En undersökning av effekterna av sportrelaterade Hjärnskakning inom Ungdom Med Functional Magnetic Resonance Imaging och chefen Impact telemetrisystem

1. Skaffa före skadan Neuropsykologiska Baseline Profile på Ämne

1. Innan ämne anländer för att testa, se till att all utrustning fungerar korrekt och är redo för testning och att rummet är fri från onödiga distraktioner.
2. Efter att ha granskat föräldra-och föremål samtycke, mäta och registrera personens längd, vikt och huvudomfång.
3. Administrera balans bedömning när ämnet står på kraft plattan i följande ordning villkor: A1 - på våld platta, ögonen öppna, A2 - på våld tallrik, med slutna ögon, A3 - på våld tallrik medan bär den visuella konflikten kupolen.
4. Placera AirexBalance-pad ovanpå kraft platta och upprepad administrering av villkor balans bedömning (A1-A3) med motivet står på toppen av den kombinerade AirexBalance-pad och tvinga plattan.
5. Mät och anteckna handgrepp styrka och administrera räfflade bricka test för både vänster och höger hand.
6. Administrera hoppa test på hoppa matta, först från en squat position då motrörelse, slutföra tre prövningar för varje position.
7. Genomför ben maximal frivillig kontraktion testa med den kraft som plåten och styrka bar.
8. Administrera neuropsykologiska testbatteriet i följande ordning enligt Bedömning Manuell Instruktioner: Post-hjärnskakning Symptom Scale-Revised, Barn Mood Checklista Self-rapporten, Waterloo handedness Questionnaire, Rey Complex figur Test: Kopiera rättegång, verbal förmåga test; Rey Complex figur Test: Omedelbar Minns Trial, verbalt arbetsminne uppgift, Rey Auditiv Verbal Learning Test, Rey Complex figur Test: Fördröjd återgivning rättegång, Rey Complex figur Test: Redovisning rättegång, Stroop Färg och Word Test, Symbol siffror Villkor Testa, Barn Color Trails Test, visuella arbetsminnet Minne uppgift, Rey Auditiv Verbal Learning Test: Fördröjd återgivning; Rey Auditiv Verbal Learning Test: Redovisning Trial, barns Paced Auditiv Serial Attention Task (se figur 1 för en illustration av det verbala och visuella arbetsminnesuppgifter).
9. Betyg neuropsykologiska tester följa motsvarande instruktioner test manual där så är lämpligt.
10. Ange alla provresultat in i databasen.

2. Förvärva strukturell och funktionell MRI Baseline bilder på Ämne

1. Före testet session, genomföra en MR undersökning intervju via telefon för att deltagaren på ett säkert sätt kan genomgå en MR.
2. Vid ankomsten till deras test session, granska medgivande / samtycke form med ämnet och deras föräldrar (s), upprepa MRI screening, att ge en grundlig orientering och överblick över MR maskinen och experiment i en ålder lämpligt sätt. Fråga om ämnet har några frågor.
3. Har ämne bort alla metall smycken, accessoarer och föremål från fickor.
4. Visa hur motivet är att reagera på stimuli som presenterades under arbetsminne uppgiften genom användningen av Lumitouch paddlar (en MR-säkra "mus" med vänster och höger musknapp endast).
5. Har ämnet pluggar in örat.
6. Har motivet ligga ner på skannern.
7. Placera huvudet i huvudet spolen och stabilisera huvudet med hjälp av skum skär och en påminnelse rem över pannan. Om deltagaren kräva korrigerande linser för att se datorskärmen, passa dem med MRI-kompatibla glasögon med rätt recept styrka.
8. Flytta skannern i scannern.
9. Placera videoskärmen utanför bar av scanner och orientera föremål för spegel på huvudet spole där arbetsminnet uppgiften kommer att projiceras.
10. Skaffa T1 viktade strukturella bild med hjälp av 3D bortskämda övertoning med inversion förberedelse (3D SPGR-IRprep) (se tabell 1 för en fullständig beskrivning av skanna parametrar).
11. Administrera arbetsminnet uppgiften och samla funktionell MRI bilder med hjälp av single-shot T2 *- viktade bilder med spiral in / ut avläsning ^7.
12. Skaffa FLAIR bild.
13. Skaffa PD/T2 viktade bilden med dubbla echo snabb spin eko (2D-FSE-XL) med hjälp av tillgång. Tillgång är avstängd om det vita substansen hyperintensities ses om Flair bild.
14. Skaffa T2 *- viktade strukturella bilder med hjälp av gradient-ihåg ECHO (GRE).
15. Skaffa 2 diffusion tensor imaging (DTI) datamängder (3 om tiden tillåter) med enda skott eko-plan avbildning med dubbla spin eko.
16. Ta bort föremål från skannern.

