Fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntüleme ve Head Impact Telemetri Sistemi kullanarak Gençlik Sporla ilgili Beyin sarsıntısı Etkileri Üzerine Bir Araştırma

Bu makale, hafif travmatik beyin hasarı teşhis ve kurtarma gençlik için bir multi-modal bir yaklaşım genel bir bakış sağlar. Bu yaklaşım, fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme ve bilişsel test sırasında baş etkileri ve beyin aktivitesi arasında ilişki izlemek için Head Impact Telemetri Sistemi ile nöropsikolojik test birleştirir.

Spor katılan çocuklarda en sık bildirilen yaralanmalar Bir sarsıntı veya hafif travmatik beyin hasarı (mTBI) ^1. Çocuklar ve gençler organize rekabetçi hokey gibi spor dahil diğer eğlence fiziksel aktiviteler ² katılan çocuklara kıyasla ciddi bir sarsıntı acı yaklaşık altı kat daha fazladır. MTBI en yaygın bilişsel sekelleri, çocuklar ve yetişkinler için benzer görünür iken, çocuklarda sonuçları kurtarma profili ve genişliğini öncesi yaralanma özellikleri (örneğin cinsiyet) ve yaralanma detaylar (etkisi ^yok, 2 büyük ölçüde bilinmemektedir örneğin büyüklüğü ve yönü uzun vadeli sonuçları üzerinde etkisi). Hokey gibi rekabetçi spor, sarsıntı gençlik özellikleri ve işleyişi üzerinde oluşur ve bu sonucu aşağıdaki yaralanma ilişki öncesi ön zarar verileri elde etmek için bir öncesi ve sonrası tasarım yararlanmak için nadir bir fırsat sağlar. Bizim öncelikli hedefleri çocuklar ve gençler için özel araştırma kanıtları dayalı pediatrik beyin sarsıntısı teşhis ve yönetimi rafine. Bunu yapmak için yeni, multi-modal ve bütünleştirici bir yaklaşım kullanın:

Gençlik kafa travması doğrudan etkilerine 1.Evaluate
2.Monitor-sarsıntı sonrası belirtiler çözünürlük (PCS) ve kurtarma sırasında bilişsel performans
Beyin hasarı ve kurtarma doğrulamak için yeni yöntemler 3.Utilize

Hedeflerimize ulaşmak için, biz Head Impact Telemetri (HIT) Sistem hayata geçirdik. (Simbex; Lübnan, NH, ABD). ^{5 -} iletişim spor katılımıyla ³ sırasında gerçek zamanlı kafa ivmeleri ölçmek için tasarlanmış tek eksenli ivmeölçerler; Bu sistem piyasada mevcut Easton S9 hokey kask (Van Nuys, CA, USA Easton Bell Spor) donatıyor. Telemetrik teknoloji kullanarak, hızlanma ve spor katılımı sırasında tüm baş etkileri yeri büyüklüğü objektif tespit ve kaydedilmiş olabilir. Bu beyin bölgelerinde Concussive kafa travması ⁶ en duyarlı olduğundan, bilişsel görevlerin ifası sırasında lokalize fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) kullanarak ve özellikle medial temporal ve frontal loblar sinirsel aktivite değişiklikleri değerlendirmek. Sonuç olarak, beyin beyaz cevher hasar duyarlı yapısal görüntüleme verileri kazanıyor.

