitive dysfunction. We suggest that these cases require more comprehensive studies investigating whether chronic white matter damage is reversible and examining its relationship with neurocognitive dysfunctions in the future.Main pointsNeurological involvement is not rare in COVID-19 infection.We examined various white matter pathways with DTI during the subacute period of COVID-19 infection.We showed changes in DTI parameters indicating a decrease in white matter integrity and microstructural damage in the subacute period follow-up of cases with COVID-19.We found that there was a positive correlation between oxygen saturation levels and decreased FA values in white matter tracts.Main pointsNeurological involvement is not rare in COVID-19 infection.We examined various white matter pathways with DTI during the subacute period of COVID-19 infection.We showed changes in DTI parameters indicating a decrease in white matter integrity and microstructural damage in the subacute period follow-up of cases with COVID-19.We found that there was a positive correlation between oxygen saturation levels and decreased FA values in white matter tracts.Main pointsNeurological involvement is not rare in COVID-19 infection.We examined various white matter pathways with DTI during the subacute period of COVID-19 infection.We showed changes in DTI parameters indicating a decrease in white matter integrity and microstructural damage in the subacute period follow-up of cases with COVID-19.We found that there was a positive correlation between oxygen saturation levels and decreased FA values in white matter tracts.Main pointsNeurological involvement is not rare in COVID-19 infection. We examined various white matter pathways with DTI during the subacute period of COVID-19 infection.We showed changes in DTI parameters indicating a decrease in white matter integrity and microstructural damage in the subacute period follow-up of cases with COVID-19.We found that there was a positive correlation between oxygen saturation levels and decreased FA values in white matter tracts. ZielZiel war es zu untersuchen, ob ein Unterschied zwischen dem apparenten Diffusionskoeffizienten (ADC) und den Werten f & uuml;r fraktionale Anisotropie (FA) in den Bahnen der wei ss en Substanz in der subakuten Phase nach einer COVID-19-Infektion besteht, und die Korrelation zwischen Ma ss en der Diffusionstensorbildgebung (DTI) und Laborwerten zu ermitteln.Material und MethodenIn die Studie wurden 64 gesunde Kontrollen und 91 Patienten einbezogen. Die Patienten wurden als Gruppe 1 (Gesamtzahl der Patienten: n = 91), Gruppe 2 (ambulante Patienten: n = 58) oder Gruppe 3 (station & auml;re Patienten: n = 33) klassifiziert. Die Werte f & uuml;r ADC und FA wurden aus 10 verschiedenen neuroanatomischen Lokalisationen errechnet; die DTI-Werte wurden zwischen den Gruppen verglichen.ErgebnisseEs fanden sich verminderte FA-Werte im Bereich von Zingulum, Splenium und Genu des Corpus callosum (CCS-CCG), Forceps major, inferiorem Fasciculus frontooccipitalis (IFOF) und mittlerem Kleinhirnstiel (MCP) in Gruppe 1 im Vergleich zur Kontrollgruppe. Gruppe 1 wies erh & ouml;hte ADC-Werte im CCG auf. Niedrigere FA- und h & ouml;here ADC-Werte im CCG wurden in Gruppe 3 nachgewiesen. Die FA-Werte f & uuml;r CCS, IFOF und MCP in Gruppe 3 waren niedriger als die in der Kontrollgruppe. Gruppe 3 hatte die h & ouml;chsten ADC-Werte im CCS. Au ss erdem waren die FA-Werte f & uuml;r das CCG in Gruppe 3 niedriger als in Gruppe 2. Die Sauerstoffs & auml;ttigung und FA-Werte im CCG und SFOF wiesen eine positive Korrelation auf.SchlussfolgerungSeitens der Autoren wird vermutet, dass DTI-Ver & auml;nderungen