3. Inspelning av Force och riktning Hits till chefen med Telemetry Head Impact (HIT) System

1. Skaffa en ordentlig passform för hockey hjälmen på ämnet huvud.
2. Ta ut batterierna ur hjälmen och ladda fullt, sedan tillbaka till hjälmen.
3. Se till att hjälmar och HIT systemet sända och ta emot data, respektive före samla speldata.
4. Samla in data under spelets gång, RECORDIng varje hockey periodens stoppa och starta tid.
5. Skicka data för bearbetning via synkronisering mekanism för att Simbex med internetuppkoppling.

4. Besiktning efter mTBI Neuropsykologiska uppföljande tester

1. Samma dag som en skada rapport är emot, slutföra Hit blanketten för anmälan med den förälder för att få kliniska och funktionella detaljer om skadan.
2. Administrera PCS-R till ämne och bestämma den aktuella svårighetsgraden av symtomen.
3. Cirka dag 1 efter skada: administrera PCS-R. Om symtomen är olösta (dvs inte har återgått till basnivåer), ej administreras fullt neuropsykologiska testbatteriet.
4. Om personens symptom tillstånd, fullständig balans bedömning (se 1.3 och 1.4) och hoppa test (se 1,6).
5. Om personens symptom tillstånd, administrera benet maximal frivillig kontraktion testet (se 1,7).
6. Om motivets symptom tillstånd när fysiska tester är klar administrera verbala och visuella arbetsminnet uppgift.
7. Fortsätt att administrera PCS-R tills symtomen har upphört (dvs. återgå till baseline) enligt det schema som beskrivs i tabell 2.
8. Cirka dag 5 efter skada: administrera PCS-R. Om symtomen är olösta upprepad provtagning sekvensen ovan (se från 4,3 till 4,6).
9. Om symtomen är fortfarande olösta efter 7 dagar efter skada, fortsätta att förvalta PCS-R vecka tills symtomen försvinner.
10. För patienter vars symptom har upphört, upprepa steg från 1,2 till 1,9.
11. Gå vidare till strukturella och funktionella MR uppföljning skanning session (se avsnitt 5).

5. Förvärva strukturell och funktionell MRI Post-mTBI Uppföljning bilder

1. Schemalägg föremål för uppföljning scanning möte inom 72 timmar efter skada.
2. Upprepa steg från 2,2 till 2,16 som anges ovan.
3. Om symtomen är olösta vid tiden för den första uppföljningen scanning session schemalägga en andra uppföljande scanning möte en gång symtomen behandlats och upprepa steg från 2,2 till 2,16 enligt ovan.

6. Utföra matchad kontrollgrupp Ämne Neuropsykologiska uppföljande tester

1. Undersök åldrar (dvs år och månader) av alla försökspersoner som rekryterats i experiment och generera en lista över potentiella ålder och kön-matchade kontrollpersoner enligt födelsedatum motsvarande inom 3 månader under samma kalenderår för varje mTBI ämne.
2. Kontakta kontrollpersoner och schemalägga tester session.
3. Replikera provningsprotokoll till den matchande mTBI föremål med avseende på tidpunkten och antalet uppföljande sessioner. Upprepa steg 1,2-1,16 ovan, anges. Till exempel, om mTBI ämnet symtom löstes inom 24 timmar och de bara slutfört en uppföljande tester session som inkluderade hela neuropsykologiska batteriet, sedan upprepa detta protokoll med matchad kontrollgrupp ämnet.
4. Gå vidare till strukturella och funktionella MR uppföljning skanning session (se avsnitt 7).