1. Konu Öncesi yaralanma Nöropsikolojik Temel bilgileri edinme

1. Test için gelen konu, önce tüm ekipmanların düzgün ve test etmek için hazır ve oda gereksiz dikkat dağıtıcı olduğunu emin olun.
2. Ebeveyn ve konu rıza, ölçü ve kayıt konu boy, kilo ve baş çevresi inceledikten sonra.
3. Konusu koşulları aşağıdaki sırayla güç plaka üzerinde ayakta denge değerlendirmesi uygulanacak: A1 - kuvvet plaka üzerinde, gözleri açık; A2 gücü plaka üzerinde, gözleri kapalı; A3 gücü plaka üzerinde görsel bir çatışma kubbe giyerek.
4. Kuvvet plakası ve kombine AirexBalance-pad ve kuvvet plakasının üstüne konu stand denge değerlendirmesi koşulları (A1-A3) tekrar yönetimi üstüne yerleştirin AirexBalance-pad.
5. Ölçü ve kayıt el kavrama kuvveti ve her ikisi de sağ ve sol eller için yivli Delikli Pano testi yönetmek.
6. Sonra karşı-hareket, her pozisyon için 3 deneme tamamladıktan bodur bir pozisyonda ilk atlama minderi, atlama testi yönetin.
7. Kuvvet plaka ve gücü çubuğu kullanarak bacak maksimal istemli kasılma testi gerçekleştirin.
8. Değerlendirme Talimat göre aşağıdaki sırayla nöropsikolojik test bataryası Yönetici: Post-sarsıntı Belirti Ölçeği-Gözden Geçirilmiş; Çocuk Mood Listesi Self-Report; Waterloo Handedness Anketi; Rey Karmaşık Şekil Testi: Kopyalama Deneme, Sözel Akıcılık Testi; Rey Karmaşık Şekil Testi: Hemen Geri Çağırma Deneme; Sözel Çalışma Bellek Görev; Rey İşitsel Sözlü Öğrenme Testi; Rey Karmaşık Şekil Testi: Gecikmeli Geri Çağırma Deneme; Rey Karmaşık Şekil Testi: Tanıma Deneme; Stroop Renk ve Kelime Testi; Sembol Rakamlar Usuller Testi; Çocuk Renk Testi Trails; Görsel Çalışma Bellek Görev Rey İşitsel Sözel Öğrenme Testi: Gecikmeli Geri Çağırma; Rey İşitsel Sözel Öğrenme Testi: Muhasebeleştirme Deneme; Çocuk Paced İşitsel Seri Dikkat Görev (Sözel ve Görsel Bellek görevleri çalışma bir örnek bkz. Şekil 1).
9. Ilgili test kılavuzu talimatlara uygun olan durumlarda aşağıdaki Puan nöropsikolojik testler.
10. Veritabanına tüm test puanları girin.

2. Konu Yapısal ve Fonksiyonel MRI Temel Görüntü Alma

1. Seanstan önce, katılımcı güvenle MR tabi sağlamak için, telefon üzerinden bir MRI tarama söyleşi yapmak.
2. Test oturumu için vardıklarında, konu ve ebeveyn (ler) / rıza rıza formunu incelemek, MRI tarama tekrar MR makine ve yaşına uygun bir şekilde deney tam bir yönelim ve bakış sağlar. Bu konuda herhangi bir sorunuz varsa sorun.
3. Konu tüm metal takı, aksesuar ve cepleri nesneleri kaldırmak var.
4. Konu Lumitouch kürekler (sadece sağ ve sol düğmeleri ile MRI-safe 'fare') ile çalışan bellek görevi sırasında sunulan uyaranlara cevap vermek için nasıl gösterin.
5. Konu eklemek kulak tıkacı var.
6. Konu tarayıcı yatakta yatmak var.
7. Kafa bobin kafa pozisyonu ve köpük ekler ve alnını hatırlatma kayışı kullanarak başkanı stabilize. Katılımcının, bilgisayar ekranında görmek için düzeltici lensler ihtiyaç duyarsanız, onları uygun reçete gücü ile MR-uyumlu gözlük ile uyum sağlar.
8. Tarayıcı Tarayıcı yatağının hareket ettirin.
9. Tarayıcı ve çalışan bellek görevi yansıtılabilir kafa bobin ayna yönlendirmek konu delik dışında Yeri video ekranı.
10. T1 ağırlıklı yapısal görüntü inversiyon hazırlama (3D SPGR-IRprep) (tarama parametreleri tam bir açıklaması için bkz Tablo 1) ile 3D spoiled gradient kullanarak alın.
11. Çalışan bellek görevi yönetmek ve okuma ⁷ / çıkış spiral single-shot T2 kullanılarak fonksiyonel MRI görüntüleri *- ağırlıklı görüntüleme toplamak.
12. FLAIR görüntü elde edin.
13. Çift-eko VARLIK kullanarak hızlı spin eko (2D-FSE-XL) kullanarak PD/T2 ağırlıklı görüntü elde edin. Beyaz cevher hiperintensiteleri FLAIR görüntü görülürse VARLIK kapalı.
14. Elde T2 *- ağırlıklı yapısal görüntüleri, gradient-hatırlanan eko (GRE) kullanarak.
15. (Zaman izin verirse 3) ile tek çekim çift spin eko eko-planar görüntüleme kullanarak 2 difüzyon tensör görüntüleme (DTG) veri setleri edinin.
16. Konu tarayıcıdan çıkarın.

3. Head Impact Telemetri Sistemi kullanılarak (HIT) Başkanı Hitler Kuvvet ve Yön Kaydı

1. Konunun başını hokey kask için uygun bir uyum alın.
2. Kask ve tam olarak şarj pilleri çıkarın, sonra kask dönmek.
3. Kask ve HIT sistemi, sırasıyla önce oyun veri toplama, veri iletim ve alıcı olduğunu emin olun.
4. Oyun, recordi sırasında veri toplamang her hokey süre durdurma ve başlangıç ​​saati.
5. Internet bağlantısını kullanarak Simbex eşitleme mekanizması yoluyla işlenmesi için veri gönderme.

