Een onderzoek naar de effecten van sport-gerelateerde Hersenschudding in de jeugd met behulp van functionele Magnetische Resonantie Imaging en het hoofd Impact telemetriesysteem

1. Het verkrijgen van Pre-letsel Neuropsychologische Baseline Profile op Onderwerp

1. Voorafgaand aan onderwerp komen voor het testen, zorgen voor alle apparatuur goed werkt en klaar voor het testen en dat de kamer vrij is van onnodige afleiding.
2. Na controle van de ouders en onder voorbehoud toestemming, meten en registreren onderwerp lengte, gewicht en hoofdomtrek.
3. Dien balans beoordeling, terwijl hij onderworpen is staan ​​op kracht plaat in de volgende volgorde van de voorwaarden: A1 - op geweld plaat, ogen open, A2 - op geweld plaat, de ogen gesloten, A3 - op geweld plaat tijdens het dragen van de visuele conflict koepel.
4. Plaats AirexBalance-pad op de top van kracht plaat en herhaalde toediening van het evenwicht beoordeling omstandigheden (A1-A3) met het onderwerp staan ​​op de top van de gecombineerde AirexBalance-pad en kracht plaat.
5. Meet en noteer de hand knijpkracht en het beheer van de gegroefde pegboard test voor zowel de linker-en rechterhand.
6. Dien de sprong test op de sprong mat, eerst van een kraakpand positie dan de contra-beweging, het invullen van drie proeven voor elke positie.
7. Gedrag been maximale vrijwillige contractie te testen met behulp van de kracht en sterkte plaat bar.
8. Dien neuropsychologische testbatterij in de volgende volgorde volgens de instructies in de handleiding Assessment: Post-hersenschudding Symptom Scale-Revised; Child Mood Checklist Self-Report; Waterloo linkshandigheid Questionnaire; Rey Complexe Figuur Test: Kopieer Trial; Verbal Fluency Test, Rey Complexe Figuur Test: onmiddellijke Recall Trial; verbaal werkgeheugen Task; Rey Auditory Verbal Learning Test, Rey Complexe Figuur Test: Vertraagde Recall Trial; Rey Complexe Figuur Test: Erkenning Trial, Stroop Kleur-en Word Test; Symbol cijfers modaliteiten Test; Children's Color Trails Test; Visual Working Memory Task; Rey Auditory Verbal Learning Test: Vertraagde Recall; Rey Auditory Verbal Learning Test: Erkenning Trial; Children's Paced Auditory Serial Attentie Task (zie figuur 1 voor een illustratie van de verbale en visuele Werkgeheugen taken).
9. Score neuropsychologische tests die na de desbetreffende test instructies in de handleiding waar nodig.
10. Voer alle testscores in de database.

2. Het verwerven van structurele en functionele MRI Baseline Afbeeldingen op Onderwerp

1. Voorafgaand aan de testsessie, voeren een MRI screening interview via de telefoon om te zorgen deelnemer kan veilig een MRI ondergaan.
2. Bij aankomst voor hun testsessie, toestemming / instemming vormen herzien met het onderwerp en hun ouder (s), herhaal dan de MRI screening, voorziet in een grondige oriëntatie en een overzicht van de MRI-machine en experiment in een leeftijd passende wijze. Vraag of het onderwerp vragen heeft.
3. Hebben onderwerp verwijder alle metalen sieraden, accessoires en objecten uit zakken.
4. Laten zien hoe onderwerp is te reageren op stimuli gepresenteerd tijdens het werkgeheugen taak door het gebruik van Lumitouch paddles (een MRI-safe 'muis' met links en rechts knoppen alleen).
5. Hebben het onderwerp te voegen oordopjes.
6. Hebben het onderwerp liggen op de scanner bed.
7. Positie van het hoofd in het hoofd spoel en stabiliseren het hoofd met behulp van schuim inzetstukken en een herinnering band over het voorhoofd. Indien de deelnemer corrigerende lenzen nodig hebben om de computer scherm te zien, passen ze met MRI-compatibele bril met de juiste recept sterkte.
8. Verplaats de scanner bed in de scanner.
9. Plaats video scherm buiten boring van scanner en oriënteren onder voorbehoud spiegel op het hoofd van spoel waar het werkgeheugen taak zal worden geprojecteerd.
10. Verkrijgen T1 gewogen structurele beeld met behulp van 3D verwend verloop met inversie voorbereiding (3D SPGR-IRprep) (zie tabel 1 voor een volledige beschrijving van de scan parameters).
11. Dien de werkgeheugen taak en het verzamelen van functionele MRI-beelden met behulp van single-shot T2 *- gewogen beeldvorming met spiraal in / out uitlezing ^7.
12. Verkrijgen FLAIR beeld.
13. Verkrijgen PD/T2 gewogen beeld met een dual-echo fast spin-echo (2D-FSE-XL) met behulp van ASSET. ASSET is uitgeschakeld als de witte stof hyperintensiteiten worden gezien op de FLAIR beeld.
14. Verkrijgen T2 *- gewogen beelden met behulp van structurele gradiënt-echo herinnerd (GRE).
15. Verkrijgen van twee Diffusion Tensor Imaging (DTI) datasets (3 indien de tijd het toelaat) met behulp van single shot echo-planaire beeldvorming met dual-spin-echo.
16. Verwijder onderwerp van de scanner.