7. Förvärva strukturell och funktionell MRI för matchade bilder Kontroll Ämne

1. Upprepa steg från 2,2 till 2,16 som anges ovan.
2. Om kontrollen ämnet är anpassat till en mTBI ämne som fullföljde två uppföljande scanning sessioner på grund av olösta symptom, ha ett andra test session matcha tidsintervallet mellan sessionerna (dvs antal dagar) och upprepa steg från 2,2 till 2,16 enligt ovan.

8. Data Analyser

1. Beräkna deskriptiv statistik (medelvärde och standardavvikelse) för storlek och antal träffar mot huvudet för varje spelare som erhållits från HIT systemet, normaliserar uppgifter per spelare per spel.
2. Beräkna förändringen från baslinjen för varje neuropsykologiska testresultat i alla mTBI och matchade kontrollpersoner.
3. Gör en matchad prover t-test med gruppen som mellan ämnen faktorn (dvs. mTBI jämfört med kontrollgruppen) och förändring i neuropsykologiska tester prestanda som den beroende variabeln för att analysera effekten av mTBI på neuropsykologiska funktion.
4. Använd den kliniska PD/T2-weighted bilden sätter att generera hela hjärnan volymetriska åtgärder för att mäta globala svullnad i hjärnan direkt efter mTBI.
5. För varje mTBI ämne är T1-viktade bilder används för att beräkna fokala förändringar i vävnaden volym med två gratis beräkningar av olinjära deformation fält. Först registrera baslinjen scannar vardera till uppföljning skanningar. För det andra, beräkna deformationen mellan på varandra följande par av skanningar, att fånga kortsiktiga skanna-till-scan skillnader.
6. Korrigera DTI data för induktionsbromsar snedvridningar och huvud rörelse och omorientera gradienten anvisningarna före beräkning av parametrarna diffusion tensor. För mTBI kontra icke-mTBI grupp studier, använda metoden för tarmkanalen-baserade spatial statistik (TBSS), som nyligen införts av Oxford-gruppen ^8.
7. Identifiera eventuella vita substansen hyperintensities på FLAIR bilderna och microbleeds på GRE bilder i separata regioner i normala förekommer vit substans från dem som har upplevt skador efter mTBI ^9. Använd dessa platser för att utvinna kvantitativa åtgärder från DTI (fraktionerad anisotropi, FA, menar diffusivitet, D och radiella diffusivitet, DR).
8. För DTI analyser korrelera TBSS Voxel värden med TRÄFFAR telemetery uppgifter (dvs. storlek och antal träffar mot huvudet), med hjälp av multivariata PLS analys metod ^{10 - 13.} PLS (PLS) är en multivariat teknik som kan identifiera hela hjärnan handelsmönster som varierar med experimentella förhållanden eller beteende.
9. Pre-processen fMRI-bilder via rumsliga coregistration till en tidig referenspunkternas volym från första avbildning körs för att korrigera för huvud rörelse, följt av en 3D Fouriertransform interpolation.
10. Rumsligt normalisera rörelse-korrigerade bilder till en in-house fMRI spiral mall med en 12-parameter affina omvandla med sinc interpolering och smidig med ett gaussiskt filter av 6 mm full bredd-på-halv-maximalt för att öka signal-brus förhållande.
11. Ta de första fem bildvolymer i varje körning, där övergående signalen förändringar som hjärna magnetiseringskurvan når ett stabilt tillstånd.
12. Utför univariat analys med hjälp av statistiska Parametrisk Kartläggning 2 (SPM2) där vektorer identifiera bilden motsvarar tillslagstiden för varje evenemang är convolved med hemodynamiska-response-funktion (HRF) och trädde i en Voxel-vis multipel linjär regression ^14.
13. Beräkna parameterskattningar för varje kovariater som speglar förändringar i FET signal per händelse-typ, jämfört med utgångsläget.
14. Använd Voxel nivå t-statistik för att utföra kontraster jämföra regioner aktivitet hjärnan som differentiellt är engagerade i aktiviteter (t.ex. arbetsminne jämfört med kontrollgruppen uppgift) och grupper (t.ex. mTBI kontra kontroller).
15. Kombinera information från HIT-systemet (dvs. i genomsnitt storleken på huvudet effekter för varje spelare) med strukturella och funktionella neuroimaging data. För att bedöma dessa inbördes, använd PLS analys.
16. Använd den genomsnittliga storleken på huvudet effekter för varje spelare att köra en beteendevetenskaplig PLS som kommer att gälla den genomsnittliga storleken på skillnader i mönster hjärnans aktivitet under prestanda på arbetsminnet uppgiften.

