기능성 자기 공명 이미징 및 머리 충격 텔레 메 트리 시스템을 사용하는 청소년의 스포츠 관련 뇌진탕의 효과 조사

이 문서는 온화한 외상성 뇌 손상 진단 및 청소년의 회복에 멀티 모달 접근법의 개요를 제공합니다. 이 접근법은 기능적인 자기 공명 영상과인지 테스트하는 동안 머리 영향과 뇌의 활동 사이의 관계를 모니터하기 위해 헤드 충​​격 텔레 메 트리 시스템과 neuropsychological 테스트를 결합한 제품입니다.

스포츠에 참여하는 아동에서 가장 흔히보고 부상 중 하나는 뇌진탕이나 가벼운 외상성 뇌 손상 (mTBI) ^1입니다. 이러한 경쟁 하키 같은 단체 경기에 참여 아동 및 청소년은 다른 여가 ^활동이 실제에 참여 어린이에 비해 심한 뇌진탕 고통을 거의 6 배 이상 높습니다. mTBI의 가장 일반적인인지 sequelae은 어린이와 성인과 유사하게 나타납니다 동안, 어린이 결과의 복구 프로필과 광범로 사전에 부상 특성 (예 : 성별) 및 부상 세부 사항 (의 영향이가, ² 크게 알려지지 않은 유적 예 : 크기와 방향 장기 결과에 미치는 영향)의. 같은 하키와 같은 경쟁력있는 스포츠, 뇌진탕은 청소년 특성과 기능에서 발생하고 이것을 결과 다음과 같은 부상을 연관하기 전에 미리 부상 데이터를 얻기 위해 미리 게시 디자인을 활용할 수있는 드문 기회를 허용합니다. 우리의 주요 목표는 아동 및 청소년에게 구체적인 연구 증거를 기반으로 소아 뇌진탕 진단 및 관리를 수정하는 것입니다. 이 작업을 수행하려면 우리는 새로운 멀티 모달 및 통합 접근 방식을 사용

청소년의 두부 외상의 즉각적인 효과를 1.Evaluate
2.Monitor 이후 뇌진탕 증상의 해상도 (PCS) 및 복구하는 동안인지 성능
뇌 손상 및 복구를 확인할 수있는 새로운 방법을 3.Utilize

우리의 목표를 달성하기 위해, 우리는 머리의 충격 텔레 메 (HIT) 시스템을 구축했습니다. (Simbex, 레바논, NH, 미국). ^{5 -} 연락처 스포츠 참여 ³ 중에 실시간으로 머리 가속을 측정하기위한 하나의 축 accelerometers로,이 시스템은 상용 이스턴 S9 하키 헬멧 (반 누이, CA, 미국 이스턴 - 벨 스포츠) equips. telemetric 기술을 사용하여 가속 및 스포츠 참여하는 동안 모든 헤드 영향의 위치의 크기는 객관적으로 감지하고 기록하실 수 있습니다. 이들은 진탕 머리 부상 ⁶ 가장 민감한 대뇌 지역이기 때문에 우리는인지 작업의 성능 동안에도 집중하는 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)를 사용하고 중간 측두엽과 전두엽 돌출부에 특별히 신경 활동의 변화를 평가. 마지막으로, 우리는 뇌의 백질에 손상에 민감한 구조 영상​​ 자료를 수집하고 있습니다.