4. Sahne Mesaj mTBI Nöropsikolojik takip Test

1. Bir yaralanma raporu alındığında aynı gün, yaralanma ile ilgili klinik ve fonksiyonel bilgi elde etmek için üst Hit Sakatlık Raporu Formu tamamlayın.
2. PCS-R, semptomların şiddetine maruz ve belirlemek için yönetin.
3. Yaklaşık günde 1 post-yaralanma: PCS-R yönetmek. Eğer belirtiler çözülmemiş (yani taban seviyelere dönmüş değil), tam nöropsikolojik test bataryası yönetmek yok.
4. Konunun belirtileri izin veriyorsa, denge değerlendirmesi (1.3 ve 1.4 'e bakınız) ve sıçrama testi (1.6 bakınız) tamamlandı.
5. Konunun belirtileri izin veriyorsa, bacak maksimal istemli kasılma testi (1.7 'ye bakınız) yönetmek.
6. Konunun belirtiler bir kez fiziksel test tamamlandı izin veriyorsa, sözel ve görsel bellek görevi yönetmek.
7. Semptomlar Tablo 2'de belirtilen programa göre (yani taban seviyelere dönmek) giderilinceye kadar PCS-R yönetmek için devam edin.
8. Yaklaşık günlük 5-yaralanma sonrası: PCS-R yönetmek. Eğer semptomlar yukarıda çözülmemiş tekrar test dizisi (4,3-4,6 bakın).
9. Belirtileri-yaralanma sonrası 7 gün sonra hala çözülmemiş iseniz, PCS-R haftalık belirtileri gidermek kadar yönetmek için devam etmektedir.
10. Semptomları giderilmiştir konular, 1.2 1.9 adımları tekrarlayın.
11. Yapısal ve fonksiyonel MRI takibi tarama oturumu (bakınız Bölüm 5) geçin.

5. Yapısal ve Fonksiyonel MRI Post-mTBI takip Görüntüler elde

1. -Yaralanma sonrası 72 saat içinde tarama oturumunda kadar takip konu planlayın.
2. Yukarıda listelenen 2,2-2,16 adımları yineleyin.
3. Eğer belirtiler ilk anda çözülmemiş tarama oturumunda kadar izleyin takvim, ikinci yukarıda listelenen gibi belirtiler giderilmiş ve adımları tekrarlayın 2,2-2,16 sonra tarama oturumunda kadar izleyin.

6. Takip testleri Sahne Uyumlu Kontrol Konu Nöropsikolojik

1. Inceleyip, tüm deneklerin yaşları (yani yıl ve ay) deneyi kayıtlı ve her mTBI konu için aynı takvim yılı içinde 3 ay içinde ilgili doğum göre potansiyel yaş ve cinsiyet eşleştirilmiş kontrol olguları bir liste oluşturabilirsiniz.
2. Kontrol konuları ve programı test oturumu başvurun.
3. Izlem seanslarının zamanlaması ve numaraya göre test protokolü ile eşleşen mTBI konu çoğaltın. Tekrarlama, belirtildiği gibi, yukarıda 1,2-1,16 adımları. Örneğin, mTBI konusu belirtiler 24 saat içinde çözülmesi ve sadece tüm nöropsikolojik batarya dahil bir takip test oturumu tamamlandı olsaydı, o zaman bu protokolü eşleştirilmiş kontrol konu ile çoğaltmak.
4. Yapısal ve fonksiyonel MRI takibi tarama oturumu (bakınız bölüm 7) geçin.

7. Yapısal ve Fonksiyonel MR Uyumlu Kontrol Konu Görüntüler elde

1. Yukarıda listelenen 2,2-2,16 adımları yineleyin.
2. Kontrol konusu iki tamamladı mTBI konuya uygun ise yukarıda listelenen oturumları arasındaki zaman aralığı (yani gün sayısı) ve adımları tekrarlayın 2,2-2,16 eşleşen ikinci bir test oturumunda zamanlama, çözülmemiş belirtileri nedeniyle tarama oturumları-izleyin.

