التحقيق في تأثير الارتجاجات الرياضية ذات الصلة في الشباب باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي ، ونظام القياس عن بعد الأثر الرئيسي

توفر هذه المقالة لمحة عامة عن نهج متعدد الوسائط لصدمة خفيفة في الدماغ تشخيص الاصابة والانتعاش في الشباب. يجمع هذا النهج اختبار العصبية مع التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي ، ونظام القياس عن بعد الأثر الرئيسي لرصد العلاقة بين الرأس وآثار نشاط الدماغ أثناء الاختبار المعرفي.

واحدة من الإصابات الأكثر شيوعا في الأطفال الذين يشاركون في الألعاب الرياضية وارتجاج خفيف أو إصابات في الدماغ (mTBI) ^1. الأطفال والشباب المشاركين في الألعاب الرياضية المنظمة مثل الهوكي تنافسية ما يقرب من ست مرات أكثر عرضة للإصابة بارتجاج شديد بالمقارنة مع الأطفال المشاركين في الأنشطة الترفيهية الأخرى المادية ^2. في حين أن عقابيل المعرفية الأكثر شيوعا من mTBI تظهر مشابهة للأطفال والكبار ، وملف استرداد وعرض النتائج في الأطفال ما زال مجهولا الى حد بعيد ² ، وكذلك تأثير في مرحلة ما قبل الاصابة الخصائص (مثل الجنس) وتفاصيل الإصابات (مثل حجم واتجاه التأثير) على المدى الطويل النتائج. الرياضات التنافسية ، مثل الهوكي ، والسماح للفرصة نادرة للاستفادة من التصميم المسبق للحصول على آخر ما قبل الاصابة البيانات قبل حدوث ارتجاج الشباب على خصائص وأداء وربط هذا الضرر نتيجة ليلي. أهدافنا الأساسية هي لتحسين تشخيص الأطفال ارتجاج وإدارة البحوث على أساس أدلة غير خاصة للأطفال والشباب. للقيام بذلك نستخدم جديدة ، ونهج متعدد الوسائط والتكاملية التي من شأنها أن :

1.Evaluate التأثيرات المباشرة للصدمات الرأس في الشباب
2.Monitor القرار في مرحلة ما بعد الارتجاج الأعراض (PCS) ، والأداء الإدراكي أثناء الاسترداد
3.Utilize أساليب جديدة للتحقق من إصابات الدماغ والإنعاش

لتحقيق أهدافنا ، قمنا بتنفيذ القياس الأثر الرئيسي (HIT) النظام. (Simbex ؛ لبنان ، ونيو هامبشاير ، الولايات المتحدة). يزود هذا النظام متاحة تجاريا ايستون الهوكي S9 خوذات (ايستون بيل الرياضة ؛ فان نويس ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية) مع محور واحد التسارع المصممة لقياس تسارع الرأس في الوقت الحقيقي خلال مشاركتها الرياضة الاتصال ^3-5. باستخدام تكنولوجيا القياس عن بعد ، يمكن لحجم التسارع ومكان كل الآثار الرأس خلال الكشف عن المشاركة الرياضية بموضوعية وتسجيلها. ونحن أيضا استخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (الرنين المغناطيسي الوظيفي) لتوطين وتقييم التغيرات في النشاط العصبي وتحديدا في الفص الجبهي الإنسي الزمنية وأثناء أداء المهام المعرفية ، لأن تلك هي المناطق الأكثر حساسية المخ لاصابة في الرأس concussive ^6. أخيرا ، ونحن الحصول على بيانات حساسة التصوير الهيكلي للتلف في المادة البيضاء في الدماغ.