1. 제목에 사전 부상 Neuropsychological베이스 라인 프로파일 얻기

1. 사전 테스트에 도착 주제, 모든 장비가 제대로 작동하고 테스트하기위한 준비 및 객실 불필요한 산만에서 무료로되어 있는지 확인하십시오.
2. 부모와 제목 동의, 측정 및 기록 제목의 높이, 무게와 머리 둘레를 검토한.
3. 피사체 조건의 다음과 같은 순서로 강제 접시에 서있는 동안 균형을 평가 관리 : A1 - 힘 접시에 오픈 눈, A2 - 힘 접시에, 눈을 감고, A3 - 강제 접시에 시각적 충돌 돔를 입고 있었을 때.
4. 강제 판과 결합 AirexBalance - 패드 및 강제 판의 상단에 주제 스탠드를 가지고 균형을 평가 조건 (A1 - A3)의 반복 관리의 상단에 장소 Ai​​rexBalance - 패드.
5. 측정 및 기록 핸드 그립의 강도와 모두 왼쪽 및 오른쪽 손을위한 홈 붙이 pegboard 테스트를 관리할 수 있습니다.
6. 각 순위 3 재판을 마친 쥐뿔 위치 다음 반대 운동에서 처음에는 점프 매트에 점프 테스트를 관리할 수 있습니다.
7. 힘을 판과 강도 막대를 사용하여 다리를 최대한의 자발적인 수축 검사를 실시합니다.
8. 평가 매뉴얼 지침에 따라 다음과 같은 순서로 neuropsychological 테스트 배터리 관리 : 포스트 뇌진탕의 증상 규모 - 개정, 아동 기분 점검표의 자체 보고서, 워털루 Handedness의 설문지, 레이 복합 도형 검사 : 복사 시험, 구두​​ 능통자 시험, 레이 복합 도형 검사 : 즉시 리콜 시험, 구두​​ 워킹 메모리 작업, 레이 청각 구두 학습 테스트, 레이 복합 도형 검사 : 지연된 리콜 시험, 레이 복합 도형 시험 인정 시험, 스트 루프 색상 및 워드 시험, 기호 자리 Modalities 시험, 어린이의 색상 테스트 트레일스, 비주얼 작업 메모리 작업, 레이 청각 구두 학습 테스트 : 지연 리콜, 레이 청각 구두 학습 시험 인정 시험, 어린이의 진행 청각 시리얼주의 작업 (구두 및 Visual 워킹 메모리 작업의 그림에 대한 그림 1 참조).
9. 해당 시험 매뉴얼 지침을 어디에 해당하는 다음과 같은 점수 neuropsychological 테스트합니다.
10. 데이터베이스에 모든 시험 점수를 입력합니다.

2. 제목에 대한 구조 및 기능 MRI베이스 이미지를 취득

1. 전에 테스트 세션에, 참가자 안전하게 MRI를 받아야 할 수 있도록 전화를 통해 MRI 검사 면접을 실시합니다.
2. 그들의 시험 세션에 도착시, 제목과 부모 (들)와 동의 / 동의 양식을 검토하고, MRI 검사를 반복 MRI 기계와 연령에 적합한 방법으로 실험에 대한 철저한 오리 엔테이션과 개요를 제공합니다. 제목 의문 사항이있다면 부탁드립니다.
3. 주제는 모든 금속 보석, 액세서리와 주머니에서 개체를 제거합니다.
4. 피사체가 Lumitouch의 충격기의 사용 (단 왼쪽과 오른쪽 버튼을 MRI 안전 '마우스')를 통해 작업 기억 작업하는 동안 발표 자극에 반응하는 방법을 보여줍니다.
5. 제목 삽입 이어 플러그 있습니다.
6. 피사체가 스캐너 침대에 누워있다.
7. 머리 코일에 머리를 위치하고 거품의 삽입과 이마에 걸쳐 알림 스트랩을 사용하여 머리를 고정. 참가자는 교정 렌즈는 컴퓨터 화면을 볼 필요 경우, 적절한 처방 강도와 MRI 호환 고글으로 그들을 맞습니다.
8. 스캐너에 스캐너 침대를 이동합니다.
9. 스캐너와 작업 메모리 작업이 예상됩니다 머리 코일에 미러에 방향의 피사체의 구멍 이외의 장소 비디오 화면.
10. 역전 준비 (3D SPGR - IRprep) (스캔 매개 변수의 전체 설명은 표 1 참조)와 3D 버릇 그라데이션을 사용하여 T1 가중치 구조 이미지를 얻을 수 있습니다.
11. 작업 메모리 작업을 관리하고 판독 ^{7 이상} /의 소용돌이와 함께 단일 촬영은 T2 사용하는 기능 MRI 영상 *- 가중치 이미지를 수집합니다.
12. 플레어 이미지를 구합니다.
13. 이중 에코 자산을 사용하여 고속 스핀 에코 (2D - FSE - XL)를 사용 PD/T2 가중치 이미지를 구합니다. 흰색 물질 hyperintensities가 플레어 이미지를 볼 수있다면 자산이 해제됩니다.
14. T2 획득 *- 그라디언트 - 리콜 에코 (GRE)을 사용하여 가중치 구조 이미지를.
15. (시간이 허락이있는 경우 3) 이중 스핀 에코와 총소리 에코 평면 영상을 사용하여이 확산 텐서 영상 (DTI) 데이터 세트를 구합니다.
16. 스캐너에서 제목을 제거합니다.