in den Bahnen der wei ss en Substanz m & ouml;glicherweise mit Axonsch & auml;digungen und Demyelinisierung aufgrund beeintr & auml;chtigter Integrit & auml;t der wei ss en Substanz nach einer COVID-19-Infektion w & auml;hrend der subakuten Phase einhergehen.Klinische BedeutungDie vorliegende Studie zeigte anhand der DTI-Befunde, dass eine mikrostrukturelle Sch & auml;digung in den Bahnen der wei ss en Substanz in der subakuten Phase einer COVID-19-Infektion besteht und dass diese Sch & auml;digung zur Sauerstoffs & auml;ttigung in Beziehung steht. Zahlreiche Studien in der Literatur zeigen, dass eine mikrostrukturelle Sch & auml;digung in den Bahnen der wei ss en Substanz zu klinischer neurokognitiver Funktionsst & ouml;rung f & uuml;hren kann. Den Autoren zufolge sind f & uuml;r diese F & auml;lle weitere umfassenden Studien erforderlich, um zu untersuchen, ob eine chronische Sch & auml;digung der wei ss en Substanz reversibel ist, und um deren Beziehung zu neurokognitiven Funktionsst & ouml;rungen in der Zukunft zu bestimmen.HauptaspekteEine neurologische Beteiligung bei einer COVID-19-Infektion ist nicht selten.Verschiedene Bahnen aus wei ss er Substanz wurden mittels DTI w & auml;hrend der subakuten Phase einer COVID-19-Infektion untersucht.Es wurden Ver & auml;nderungen von DTI-Parametern nachgewiesen, die Hinweise auf eine Abnahme der Integrit & auml;t der wei ss en Substanz und mikrostrukturelle Sch & auml;den w & auml;hrend der Nachbeobachtung von F & auml;llen mit einer COVID-19-Infektion in der subakuten Phase gaben.Zwischen der Sauerstoffs & auml;ttigung und verminderten FA-Werten in den Bahnen der wei ss en Substanz stellte sich eine positive Korrelation heraus.HauptaspekteEine neurologische Beteiligung bei einer COVID-19-Infektion ist nicht selten.Verschiedene Bahnen aus wei ss er Substanz wurden mittels DTI w & auml;hrend der subakuten Phase einer COVID-19-Infektion untersucht. Es wurden Ver & auml;nderungen von DTI-Parametern nachgewiesen, die Hinweise auf eine Abnahme der Integrit & auml;t der wei ss en Substanz und mikrostrukturelle Sch & auml;den w & auml;hrend der Nachbeobachtung von F & auml;llen mit einer COVID-19-Infektion in der subakuten Phase gaben.Zwischen der Sauerstoffs & auml;ttigung und verminderten FA-Werten in den Bahnen der wei ss en Substanz stellte sich eine positive Korrelation heraus.HauptaspekteEine neurologische Beteiligung bei einer COVID-19-Infektion ist nicht selten.Verschiedene Bahnen aus wei ss er Substanz wurden mittels DTI w & auml;hrend der subakuten Phase einer COVID-19-Infektion untersucht.Es wurden Ver & auml;nderungen von DTI-Parametern nachgewiesen, die Hinweise auf eine Abnahme der Integrit & auml;t der wei ss en Substanz und mikrostrukturelle Sch & auml;den w & auml;hrend der Nachbeobachtung von F & auml;llen mit einer COVID-19-Infektion in der subakuten Phase gaben.Zwischen der Sauerstoffs & auml;ttigung und verminderten FA-Werten in den Bahnen der wei ss en Substanz stellte sich eine positive Korrelation heraus.HauptaspekteEine neurologische Beteiligung bei einer COVID-19-Infektion ist nicht selten.Verschiedene Bahnen aus wei ss er Substanz wurden mittels DTI w & auml;hrend der subakuten Phase einer COVID-19-Infektion untersucht.Es wurden Ver & auml;nderungen von DTI-Parametern nachgewiesen, die Hinweise auf eine Abnahme der Integrit & auml;t der wei ss en Substanz und mikrostrukturelle Sch & auml;den w & auml;hrend der Nachbeobachtung von F & auml;llen mit einer COVID-19-Infektion in der subakuten Phase gaben.Zwischen der Sauerstoffs & auml;ttigung und verminderten FA-Werten in den Bahnen der wei ss en Substanz stellte sich eine positive Korrelation heraus.