1. الحصول على ما قبل الاصابة العصبية على الأساس الشخصي بالموضوع

1. قبل أن تخضع للاختبار قادمة ، وضمان جميع المعدات تعمل بشكل سليم وجاهز للاختبار ، وأنه في غرفة خالية من الانحرافات لا لزوم لها.
2. بعد مراجعة الموضوع وموافقة الوالدين ، وقياس محيط تخضع سجلها في الطول والوزن والرأس.
3. إدارة تقييم التوازن بينما يخضع يقف على لوحة القوة في الترتيب التالي من الشروط : A1 -- على لوحة القوة ، وعيون مفتوحة ؛ A2 -- على لوحة القوة ، مغمض العينين ؛ A3 -- على لوحة القوة في حين يرتدي القبة الصراع البصرية.
4. مكان AirexBalance وسادة على رأس قوة من لوحة الادارة وتكرار الظروف تقييم الرصيد (A1 - A3) وجود موقف الموضوع على أعلى لوحة AirexBalance وسادة والقوة معا.
5. وسجل قياس قوة قبضة اليد وإدارة اختبار pegboard مخدد لكلا اليدين اليمنى واليسرى.
6. إدارة اختبار القفز القفز على حصيرة ، أولا من وضع القرفصاء ثم مكافحة حركة ، واستكمال 3 محاكمات لكل موقف.
7. إجراء اختبار المحطة القصوى الانكماش الطوعي باستخدام القوة ، وشريط لوحة القوة.
8. إدارة العصبية بطارية اختبار في الترتيب التالي وفقا لتعليمات دليل التقييم : أعراض ما بعد الارتجاج النطاق المنقحة ؛ الطفل المرجعية التسجيل الذاتي تقرير ؛ اترلو استبيان الإنصاف ؛ ري اختبار مجمع الشكل : محاكمة نسخ ؛ الطلاقة اللفظية اختبار ؛ ري اختبار مجمع الشكل : فوري الابتدائية استدعاء ؛ اللفظية المهام الذاكرة العاملة ؛ ري السمعي تجارب التعلم اللفظي ؛ ري اختبار الشكل المعقدة : تأخر المحاكمة استدعاء ؛ ري اختبار الشكل مجمع : محاكمة الاعتراف ؛ لون ستروب واختبار الكلمة ؛ اختبار رمز طرائق سيارة ؛ لون طفولة مسارات اختبار ؛ العامل المرئي المهام الذاكرة ؛ ري السمعي تجارب التعلم اللفظي : استدعاء المؤجلة ؛ ري اختبار التعلم السمعي اللفظي : محاكمة الاعتراف ؛ طفولة الايقاع السمعي المهام الانتباه التسلسلي (انظر الشكل رقم 1 لتوضيح المهام اللفظية والبصرية الذاكرة العاملة).
9. الاختبارات النفسية العصبية نتيجة اتباع الإرشادات اختبار دليل المقابلة حيثما كان ذلك مناسبا.
10. إدخال جميع درجات الاختبار في قاعدة بيانات.

2. الحصول على الهيكلية والوظيفية صور الرنين المغناطيسي على خط الأساس بالموضوع

1. قبل جلسة الاختبار ، وإجراء الفحص بالرنين المغناطيسي مقابلة عبر الهاتف لضمان خضوع المشاركين يمكن بأمان التصوير بالرنين المغناطيسي.
2. لدى وصوله للدورة الاختبار ، استعراض موافقة / موافقة النموذج مع هذا الموضوع ، والأم (ق) ، وتكرار فحص بالرنين المغناطيسي ، وتوفير توجه شامل ونظرة عامة للآلة التصوير بالرنين المغناطيسي والتجربة بطريقة تناسب أعمارهم. أسأل ما إذا كان هذا الموضوع لديه أي أسئلة.
3. وتخضع إزالة جميع المعادن والمجوهرات والاكسسوارات والكائنات من الجيوب.
4. شرح كيفية الموضوع هو للرد على الحوافز التي قدمت أثناء مهمة عمل الذاكرة عن طريق استخدام مجاذيف Lumitouch (التصوير بالرنين المغناطيسي آمن "الفأر" مع أزرار اليمين واليسار فقط).
5. وقد الأذن إدراج موضوع المقابس.
6. وهذا الموضوع الاستلقاء على السرير الماسح الضوئي.
7. موقف رئيس في لفائف الرأس والاستقرار في الرأس باستخدام الرغاوي ويدرج رباط تذكير عبر جبهته. ينبغي للمشارك تتطلب العدسات التصحيحية لرؤية شاشة الكمبيوتر ، يصلح لهم MRI المتوافقة مع القوة نظارات طبية مناسبة.
8. نقل السرير في الماسح الضوئي الماسح الضوئي.
9. مكان شاشة الفيديو خارج تحمل من الماسح الضوئي وتخضع لتوجيه المرآة على لفائف الرأس حيث سيتم المتوقع أن مهمة الذاكرة العاملة.
10. الحصول على صورة T1 المرجحة الهيكلية باستخدام التدرج مدلل 3D مع إعداد انقلاب (3D - SPGR IRprep) (انظر الجدول رقم 1 للحصول على وصف كامل للمعلمات المسح).
11. إدارة المهام الذاكرة العاملة وجمع الصور باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي احد بالرصاص T2 *- التصوير مرجح مع دوامة داخل / خارج قراءات ^7.
12. الحصول على صورة FLAIR.
13. الحصول على صورة PD/T2 المرجح استخدام مزدوج صدى صدى سريع الدوران (2D - FSE - XL) باستخدام الأصول. تشغيل الأصول قبالة إذا رأيت hyperintensities المادة البيضاء على الصورة FLAIR.
14. *- الحصول T2 الصور باستخدام التدرج الهيكلي الموزون ، وأشار الصدى (GRE).
15. 2 الحصول على نشر الموترة التصوير (DTI) قواعد البيانات (3 إذا سمح الوقت) باستخدام واحد بالرصاص التصوير بالصدى مستو مع المزدوجة تدور الصدى.
16. إزالة الموضوع من الماسح الضوئي.