3. 머리 충격 텔레 메 (HIT) 시스템을 사용하여 머리를 조회의 힘과 방향을 녹음

1. 주제의 머리에있는 하키 헬멧을위한 적당한 적합을 구합니다.
2. 헬멧과 완전 충전의 배터리를 제거 후, ​​헬멧으로 돌아갑니다.
3. 헬멧과 히트 시스템이 이전에 게임 데이터를 수집하기 위해 각각 데이터를 전송하고받을 수 있는지 확인합니다.
4. 게임 플레이, recordi하는 동안 데이터를 수집NG 각 하키 기간의 중지 및 시작 시간.
5. 인터넷 연결을 사용 Simbex 동기화 메커니즘을 통해 처리를위한 데이터를 보낼 수 있습니다.

4. 공연 포스트를 mTBI Neuropsychological 후속 테스트

1. 부상 보고서를받은 같은 날, 부상에 관한 임상 및 기능 정보를 얻기 위해 부모와 함께 히트 부상 보고서 양식을 작성하십시오.
2. 증상의 심각도를 현재의 제목과 결정하는 PCS - R을 관리할 수 있습니다.
3. 약 1 일 이후 부상 : PCS - R을 관리할 수 있습니다. 증상이 해결되지 않은 경우 (즉, 기본 수준을 반환하지 않은 경우), 전체 neuropsychological 테스트 배터리를 관리하지 않습니다.
4. 주제의 증상이 허용하는 경우, 잔액 평가 (1.3 1.4 참조)과 점프 테스트 (1.6 참조) 완료.
5. 주제의 증상이 허용하는 경우, 다리를 최대한의 자발적인 수축 시험 (1.7 참조​​) 관리할 수 있습니다.
6. 주제의 증상이 일단 물리적 테스트가 완료 허가증 경우, 언어 및 시각 작업 기억 작업을 관리할 수 있습니다.
7. 증상이 표 2에 명시된 일정에 따라 (기본 수준으로 돌아갑니다 즉) 해결까지 PCS - R을 관리하는 계속합니다.
8. 약 5 일 이후 부상 : PCS - R을 관리할 수 있습니다. 증상은 위의 해결되지 않은 반복 테스트 시퀀스 (4.3-4.6 참조).중인 경우
9. 증상 7 일 이후 부상 이후 여전히 해결되지 않은 경우, 증상이 해결까지 PCS - R 매주 관리로 진행합니다.
10. 에 대한 그의 증상 해결 과목, 1.2 1.9 단계를 반복합니다.
11. 구조 및 기능 MRI 후속 스캔 세션 (5 항 참조)로 진행합니다.

5. 구조 및 기능 MRI 포스트 mTBI 후속 이미지를 취득

1. 72시간 이후 부상 이내 스캐닝 세션까지를 수행을위한 주제를 일정.
2. 반복 위에 나열된 2.2-2.16 단계를 반복합니다.
3. 증상이 처음의 시간에 해결되지 않은 경우 스캐닝 세션까지를 수행, 일정 두 번째 위에 나열된 같은 증상이 해결하고 단계를 반복합니다 2.2-2.16되면 스캐닝 세션 접속을 따르십시오.이

6. 후속 테스트 공연 일치하는 제어 제목 Neuropsychological

1. 검사 모든 과목의 나이가 (즉, 세 개월) 실험에 등록한 각 mTBI 대상에 대해 동일한 연도 3 개월 이내에 해당하는 생일에 따라 잠재적인 연령 및 성별 - 일치하는 제어 과목의 목록을 생성합니다.
2. 제어 과목과 일정 테스트 세션을 문의하십시오.
3. 후속 세션의 타이밍과 전화 번호와 관련하여 일치하는 mTBI 제목으로 테스트 프로토콜을 복제합니다. 반복한다,로 표시 위에 1.2-1.16 단계를 반복합니다. 예를 들어, mTBI 제목의 증상이 24 시간 내에 해결하고는 전체 neuropsychological 배터리를 포함 한 후속 테스트 세션을 완료했다면, 다음 일치하는 제어 대상이 프로​​토콜을 복제합니다.
4. 구조 및 기능 MRI 후속 스캔 세션 (섹션 7 참조)로 진행합니다.

7. 구조 및 기능 MRI 일치하는 제어 제목 이미지를 취득

1. 반복 위에 나열된 2.2-2.16 단계를 반복합니다.
2. 제어 대상이 두 완료 mTBI 대상과 일치하는 경우 위에 나열된로 세션 사이의 시간 간격 (일 즉, 번호)와 단계를 반복합니다 2.2-2.16와 일치하는 두 번째 테스트 세션을 일정, 해결되지 않은 증상으로 인해 검사 세션 접속을 따르십시오.