3. Het opnemen van de kracht en richting van hits aan het hoofd met behulp van het hoofd Impact Telemetry (HIT)-systeem

1. Verkrijgen van een goede pasvorm voor de hockey helm op het hoofd onderwerp.
2. Haal de batterijen uit helm en lading volledig, dan terug naar helm.
3. Zorg ervoor dat de helmen en HIT-systeem zijn het verzenden en ontvangen van gegevens respectievelijk, voorafgaand aan het verzamelen van spelgegevens.
4. Verzamel data tijdens het spelen, recording elke hockey periode van stoppen en starten de tijd.
5. Gegevens verzenden zijn voor verwerking via sync mechanisme om Simbex via internet.

4. Het uitvoeren van Post-mTBI Neuropsychologische Follow-up testen

1. Op dezelfde dag als schade rapport wordt ontvangen, moet u de Hit Injury Report Form met de ouder om de klinische en functionele details met betrekking tot het letsel te verkrijgen.
2. Dien de PCS-R om te bepalen onderwerp en de huidige ernst van de symptomen.
3. Ongeveer een dag na het letsel: toedienen PCS-R. Als de klachten niet zijn opgelost (dus nog niet teruggekeerd naar uitgangswaarden), niet toedienen volledige neuropsychologische testbatterij.
4. Als onderwerp de symptomen toe, vult u de balans beoordeling (zie 1.3 en 1.4) en spring-test (zie 1.6).
5. Als onderwerp de symptomen van vergunning, te beheren been maximale vrijwillige contractie-test (zie 1.7).
6. Als onderwerp de symptomen vergunning als lichamelijke beproeving voltooid is, het beheer van de verbale en visuele werkgeheugen taak.
7. Ga verder naar de PCS-R beheren totdat de symptomen verdwenen zijn (dat wil zeggen terug te keren naar de uitgangswaarden) volgens het schema aangegeven in tabel 2.
8. Ongeveer 5 dagen na het letsel: toedienen PCS-R. Als de symptomen onopgeloste herhaalde testen reeks boven (zie naar 4,3 tot 4.6).
9. Als de symptomen nog steeds niet opgelost na 7 dagen na het letsel, blijven PCS-R wekelijks toedienen totdat de symptomen op te lossen.
10. Voor onderwerpen waarvan de symptomen verdwenen zijn, herhaalt u stap 1,2 tot 1,9.
11. Ga verder met structurele en functionele MRI follow-up scan-sessie (zie hoofdstuk 5).

5. Het verwerven van structurele en functionele MRI Post-mTBI Follow-up afbeeldingen

1. Schema onderwerp voor follow-up scan sessie binnen 72 uur na het letsel.
2. Herhaal de stappen 2.2-2.16 hierboven vermeld.
3. Als de symptomen niet opgelost op het moment van de eerste follow-up sessie scannen, plan een tweede follow-up sessie scannen zodra verschijnselen zijn verdwenen en herhaal de stappen 2.2-2.16 zoals hierboven vermeld.

6. Het uitvoeren van gematchte controlegroep Onderwerp Neuropsychologische Follow-up testen

1. Onderzoek leeftijden (dat wil zeggen jaren en maanden) van alle proefpersonen namen deel aan experiment en het genereren van een lijst van potentiële leeftijd en geslacht gematchte controlegroep volgens de geboortedata die overeenkomen met binnen 3 maanden in hetzelfde kalenderjaar voor elk mTBI onderwerp.
2. Neem contact op controle onderwerpen en plannen testsessie.
3. Repliceren testprotocol de afgedekte mTBI onderwerp met betrekking tot de timing en het aantal follow-up sessies. Herhaal de stappen 1.2-1.16 boven, zoals aangegeven. Bijvoorbeeld, als de mTBI onderwerp symptomen waren verdwenen binnen 24 uur en ze pas voltooid een follow-up testsessie die het hele neuropsychologische batterij inbegrepen, dan repliceren dit protocol met de gematchte controle onderwerp.
4. Ga verder met structurele en functionele MRI follow-up scan-sessie (zie paragraaf 7).