3. تسجيل قوة واتجاه الفعالية لرئيس باستخدام القياس الأثر الرئيسي (HIT) النظام

1. الحصول على تناسب المناسبة للهوكي على رأسه خوذة تخضع ل.
2. إزالة البطاريات من خوذة والتهمة تماما ، ثم العودة إلى الخوذة.
3. تأكد من أن الخوذات ونظام HIT يتم ارسال واستقبال البيانات ، على التوالي ، قبل جمع بيانات اللعبة.
4. جمع البيانات أثناء اللعب ، recordiنانوغرام في كل فترة الهوكي إيقاف وبدء الزمن.
5. ترسل البيانات عبر آلية لمعالجة متزامنة لSimbex باستخدام اتصال بالإنترنت.

4. بعد أداء mTBI العصبية متابعة الفحوصات

1. في نفس اليوم كما هو تلقى تقريرا الاصابة ، أكمل نموذج تبليغ عن الإصابات هيت مع الوالد للحصول على تفاصيل السريرية والفنية المتعلقة الاصابة.
2. إدارة PCS - R لتحديد الموضوع وشدة الأعراض الحالية.
3. اليوم ما يقرب من 1 في مرحلة ما بعد الإصابة : إدارة PCS - R. إذا لم يتم حلها الأعراض (أي لم يعودوا الى مستويات خط الأساس) ، لا إدارة كاملة بطارية اختبار العصبية.
4. إذا ظهرت أعراض تخضع للتصريح ، واستكمال تقييم التوازن (يرجى الرجوع إلى 1.3 و 1.4) ، واختبار القفز (راجع 1.6).
5. إذا ظهرت أعراض تخضع للتصريح ، ويدير المحطة القصوى اختبار الانكماش الطوعي (راجع 1.7).
6. إذا ظهرت أعراض تخضع للتصريح اكتمال الاختبارات البدنية مرة واحدة ، إدارة اللفظية والبصرية المهمة الذاكرة العاملة.
7. تواصل إدارة PCS - R الأعراض حتى يكون حل (أي العودة إلى مستويات خط الأساس) وفقا للجدول الزمني المبين في الجدول 2.
8. اليوم ما يقرب من 5 في مرحلة ما بعد الإصابة : إدارة PCS - R. إذا لم يتم حلها الأعراض تسلسل تكرار التجارب أعلاه (يرجى الرجوع إلى 4،3-4،6).
9. إذا ظهرت أعراض ما زالت لم تحل بعد 7 أيام بعد الإصابة ، ما زالت إدارة PCS - R الأسبوعية الأعراض حتى حلها.
10. للمواضيع التي الأعراض قد حل ، كرر الخطوات من 1،2-1،9.
11. انتقل إلى الهيكلية والوظيفية MRI الدورة متابعة المسح الضوئي (راجع القسم 5).