8. 데이터 분석

1. 게임마다 플레이어마다 데이터를 정규화, HIT 시스템에서 얻은 각 선수 머리 크기와 히트의 수를 설명하는 통계를 (평균 및 표준 편차)을 계산.
2. 각각의 모든 mTBI에 걸쳐 neuropsychological 시험 점수와 일치하는 제어 과목 기준의 변경 점수를 계산합니다.
3. 그룹과 일치하는 표본 t - 테스트를 수행 neuropsychological 기능에 mTBI의 효과를 분석하기 위해 종속 변수로 neuropsychological 시험 성능 과목 계수 사이에 (즉, mTBI 비해 제어) 및 변경 등.
4. 임상 PD/T2-weighted 이미지를 사용 즉시 두뇌 포스트 mTBI의 글로벌 팽창을 측정하기 위하여 전체 - 뇌 용적 조치를 생성하는 설정합니다.
5. 각 mTBI 제목 들어, T1 - 가중 영상은 비선형 변형 분야의 두 무료 계산을 사용하여 조직 볼륨에 초점 변화를 계산하는 데 사용됩니다. 먼저, 후속 스캔 각베이스 라인 스캔을 등록합니다. 둘째, 검사의 연속 쌍 사이의 변형을 계산 단기 스캔 - 투 - 스캔 차이를 캡처합니다.
6. 맴돌이 전류 왜곡과 머리 움직임에 대한 DTI 데이터를 수정하고, 확산 텐서 매개 변수를 계산하기 전에 그라디언트 방향을 방향. mTBI 대 비에 대한mTBI 그룹 연구, 최근 옥스퍼드 그룹 ^{8 시까지} 도입 트랙트 기반 공간 통계 (TBSS)의 메서드를 사용합니다.
7. 손상 후 mTBI ⁹ 경험한 이들에서 나타나는 일반적인 흰색 물질의 영역을 분리하기 위해 GRE 이미지에 플레어 이미지와 microbleeds에 대한 백색 물질 hyperintensities를 식별합니다. DTI (부분 이방성, FA 말은, 확산, D,과 요골 확산, DR)에서 파생된 양적 조치를 추출하기 위해 이러한 위치를 사용합니다.
8. ^{13 -} DTI 분석은 변수가 적어도 부분 스퀘어스 분석 방법 ¹⁰ 사용 조회수 telemetery 데이터 (머리 즉 크기와 히트 번호)와 TBSS voxel 값을 상관 관계. 부분 최소 광장 (PLS)는 실험 조건이나 동작과 다릅니다 활동의 전체 - 뇌 패턴을 식별할 수있는 변수 기법입니다.
9. 3D 푸리에 변환 보간 다음 헤드 움직임에 대한 정확한 실행 첫 번째 이미지에서 초기 fiducial 볼륨에 공간 coregistration 통해 사전 프로세스 fMRI 이미지.
10. 공간 신호 대 잡음을 증가 전체 너비 -시 반 - 최대 6mm의 가우시안 필터와 12 매개 변수 sinc 보간로 변환 affine과 원활한를 사용하여 자체 fMRI의 나선형 템플릿에 모션 수정 이미지를 정상화 비율.
11. 두뇌 자화가 안정 상태에 도달과 같은 과도 신호 변화가 발생하는 각 실행의 초기 다섯 이미지 볼륨을 제거합니다.
12. 각 이벤트의 시작 시간에 해당하는 이미지를 식별하는 벡터가 hemodynamic 응답 기능 (HRF)와 convolved와 voxel - 현명한 다중 선형 회귀 ^14로 입력 통계 파라메 트릭 매핑 2 (SPM2)를 사용하여 univariate 분석을 수행합니다.
13. 기준에 상대적인 이벤트 유형마다 굵은 신호의 변화를 반영 covariates의 각 매개 변수 견적을 계산합니다.
14. differentially 작업 (예 : 작업 메모리 대 제어 작업) 및 그룹 (예 : mTBI 비해 컨트롤)에 걸쳐 종사하고 활동 뇌 영역을 비교 대조를 수행하는 voxel 수준 T - 통계를 사용합니다.
15. 구조 및 기능 neuroimaging 데이터 HIT 시스템 (각 선수에 대한 머리의 영향 즉, 평균 크기)에서 정보를 결합합니다. 이러한 interrelations을 평가하려면, PLS 분석을 사용합니다.
16. 작업 기억 작업에서 성능 동안 두뇌 활동 패턴의 차이에 대한 평균 크기와 관련있는 행동 PLS를 실행하는 각 선수에 대한 헤드 미치는 영향의 평균 크기를 사용합니다.