7. Het verwerven van structurele en functionele MRI gematchte controlegroep Onderwerp afbeeldingen

1. Herhaal de stappen 2.2-2.16 hierboven vermeld.
2. Als de besturing onderwerp is gekoppeld aan een mTBI onderwerp, die gedurende twee follow-up scan-sessies als gevolg van onopgeloste klachten, plan een tweede testsessie het afstemmen van de tijdsinterval tussen de sessies (dwz het aantal dagen) en herhaal de stappen 2.2-2.16 zoals hierboven vermeld.

8. Analyses van gegevens

1. Bereken beschrijvende statistieken (gemiddelde en standaarddeviatie) voor de omvang en het aantal hits op het hoofd voor elke speler als verkregen uit de HIT-systeem, het normaliseren van de gegevens per speler per spel.
2. Bereken de verandering score tov de uitgangswaarde voor elk neuropsychologische test score over alle mTBI en gematchte controlegroep onderwerpen.
3. Voer een matched samples t-test met de groep als tussen vakken factor (dat wil zeggen mTBI versus controle) en veranderingen in neuropsychologische testen prestaties als de afhankelijke variabele om het effect van mTBI analyseren op neuropsychologische functie.
4. Gebruik maken van de klinische PD/T2-weighted afbeelding sets te genereren whole-brain volumetrische maatregelen om de wereldwijde zwelling te meten in de hersenen onmiddellijk na de mTBI.
5. Voor elke mTBI onderwerp, zijn de T1-gewogen beelden gebruikt om veranderingen in het weefsel centraal volume met behulp van twee gratis berekeningen van niet-lineaire vervorming velden te berekenen. Eerst registreren baseline scans aan elk van de follow-up scans. Ten tweede, het berekenen van de vervorming tussen de opeenvolgende paren van scans, op korte termijn scan-to-scan verschillen vast te leggen.
6. Corrigeer de DTI gegevens van eddy-current vervormingen en hoofd beweging, en vóór heroriënteren de gradiënt een routebeschrijving naar het berekenen van de diffusie-tensor parameters. Voor mTBI versus niet-mTBI groep studies, het gebruik van de methode van de luchtwegen op basis van ruimtelijke statistiek (TBSS), onlangs door de Oxford groep ^8.
7. Identificeer alle witte stof hyperintensiteiten op de FLAIR beelden en microbloedingen op de GRE beelden om de regio's van de normaal uitziende witte stof te scheiden van degenen die hebben ervaren schade post-mTBI ^9. Gebruik deze locaties om kwantitatieve maatregelen afgeleid van DTI (fractionele anisotropie, FA, gemiddelde diffusiteit, D, en radiale diffusie, DR) extract.
8. Voor de DTI analyses, correleren TBSS voxel waarden met de HITS telemetery data (dat wil zeggen de omvang en het aantal hits op het hoofd), het gebruik van de multivariate gedeeltelijke kleinste kwadraten analyse methode ^{10 - 13.} Gedeeltelijke Least Squares (PLS) is een multivariate techniek die kan identificeren hele hersenpatronen van activiteiten die variëren met experimentele omstandigheden of gedrag.
9. Pre-proces fMRI beelden via ruimtelijke coregistration om een ​​vroege de vaste volume van de eerste beeldvorming lopen om te corrigeren voor het hoofd beweging, gevolgd door een 3D-Fourier transform interpolatie.
10. Ruimtelijk normaliseren motion-gecorrigeerde beelden naar een in-house fMRI spiraal template met behulp van een 12-parameter affiene te transformeren met sinc interpolatie en glad met een Gaussisch filter van 6 mm volle breedte-at-half-maximum van de signaal-ruis te verhogen ratio.
11. Verwijder de eerste vijf afbeelding volumes in elke run, waarbij voorbijgaande signaal veranderingen optreden als de hersenen magnetisatie bereikt een steady state.
12. Voer univariate analyses met behulp van statistische Parametric Mapping 2 (SPM2) waar de vectoren van het plaatje overeenkomt met de aanvangstijd van elk evenement zijn convolved met de hemodynamische-response-functie (HRF) en opgenomen in een voxel-wise meervoudige lineaire regressie ^14.
13. Bereken parameterschattingen voor elk van de covariaten die veranderingen in het BOLD signaal per event-type, ten opzichte van baseline weer te geven.
14. Gebruik voxel-niveau t-statistieken om contrasten te vergelijken activiteit hersengebieden die differentieel bezig zijn over de taken (bijvoorbeeld het werkgeheugen versus controle taak) en groepen (bv. mTBI versus controles) uit te voeren.
15. Combineer informatie van het HIT-systeem (dat wil zeggen gemiddelde omvang van het hoofd van de effecten voor elke speler) met structurele en functionele neuro-imaging data. Voor de beoordeling van deze onderlinge relaties, gebruik van PLS analyse.
16. Gebruik maken van de gemiddelde omvang van het hoofd van de effecten voor elke speler om een ​​gedrags-PLS die de gemiddelde omvang zal hebben betrekking op verschillen in hersenactiviteit patronen tijdens de uitvoering van het werkgeheugen taak uit te voeren.