5. الحصول على الهيكلية والوظيفية في مرحلة ما بعد التصوير بالرنين المغناطيسي mTBI متابعة الصور

1. الجدول الزمني الموضوع لمتابعة دورة المسح في غضون 72 ساعة بعد الاصابة.
2. كرر الخطوات 2،2-2،16 المذكورة أعلاه.
3. إذا كانت الأعراض هي التي لم تحل في وقت أول متابعة الدورة المسح الضوئي وجدولة المتابعة الثاني دورة المسح مرة واحدة يتم حلها الأعراض وكرر الخطوات 2،2-2،16 كما المذكورة أعلاه.

6. أداء بالموضوع التحكم متطابق العصبية متابعة الفحوصات

1. فحص المسجلين الأعمار (أي سنة وأشهر) من جميع المواد الدراسية في التجربة وإنشاء قائمة من العمر ونوع الجنس المحتملة المتطابقة الضابطة وفقا لتواريخ ميلاد الموافق في غضون 3 أشهر في السنة التقويمية ذاتها لكل موضوع mTBI.
2. الاتصال الضابطة الدورة والجدول الزمني الاختبار.
3. بروتوكول تكرار الاختبار لهذا الموضوع mTBI المتطابقة مع احترام لتوقيت وعدد من الدورات للمتابعة. كرر الخطوات 1،2-1،16 أعلاه ، كما هو مبين. على سبيل المثال ، إذا تم حل هذا الموضوع mTBI الأعراض في غضون 24 ساعة ، وأنها استكملت دورة واحدة فقط اختبار المتابعة التي تضمنت البطارية بالكامل العصبية ، ثم تكرار هذا البروتوكول مع موضوع مكافحة المتطابقة.
4. انتقل إلى الهيكلية والوظيفية MRI الدورة متابعة المسح الضوئي (راجع القسم 7).

7. الحصول على الهيكلية والوظيفية MRI بالموضوع التحكم متطابق صور

1. كرر الخطوات 2،2-2،16 المذكورة أعلاه.
2. إذا كان موضوع السيطرة الملائمة لموضوع mTBI الذين استكمال مشروعين متابعة دورات المسح بسبب الأعراض التي لم تحل ، والجدول الزمني جلسة فحص آخر مطابقة الفاصل الزمني بين الدورتين (أي عدد أيام) ، وكرر الخطوات 2،2-2،16 كما المذكورة أعلاه.