8. Veri Analizleri

1. Maç başına oyuncu başına veri normalleştirme, HIT sistemi elde edilmiş her bir oyuncu için baş büyüklüğü ve hit sayısı için tanımlayıcı istatistikler (ortalama ve standart sapma) hesaplayın.
2. Her biri tüm mTBI genelinde nöropsikolojik test skoru ve eşleştirilmiş kontrol olguları için temel değişim skoru hesaplayın.
3. Nöropsikolojik fonksiyon üzerine mTBI etkisini analiz etmek için bağımlı değişken olarak nöropsikolojik test performansı konular faktör arasında (yani mTBI karşı kontrolü) ve değişim grubu ile eşleşen bir t-testi gerçekleştirin.
4. Klinik PD/T2-weighted görüntü beynin hemen sonrası mTBI küresel şişme ölçmek için tüm beyin hacminde tedbirleri oluşturmak için ayarlar.
5. Her mTBI konu için, T1 ağırlıklı görüntülerde iki lineer olmayan deformasyon alanları ücretsiz hesaplamalarını doku hacmi odak değişiklikleri hesaplamak için kullanılır. İlk olarak, bazal taramaları takip taramalar her üye olun. İkincisi, tarama çiftleri arasındaki üst üste deformasyon hesaplamak kısa vadeli tarama-tarama farkları yakalamak için.
6. Eddy-akım çarpıtmalar ve baş hareketleri DTI veri düzeltin ve difüzyon tensör parametrelerin hesaplanmasında önce reorient gradyan yönleri. MTBI karşı sigara içinmTBI grup çalışmaları, son zamanlarda, Oxford ^grubu 8 tarafından tanıtılan yolu tabanlı mekansal istatistik (TBSS) yöntemini kullanın .
7. FLAIR görüntülerde ve mikrokanamalar GRE görüntüleri üzerinde herhangi bir hasar sonrası mTBI ⁹ deneyimli olması, normal görünümlü beyaz cevherde bölgeleri ayrı beyaz cevher hiperintensiteleri belirleyin . DTI (fraksiyonel anizotropi, FA, ortalama yayınım, D, ve radyal yayınım, DR) elde edilen kantitatif tedbirler ayıklamak için bu yerlerde kullanın.
8. ^{13 -} DTI analizler için çok değişkenli Az Kısmi Kareler analiz yöntemi ^10, TBSS voksel değerleri HITS telemetery verileri (yani baş büyüklüğü ve tıklanma sayısı) ile korele. Kısmi En Küçük Kareler (PLS), deneysel koşullar ya da davranışları ile değişir faaliyet tüm beyin desenler tespit çok değişkenli bir tekniktir.
9. 3D Fourier dönüşümü enterpolasyon takip kafa hareketleri düzeltmek için ilk çalıştırdığınızda görüntüleme, erken bir fiducial birim için uzaysal coregistration üzerinden işlem öncesi fMRI görüntüleri.
10. Mekansal sinyal-gürültü artırmak için Gauss filtresi ile 6 mm genişliği-buçuk-maksimum basınç enterpolasyon ile 12-parametre afin dönüşümü ve pürüzsüz bir in-house fMRI spiral şablonu hareket düzeltilmiş görüntüler normale oranı.
11. Beyin mıknatıslanma kararlı bir duruma ulaştığında geçici sinyal değişiklikleri ortaya çıktığı her dönemde, ilk beş resim hacimleri çıkarın.
12. Her olayın başlangıç ​​zamanı karşılık gelen görüntü tanımlayan vektörler hemodinamik tepki fonksiyonu (İHK) ile convolved ve bilge bir voksel çoklu doğrusal regresyon ¹⁴ girdi İstatistiksel Parametrik Haritalama 2 (SPM2) kullanılarak tek değişkenli analizler gerçekleştirin.
13. Başlangıca göre olay tipine göre BOLD sinyal değişiklikleri yansıtan değişkenlerin her biri için parametre tahminleri hesaplayın.
14. Voksel düzey t-istatistikleri, faaliyet beyin bölgelerinde farklı görevleri (örneğin çalışma belleği kontrol görevi karşı) ve gruplar (örneğin mTBI karşı kontrolleri) arasında ilgileniyoruz karşılaştırarak kontrastlar gerçekleştirmek için kullanın.
15. HIT sistemi (yani her oyuncu için kafa etkilerinin ortalama büyüklüğü) yapısal ve işlevsel beyin görüntüleme verileri ile bilgi birleştirin. Bu ilişkileri değerlendirmek için, PLS analizi kullanın.
16. Her oyuncu için baş etkilerinin ortalama büyüklüğü ortalama büyüklüğü, çalışan bellek görevi performansı sırasında beyin aktivitesini şekillerindeki farklılıklar ilgili bir davranış PLS çalıştırmak için kullanın.