9. Representativa resultat

Head Impact telemetrisystem

Tabell 3 beskriver kvantitativa data redovisas för motsvarande påverkan illustreras i Figur 2. Peak linjär acceleration är maximal linjär acceleration av en spelares huvud under påverkan. Enheterna är G: s. Ett g är tyngdaccelerationen vid havsnivå (9,8 meter per sekund i kvadrat). Peak roterande acceleration är den högsta roterande acceleration av en spelares huvud under påverkan. Enheterna är radianer per sekund kvadrat. Azimut är ett mått på islagspunkten. Azimuth definieras från -180 ° till 180 ° med 0 ° vid bakhuvudet och positiva azimut till höger sida av huvudet. Elevation är den andra måttet på islagspunkten. Höjd är definierad från 0 ° (horisontellt plan som går genom huvudet tyngdpunkt) till 90 ° (hjässan).

Funktionell MRI

Figur 3 visar serienumret fMRI-resultat från en) hjärnskakning idrottare med symptom och b) utan symptom upplösning. Notera: uppgiftsrelaterade är hjärnan aktiviteter i främre regionen tydligt observerades endast i idrottsmän med symptom upplösning.

Figur 1. Schematisk beskrivning av externt beställda arbetsminne uppgift.

Figur 2. Exempel på data träff gränssnitt som visar riktade vektorer som anger läget för de sex träffar som beskrivs i tabell 3. Simbex 2006.

Figur 3. Serial fMRI-resultat från en) hjärnskakning idrottare med symptom och b) utan symptom upplösning. PCS = efter hjärnskakning symptom, n = antal ämnen; ▲ BOLD = förändring i blodets syresättning nivåberoende signal; DLPC = dorsolaterala prefrontala cortex.

Tabell 1. Information om Scan Parametrar för kliniska och funktionella MR-sekvenser på 3T.

¹ TE (eko tid), TR (upprepning tid), TI (inversion tid), FA (flip vinkel)
² FOV (synfält)
³ NEX (antal excitationer)

Tabell 2. Tillförsel av Neuropsykologiska åtgärder för alla ämnen.

Notera: Varje enskild hjärnskakning fråga kommer att matchas med ortopediska och ingen skada kontrollpersoner. Kontrollgruppen kommer att administreras åtgärderna för samma tidsram som hjärnskakning ämnet de matchas med. Till exempel, om en hjärnskakning personer fick resolutionen av PCS-symptom på dag 14, en ortopedisk kontroll ämnet samt en ingen skada kontroll ämnet skulle också ges full neuropsykologisk bedömning på dag 14 (dvs behandlas som om deras "PCS" symtom försvann på dag 14) för att matcha datapunkter.

Tabell 3. Exempel på data insamlade från en spelare med en hjälm.

Vi förutspår att de ungdomar som visar störst påverkan på hjärnans vita substans kommer att visa den största omorganisationen av hjärnans aktivitet, och den längsta beteendemässiga och neurala perioder återhämtning. Denna forskning kommer att ge en bättre förståelse för pediatrisk efter hjärnskakning händelser och har en betydande inverkan på medicinsk vård, eftersom det ger oss möjlighet att etablera en återhämtning protokoll som bygger på forskning bevis som är specifik för barn och ungdomar. Sådant protokoll kan sedan översättas till intressenter, inklusive föräldrar, tränare och läkare. För att uppnå dessa mål kommer vi att karakterisera och kvantifiera ytterligare neuropsykologiska och neurala följdtillstånd i hjärnskakning barn idrottare. Vi mäter också kognitiva förbättringar och förändringar i hjärnans struktur och aktivitetsmönster som följer beteende återhämtning. Vidare kommer studien att ge en ny titt på effekterna av hjärnskakning och upprepade icke-concussive huvud effekter på lång sikt hjärnans plasticitet och utveckling i ungdomen.