8. بيانات التحاليل

1. حساب الإحصاءات الوصفية (الانحراف المتوسط ​​والمعياري) لحجم وعدد الزيارات لرئيس لكل لاعب كما تم الحصول عليها من نظام جنيه ، وتطبيع البيانات لكل لاعب في المباراة الواحدة.
2. حساب درجة تغير من خط الأساس لكل درجة اختبار العصبية عبر كل mTBI والضابطة المتطابقة.
3. إجراء مطابقة عينات اختبار t مع مجموعة والتغيير بين الموضوعات وعامل (أي سيطرة مقابل mTBI) اختبار العصبية في الأداء كمتغير تابع لتحليل تأثير على وظيفة mTBI العصبية.
4. استخدام الصورة السريرية PD/T2-weighted مجموعات لتوليد التدابير الحجمي كامل الدماغ لقياس تورم في الدماغ العالمية على الفور بعد mTBI.
5. لكل موضوع mTBI ، يتم استخدام الصور T1 المرجحة لحساب تغييرات التنسيق في حجم الأنسجة باستخدام اثنين من حسابات مجانية من حقول تشوه غير الخطية. أولا ، سجل بفحص خط الأساس لكل من يمسح المتابعة. الثانية ، لحساب تشوه بين أزواج متتالية من التفحص ، للقبض على المدى القصير المسح إلى تفحص الاختلافات.
6. تصحيح البيانات زارة التجارة والصناعة لالدوامة الجارية التشوهات والحركة الرأس ، وإعادة توجيه اتجاهات التدرج قبل حساب المعلمات الموترة نشرها. لmTBI مقابل عدمmTBI مجموعة دراسات ، واستخدام أسلوب يستند إلى إحصاءات الجهاز المكانية (TBSS) ، قدم مؤخرا من قبل مجموعة أكسفورد ^8.
7. تحديد أي hyperintensities المادة البيضاء على الصور وFLAIR microbleeds على الصور GRE لفصل مناطق بيضاء تظهر المسألة عادية من تلك التي عانت من أضرار بعد mTBI ^9. استخدام هذه المواقع لاستخراج الكمية المستمدة من التدابير زارة التجارة والصناعة (تباين كسور ، اتحاد كرة القدم ، يعني الانتشارية ، D ، والانتشارية الشعاعية ، DR).
8. لتحليل زارة التجارة والصناعة وترتبط القيم فوكسل TBSS مع البيانات telemetery هيتس (أي حجم وعدد الزيارات في الرأس) ، وذلك باستخدام التحليل متعدد المتغيرات الجزئية أقل المربعات الطريقة ^{10 -- 13.} الجزئي المربعات (PLS) هو أسلوب متعدد المتغيرات التي يمكن أن تحدد كامل الدماغ أنماط النشاط التي تختلف مع الظروف التجريبية أو السلوك.
9. صور الرنين المغناطيسي الوظيفي قبل عملية عبر coregistration المكاني لمجلد منها إيمانية في وقت مبكر من التصوير الأول تشغيل لتصحيح حركة الرأس ، متبوعا الاستيفاء 3D تحويل فورييه.
10. تطبيع الحركة مكانيا لتصحيح الصور إلى قالب في المنزل باستخدام الرنين المغناطيسي الوظيفي دوامة أفيني 12 معلمة تتحول مع الاستيفاء سينك وسلس مع مرشح التمويه من 6 ملم ذات العرض الكامل ، على نصف الحد الأقصى لزيادة الإشارة إلى الضوضاء النسبة.
11. إزالة مجلدات الصور الأولية الخمسة في كل تشغيل ، في إشارة عابرة التغيرات التي تحدث في الدماغ مغنطة تصل إلى حالة مستقرة.
12. إجراء تحليلات حيد المتغير باستخدام الخرائط الإحصائية البارامترية 2 (SPM2) حيث يتم تحديد ناقلات convolved الصورة المقابلة للوقت بداية كل حدث مع الدورة الدموية وظيفة والاستجابة (قوة حقوق الإنسان) ، ودخلت في الانحدار الخطي فوكسل الحكيم متعددة ^14.
13. حساب تقديرات معلمة لكل من المتغيرات التي تعكس التغيرات في إشارة BOLD لكل نوع الحدث ، نسبة إلى الأساس.
14. استخدام فوكسل المستوى تي إحصاءات مقارنة لأداء يتناقض نشاط مناطق الدماغ التي تعمل بشكل مختلف أنحاء المهام (مثل الذاكرة العاملة مقابل مهمة المراقبة) والجماعات (مثل mTBI مقابل الضوابط).
15. الجمع بين المعلومات الواردة من نظام جنيه (أي متوسط ​​حجم الآثار رئيس لكل لاعب) مع الهيكلية والوظيفية البيانات تصوير الأعصاب. لتقييم هذه العلاقات المتبادلة ، واستخدام PLS التحليل.
16. استخدام متوسط ​​حجم الآثار رئيس لكل لاعب لتشغيل PLS السلوكية التي سوف تتصل حجم متوسط ​​إلى الاختلافات في أنماط نشاط المخ أثناء أداء المهمة على الذاكرة العاملة.

9. ممثل النتائج

نظام القياس رئيس الأثر

يصور الجدول 3 البيانات الكمية المقابلة المسجلة للآثار هو موضح في الشكل 2. ذروة التسارع الخطي هو أقصى تسارع خطي من رئيس لاعب خلال الأثر. وحدات هي وز. أ ز هو تسارع الجاذبية عند مستوى سطح البحر (9.8 متر مربع لكل ثانية). تسارع دوران الذروة هو أقصى تسارع دوران رأس اللاعب خلال الأثر. وحدات مربعة هي راديان في الثانية. السمت هو قياس تأثير الموقع. يتم تعريف السمت من -180 درجة إلى 180 درجة مع 0 درجة في الجزء الخلفي من الرأس والسمت الإيجابي إلى الجانب الأيمن من الرأس. الارتفاع هو تدبير آخر من موقع التأثير. يتم تعريف الارتفاع من 0 درجة (أفقيا الطائرة التي تمر عبر مركز رئيس الجاذبية) إلى 90 درجة (تاج الرأس).

التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي

الشكل 3 يصور المسلسل نتائج الرنين المغناطيسي الوظيفي من الرياضيين) concussed مع الأعراض والقرار ب) مع عدم وجود أعراض القرار. ملاحظة : المهمة ذات الصلة لوحظ بشكل واضح أنشطة الدماغ في المنطقة الأمامية فقط في القرار مع الرياضيين الأعراض.

الشكل 1. رسم تخطيطي لأمر المهمة خارجيا الذاكرة العاملة.

الشكل 2. مثال على بيانات تظهر واجهة النظام HIT ناقلات الاتجاه يشير إلى مكان لمشاهدة six موضح في الجدول رقم 3. Simbex 2006.

الشكل 3. نتائج الرنين المغناطيسي الوظيفي المسلسل من الرياضيين) concussed مع الأعراض والقرار ب) مع عدم وجود أعراض القرار. PCS = أعراض ما بعد الارتجاج ، ن = عدد من الموضوعات ؛ ▲ = تغيير جريء في مستوى الأوكسجين في الدم مؤشرا يعتمد ؛ DLPC = قشرة الفص الجبهي ظهراني.

الجدول 1. تفاصيل المسح الضوئي للحصول على معلمات متواليات MR السريرية وظيفية في 3T.

¹ TE (صدى الوقت) ؛ TR (الوقت التكرار) ؛ TI (انعكاس الوقت) ؛ FA (زاوية الوجه)
² FOV (مجال الرؤية)
³ NEX (عدد جثذائةضأترؤ)

الجدول 2. الإدارة تدابير العصبية للجميع المواد الدراسية.

ملاحظة : سوف يتم مطابقة كل موضوع الفردية concussed مع العظام وليس الضابطة الاصابة. وسيتم إدارة الضابطة التدابير للإطار نفس الوقت الذي تخضع concussed تقارن بها. على سبيل المثال ، اذا كان موضوع قرار concussed من ذوي الخبرة من أعراض PCS يوم 14 ، وهو موضوع مكافحة العظام فضلا عن اصابة عنصر تحكم لا تخضع أيضا أن تدار تقييم كامل العصبية في 14 يوما (أي تعامل كما لو أعراضهم "PCS" حل في يوم 14) في مباراة من أجل نقاط البيانات.

الجدول 3. عينة من البيانات التي تم جمعها من لاعب واحد مع واحد الخوذة.

نتوقع أن أولئك الشبان الذين يظهرون له أكبر الأثر على المسألة سوف تظهر بيضاء الدماغ أكبر إعادة تنظيم نشاط الدماغ ، وأطول فترات الانتعاش والسلوكية والعصبية. وسوف توفر هذه الدراسة إلى فهم أفضل للأحداث ما بعد ارتجاج للأطفال ويكون لها تأثير كبير على الرعاية الطبية ، كما أنها ستمكننا من وضع بروتوكول انتعاش يستند إلى الأدلة البحثية التي تقتصر على الأطفال والشباب. ويمكن بعد مثل هذا البروتوكول يمكن ترجمته إلى الجهات المعنية ، بما في ذلك المدربين والأهل والأطباء. لتحقيق هذه الأهداف ، فإننا سوف توصيف وتحديد المزيد من عقابيل العصبية والعصبية للأطفال في concussed الرياضيين. ونحن أيضا قياس التحسن المعرفية والتغيرات في بنية الدماغ وأنماط النشاط التي تصاحب الانتعاش السلوكي. بالإضافة إلى ذلك ، سوف توفر هذه الدراسة نظرة جديدة على أثر ارتجاج وكرر رئيس التأثيرات غير concussive على لدونة المخ على المدى الطويل والتنمية في الشباب.

نود أن نشكر المعاهد الكندية للأبحاث الصحية (CIHR) ومؤسسة Neurotrauma أونتاريو (ONF) الذين قدموا التمويل لهذا البحث.