Hostname: page-component-89b8bd64d-mmrw7 Total loading time: 0 Render date: 2026-05-06T13:19:05.776Z Has data issue: false hasContentIssue false

Quantitative Susceptibility Mapping Changes Relate to Gait Issues in Parkinson’s Disease

Published online by Cambridge University Press:  10 November 2022

Nabeela Nathoo
Affiliation:
Department of Medicine (Neurology), University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada
Myrlene Gee
Affiliation:
Department of Medicine (Neurology), University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada
Krista Nelles
Affiliation:
Department of Medicine (Neurology), University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada
Jacqueline Burt
Affiliation:
Department of Medicine (Neurology), University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada
Hongfu Sun
Affiliation:
School of Information Technology and Electrical Engineering, University of Queensland, Brisbane, Australia
Peter Seres
Affiliation:
Department of Biomedical Engineering, University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada
Alan H. Wilman
Affiliation:
Department of Biomedical Engineering, University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada
Christian Beaulieu
Affiliation:
Department of Biomedical Engineering, University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada
Fang Ba
Affiliation:
Department of Medicine (Neurology), University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada
Richard Camicioli*
Affiliation:
Department of Medicine (Neurology), University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada
*
Corresponding author: Dr. Richard Camicioli, MD, FRCPC, FAAN, 7-113J Clinical Sciences Building, 11350-83 Avenue, Edmonton, Alberta, T6G 2G3 Canada. Email: rcamicio@ualberta.ca
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract:

Background:

Quantitative susceptibility mapping (QSM) demonstrates elevated iron content in Parkinson’s disease (PD) patients within the basal ganglia, though it has infrequently been studied in relation to gait difficulties including freezing of gait (FOG). Our purpose was to relate QSM of basal ganglia and extra-basal ganglia structures with qualitative and quantitative gait measures in PD.

Methods:

This case–control study included PD and cognitively unimpaired (CU) participants from the Comprehensive Assessment of Neurodegeneration and Dementia study. Whole brain QSM was acquired at 3T. Region of interests (ROIs) were drawn blinded manually in the caudate nucleus, putamen, globus pallidus, pulvinar nucleus of the thalamus, red nucleus, substantia nigra, and dentate nucleus. Susceptibilities of ROIs were compared between PD and CU. Items from the FOG questionnaire and quantitative gait measures from PD participants were compared to susceptibilities.

Results:

Twenty-nine participants with PD and 27 CU participants were included. There was no difference in susceptibility values in any ROI when comparing CU versus PD (p > 0.05 for all). PD participants with gait impairment (n = 23) had significantly higher susceptibility in the putamen (p = 0.008), red nucleus (p = 0.01), and caudate nucleus (p = 0.03) compared to those without gait impairment (n = 6). PD participants with FOG (n = 12) had significantly higher susceptibility in the globus pallidus (p = 0.03) compared to those without FOG (n = 17). Among quantitative gait measures, only stride time variability was significantly different between those with and without FOG (p = 0.04).

Conclusion:

Susceptibilities in basal ganglia and extra-basal ganglia structures are related to qualitative measures of gait impairment and FOG in PD.

Résumé :

RÉSUMÉ :

Des changements observés à la cartographie quantitative de la susceptibilité, liés à des troubles de la démarche dans la maladie de Parkinson

Contexte :

La cartographie quantitative de la susceptibilité (CQS) permet de visualiser une teneur élevée en fer dans les noyaux basaux (appelés noyaux gris centraux) chez les patients atteints de la maladie de Parkinson (MP), mais peu d’études ont porté sur la quantité de ce corps en relation avec les troubles de la démarche, y compris le blocage brutal à l’initiation de la marche (expression réduite à blocage initial). L’étude avait donc pour but d’établir une relation entre les structures des noyaux basaux et des noyaux extrabasaux, observées à la CQS, et des mesures qualitatives et quantitatives de la démarche dans la MP.

Méthode :

Il s’agit d’une étude cas/témoins menée chez des sujets atteints de la MP ou de troubles cognitifs (TC), ayant participé à l’étude Comprehensive Assessment of Neurodegeneration and Dementia. Une CQS de tout le cerveau a été effectuée avec un appareil 3 T. Les images des régions d’intérêt, tirées au sort manuellement et à l’insu, ont été prises dans le noyau caudé, le putamen, le pallidum, le pulvinar du thalamus, le noyau rouge, la substance noire et le noyau dentelé. Les valeurs de la susceptibilité des régions d’intérêt ont été comparées entre les sujets atteints de la MP et ceux atteints de TC. Une comparaison a aussi été établie entre les éléments tirés du questionnaire sur le blocage initial ainsi que les mesures quantitatives de la démarche enregistrées chez les participants atteints de la MP, et les valeurs de la susceptibilité.

Résultats :

Ont participé à l’étude 29 sujets atteints de la MP et 27 sujets atteints de TC. Aucun écart des valeurs de la susceptibilité, relatives à quelque région d’intérêt que ce soit, n’a été relevé dans les comparaisons entre les TC et la MP (p > 0,05 : tous). Les sujets atteints de la MP, présentant des troubles de la démarche (n = 23) avaient une susceptibilité significativement accrue dans le putamen (p = 0,008), le noyau rouge (p = 0,01) et le noyau caudé (p = 0,03) comparativement à ceux exempts de troubles de la démarche (n = 6). Par ailleurs, les sujets atteints de la MP, présentant un blocage initial (n = 12) avaient une susceptibilité significativement accrue dans le pallidum (p = 0,03) comparativement à ceux exempts de blocage initial (n = 17). Quant aux mesures quantitatives de la démarche, seules les variations du temps d’enjambée différaient grandement entre ceux qui étaient atteints de blocage initial et ceux qui en étaient exempts (p = 0,04).

Conclusion :

La susceptibilité des structures des noyaux basaux et des noyaux extrabasaux est liée aux mesures qualitatives des troubles de la démarche et du blocage initial dans la MP.

Information

Type
Original Article
Creative Commons
Creative Common License - CCCreative Common License - BY
This is an Open Access article, distributed under the terms of the Creative Commons Attribution licence (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), which permits unrestricted re-use, distribution and reproduction, provided the original article is properly cited.
Copyright
© The Author(s), 2022. Published by Cambridge University Press on behalf of Canadian Neurological Sciences Federation
Figure 0

Figure 1: Sample quantitative susceptibility map outlining the regions of interest selected for analysis.

Figure 1

Table 1: Demographics of 29 PD participants. All values reported as mean ± standard deviation or count (%)

Figure 2

Table 2: Susceptibility values (ppm) in CIE (n = 27) and PD (n = 29)

Figure 3

Figure 2: Susceptibility values in those Parkinson’s disease patients with gait impairment compared to those without gait impairment in the (a) putamen, (b) red nucleus, and (c) caudate nucleus.

Figure 4

Table 3: Susceptibility values (ppm) in gait-impaired (n = 23), non-gait-impaired (n = 6), FOG+ (n = 12), and FOG− (n = 17) PD participants

Supplementary material: PDF

Nathoo et al. supplementary material

Nathoo et al. supplementary material

Download Nathoo et al. supplementary material(PDF)
PDF 62.6 KB