9. 대표 결과

헤드 충격 텔레 메 트리 시스템

표 3은 그림 2에서 설명된 해당 영향에 대해 기록된 양적 데이터를 묘사. 최대 선형 가속 충돌하는 동안 플레이어의 머리의 최대 선형 가속입니다. 단위 백만 달러입니다. G는 해수면 (두 번째 제곱 당 9.8 m)에 중력의 가속도이다. 피크 회전 가속 영향을하는 동안 플레이어의 머리의 최대 회전 가속입니다. 단위는 초 제곱 당 라디안입니다. 방위각은 충격 위치 측정하기위한 한 방법입니다. 방위각은 머리의 오른쪽으로 머리와 긍정적인 방위의 뒤쪽에서 0 °로 -180 °에서 180 °로 정의됩니다. 고도는 충격 위치의 다른 측정하기위한 한 방법입니다. 고도는 90 ° (머리의 왕관)을 0 ° (수평 비행기는 중력의 머리 중심을 통과)에서 정의됩니다.

기능성 MRI

그림 3은 증상 해상도와 B)으로 증상없이 해상도) 뇌진탕 선수의 시리얼 fMRI 결과를 묘사. 참고 : 작업 관련 전두엽 영역에서 뇌 활동이 명확하게 유일한 증상 해상도 선수에서 관찰됩니다.

그림 1. 외부 명령을 작업 기억 작업의 도식 다이어그램.

히트 시스템의 데이터를 그림 2. 예 표 3에서 설명한 여섯 조회에 대해 위치를 나타내는 방향 벡터를 보여주는 인터페이스를 제공합니다. Simbex 2006.

그림 3. 증상 해상도와 B)으로 증상없이 해상도) 뇌진탕 선수의 시리얼 fMRI 결과입니다. PCS = 사후 뇌진탕 증상, N 과목 = 숫자, 혈액 산소 수준 부양 신호에 ▲ 굵게 = 변경; DLPC = dorsolateral 전두엽 피질.

표 1. 3T의 임상 및 기능 MR 시퀀스를 검색할 매개 변수의 세부 사항.

¹ TE (에코 시간), TR (반복 시간), TI (역전 시간), FA (플립 각도)
² FOV (시야)
³ NEX (excitations의 수)

모든 과목에 대한 Neuropsychological 대책의 표 2. 행정.

참고 : 각 개별 뇌진탕 과목은 정형 외과없이 부상 제어 과목과 일치하는 것입니다. 제어 과목들은와 일치하는 뇌진탕 주제로 동일한 시간 프레임에 대한 조치를 실시합니다. 예를 들어, 하루 14, 정형 외과 제어 대상뿐 아니라 부상 제어 제목 없음의 PCS 현상 뇌진탕 주제 경험 해상도는 또한 일 14 전체 neuropsychological 평가 (자신의 'PCS'증상이 해결 것처럼 즉, 처리를 관리 될 경우 데이터 포인트와 일치하는 일 14)에 순서를 유지해야합니다.

표 3. 하나 헬멧 하나의 플레이어에서 수집된 데이터의 샘플.

우리는 뇌의 백질에 가장 큰 영향을 보여주 그 젊은이는 뇌 활동의 가장 큰 개편하고, 가장 긴 행동 및 신경 복구 기간을 표시 것으로 예측. 그것은 우리 어린이와 청소년에게 구체적인 연구 증거를 기반으로 복구 프로토콜을 설정할 수있게되므로 본 연구는 소아 후 뇌진탕 이벤트의 더 나은 이해를 제공하고 의료에 큰 영향을 미칠 것입니다. 이러한 프로토콜은 다음 부모, 코치와 의사를 포함하여 이해 관계자에 번역하실 수 있습니다. 이러한 목표를 달성하기 위해, 우리는 뇌진탕 소아과 선수의 neuropsychological과 신경 sequelae을 특징 더욱 계량 것입니다. 우리는 또한 인지적 개선과 뇌 구조와 행동 복구를 수반하는 활동 패턴의 변화를 측정합니다. 또한,이 연구는 뇌진탕의 영향에 새로운 모습을 제공하고 청소년의 장기 두뇌 소성 및 개발에 비 진탕 헤드 영향을 반복했다.

우리는 건강 연구 (CIHR)이 연구 자금을 제공 온타리오 Neurotrauma 재단 (ONF)의 캐나다 연구소 감사하고 싶습니다.