9. Representatieve resultaten

Hoofd Impact telemetriesysteem

Tabel 3 geeft kwantitatieve gegevens voor de overeenkomstige effecten weergegeven in Figuur 2. Peak lineaire versnelling is de maximale lineaire versnelling van het hoofd van een speler tijdens de impact. De units zijn g's. Een g is de versnelling van de zwaartekracht op zeeniveau (9,8 meter per seconde in het kwadraat). Peak rotationele versnelling is de maximale rotatiesnelheid versnelling van het hoofd van een speler tijdens de impact. De units zijn radialen per seconde in het kwadraat. Azimuth is een maat voor de invloed locatie. Azimuth wordt gedefinieerd op basis van -180 ° tot 180 ° met een 0 ° aan de achterkant van het hoofd en positieve azimuth naar de rechterkant van het hoofd. Hoogte is van de andere maatregel van de impact locatie. Elevation is gedefinieerd van 0 ° (horizontaal vlak door het hoofd zwaartepunt) tot 90 ° (kruin van het hoofd).

Functionele MRI

Figuur 3 geeft seriële fMRI resultaten van a) een hersenschudding atleten met symptomen resolutie en b) zonder symptomen resolutie. Let op: taakgerelateerde hersenactiviteit in de frontale regio zijn duidelijk alleen waargenomen bij atleten met symptomen resolutie.

Figuur 1. Schematische weergave van de extern bestelde werkgeheugen taak.

Figuur 2. Voorbeeld van een HIT-systeem data-interface laten zien richtingsvectoren met vermelding van de locatie voor de zes hits beschreven in Tabel 3. Simbex 2006.

Figuur 3. Serial fMRI resultaten van a) een hersenschudding atleten met symptomen resolutie en b) zonder symptomen resolutie. PCS = post-hersenschudding symptomen; n = aantal personen; ▲ BOLD = verandering in het bloed zuurstof niveau afhankelijk van het signaal; DLPC = dorsolaterale prefrontale cortex.

Tabel 1. Details van Scan parameters voor klinische en functionele MR sequenties op 3T.

¹ TE (echo tijd), TR (herhaling tijd), TI (inversie tijd), FA (flip hoek)
² FOV (gezichtsveld)
³ NEX (aantal excitaties)

Tabel 2. Toediening van Neuropsychologische maatregelen voor alle onderwerpen.

Let op: Elk individu een hersenschudding onderwerp zal worden afgestemd met orthopedische en geen schade controlepersonen. De controle onderwerpen worden toegediend, de maatregelen die voor dezelfde periode als het een hersenschudding onderwerp zijn ze gekoppeld aan. Bijvoorbeeld als een hersenschudding proefpersoon resolutie van PCS symptomen op dag 14, een orthopedisch controle worden evenals een blessure geen controle worden zou ook worden toegediend, de volledige neuropsychologisch onderzoek op dag 14 (dat wil zeggen behandeld alsof hun 'PCS' symptomen verdwenen op dag 14) om gegevens punten overeenkomen.

Tabel 3. Steekproef van gegevens verzameld van een speler met een helm.

We voorspellen dat de jongeren die tonen de grootste invloed op de hersenen witte stof zal de grootste reorganisatie van hersenactiviteit, en de langste gedrags-en neurale herstel periodes laten zien. Dit onderzoek zal een beter begrip van de kinderen na de hersenschudding gebeurtenissen en hebben een aanzienlijke invloed op medische zorg, want het zal ons toelaten om een ​​herstel protocol op basis van onderzoek het bewijs dat specifiek is voor kinderen en jongeren vast te stellen. Een dergelijk protocol kunnen vervolgens worden vertaald naar stakeholders, inclusief ouders, coaches en artsen. Om deze doelstellingen te bereiken, zullen we karakteriseren en kwantificeren verder de neuropsychologische en neurale gevolgen in een hersenschudding kinderen atleten. We meten ook cognitieve verbeteringen en veranderingen in de hersenen structuur en de activiteit patronen die gedragsmatige herstel te begeleiden. Daarnaast zal de studie geven een nieuwe kijk op de impact van de hersenschudding en niet-concussive hoofd gevolgen herhaald op de lange termijn de hersenen plasticiteit en ontwikkeling in de jeugd.