9 - Temsilcisi Sonuçlar

Head Impact Telemetri Sistemi

Tablo 3, Şekil 2'de gösterildiği ilgili etkileri kaydedildi nicel veri gösteriyor. Tepe doğrusal hızlanma etkisi sırasında bir oyuncunun kafa maksimum doğrusal hızlanma. Üniteler g. G yerçekimi ivmesi deniz seviyesi (ikinci kare başına 9,8 metre). Tepe dönme hızlandırma etkisi sırasında bir oyuncunun kafa maksimum dönme hızlanma. Birimleri, ikinci kare başına radyan. Azimut etkisi konumunu bir ölçüsüdür. Azimut kafanın sağ tarafında, baş ve pozitif azimut arka kısmında, 0 ° ile 180 ° -180 ° tanımlanır. Yükseklik etkisi konumunu başka bir ölçüsüdür. Yükseklik (baş tacı) 90 ° 0 ° (yatay düzlemde, ağırlık başkanı merkezi üzerinden geçen) tanımlanır.

Fonksiyonel MRI

Şekil 3 semptom çözünürlük ve b) herhangi bir belirti çözünürlüğü ile) beyin sarsıntısı sporcular seri fMRI sonuçları gösteriyor. Not: görevle ilgili frontal bölgede beyin faaliyetleri, sadece semptom çözünürlüğe sahip sporcular açıkça gözlenmektedir.

Şekil 1 şematik dışarıdan sipariş çalışan bellek görevi.

Şekil 2 HIT Sistemi veri Örnek Tablo 3'te açıklanan altı hit yerini gösteren yön vektörleri gösteren arayüz. Simbex 2006.

Şekil 3 semptom çözünürlük ve b) herhangi bir belirti çözünürlüğü ile) beyin sarsıntısı sporcular Seri fMRI sonuçları. PCS-sarsıntı sonrası belirtiler; n = denek sayısı; ▲ BOLD = kan oksijenlenme düzeyinde bağımlı sinyal değişikliği; DLPC = dorsolateral prefrontal korteks.

Tablo 1: Klinik ve Fonksiyonel 3T MR Diziler Tarama Parametreleri Detayları.

¹ TE (eko zamanı); TR (tekrarı zaman), TI (inversiyon süresi), FA (flip angle)
² FOV (görüş alanı)
³ NEX (uyarılmaların sayısı)

Tablo 2: Tüm Konular Nöropsikolojik Önlemler İdaresi.

Not: Her bireyin beyin sarsıntısı konu, ortopedik ve herhangi bir yaralanma kontrolü konuları ile uyumlu olacaktır . Kontrol olguları ile eşleşen beyin sarsıntısı konu olarak aynı zaman diliminde önlemler uygulanmalıdır. Örneğin, gün 14, bir ortopedi kontrolü konusu yanı sıra yaralanma kontrolü konuda hiçbir PCS belirtileri bir beyin sarsıntısı konuda deneyimli çözünürlük da 14. günde tam nöropsikolojik değerlendirme (kendi 'ADET' belirtileri çözülmesi gibi yani tedavi uygulanabilir olsaydı veri noktaları maç için sipariş 14. günde).

Tablo 3, toplanan verileri bir oyuncu ile bir kask örnek .

Biz beyindeki beyaz madde üzerinde büyük etkisi gösteren bu gençlerin beyin aktivitesinin en büyük yeniden yapılanma ve uzun davranışsal ve nöral iyileşme dönemlerinde ortaya çıkaracağını tahmin ediyor. Bu araştırma bize, çocuklar ve gençler için özel araştırma kanıtları dayalı bir kurtarma protokolü kurmak için izin verecek gibi, pediatrik sonrası sarsıntı olayların daha iyi anlaşılmasını sağlamak ve tıbbi bakım üzerinde önemli bir etkiye sahip olacak. Böyle bir protokol, veliler, antrenörler ve doktorlar da dahil olmak üzere paydaşlar, tercüme edilebilir. Bu hedeflere ulaşmak için, beyin sarsıntısı pediatrik sporcular, nöropsikolojik ve nöral sekel karakterize ve daha ölçmek. Ayrıca bilişsel gelişimi ve beyin yapısı ve davranış kurtarma eşlik aktivite desenleri değişiklikleri ölçer. Buna ek olarak, çalışma sarsıntı etkisini yeni bir görünüm sağlayacak ve gençlik yıllarında uzun vadeli bir beyin plastisite ve geliştirme olmayan Concussive baş etkileri tekrarladı.

Biz Kanada Sağlık Araştırma (CIHR) ve bu araştırma için fon sağladı Ontario nörotravmatoloji Vakfı (ONF) Enstitüleri teşekkür etmek istiyorum.