استخدام تصوير موتر الانتشار في إصابات الدماغ الرضحية

تصوير موتر الانتشار - DTI - هي تقنية داخل الرنين المغناطيسي تعتمد على انتشار جزيئات الماء لدراسة سلامة شبكات المادة البيضاء - حزم المحور العصبي التي تربط المادة الرمادية القشرية وتحت القشرية - في الدماغ.

يمكن أن تتلف هذه الهياكل المترابطة عندما تتلامس قوة خارجية ، مثل كرة القدم ، مع الرأس أثناء المباراة. يمكن أن تؤدي مثل هذه التفاعلات المتكررة إلى إصابة أكثر خطورة ، يشار إليها باسم إصابات الدماغ الرضحية ، TBI باختصار.

بمرور الوقت ، غالبا ما يرتبط الضرر الذي يلحق بالمادة البيضاء الدماغية بعجز في الإدراك ، لا سيما في مجال الانتباه. على سبيل المثال ، قد يكون اللاعب المصاب بإصابات الدماغ الرضية أكثر تشتيتا من قبل مشجع في المدرجات وأبطأ في التفاعل مع الفريق المنافس.

استنادا إلى العمل السابق الذي قام به كراوس وزملاؤه ، يوضح هذا الفيديو كيفية قياس سلامة المادة البيضاء باستخدام DTI في المرضى الذين يعانون من إصابات الدماغ الرضية مقارنة بالأفراد الأصحاء.

سنقوم أيضا بفحص الوظيفة المعرفية باستخدام مهمة الانتباه الانتقائية ، وشرح كيفية تحليل بيانات التصوير ، وتفسير العلاقة بين قيم الانتشار في مناطق محددة ذات أهمية والتحكم في الانتباه.

في هذه التجربة ، يتم فحص مجموعتين من المشاركين - المرضى الذين تم تشخيص إصابتهم الرضية الرضية المتوسطة إلى الشديدة والأفراد الذين يتمتعون بصحة جيدة - باستخدام بروتوكول DTI ، ثم اختبارهم على مهمة الانتباه.

أولا ، دعنا نناقش بعض المبادئ الكامنة وراء DTI: هذه التقنية حساسة لانتشار جزيئات الماء ، والتي تتحرك دائما ، في الغالب بالتوازي مع الكمية الهائلة من الحزم المحورية. يعرف هذا النوع من الحركة باسم الانتشار متباين الخواص.

جنبا إلى جنب مع مسار تدفق المياه ، يمكن قياس مقدار الانتشار لحساب الموتر - موضح بشكل أساسي على شكل بيضاوي الشكل مع اتجاه. يتم تحديد هذه القيمة بناء على الطول النسبي لعرضها باستخدام طريقة تسمى تباين الخواص الجزئي ، والتي يتم اختصارها باسم FA.

وبشكل أكثر تحديدا ، يمكن أن تتراوح قيم FA من 0 - متناحية، أو حركة متساوية - إلى 1 ، مما يعكس أكبر قدر من تباين الخواص.

يتم تعظيم الدقة عبر جميع الفوكسل من خلال الحصول على صور الانتشار أثناء فحص التصوير بالرنين المغناطيسي في العديد من الاتجاهات المختلفة التي تتوافق مع التحولات في المجال المغناطيسي المطبق. تحدث هذه الدقة المتزايدة على حساب الوقت.

مع العلم أن المتغير التابع الحرج يتكون من قيم FA لثلاث مناطق ذات أهمية ، أو عائد الاستثمار: الهالة الأمامية ، وطحال الجسم الثفني ، والحزمة الطولية العلوية.

بالمقارنة مع الضوابط العادية ، من المتوقع أن تنخفض قيم FA في الأفراد المصابين بإصابات الدماغ الرضية ، حيث من المتوقع أن تتعرض المادة البيضاء للخطر بطريقة غير موضعية ، مما يؤدي إلى تقليل تباين الخواص عبر جميع عائد الاستثمار.

ومع ذلك ، ترتبط منطقة واحدة - الهالة الأمامية - باتصالات بالقشرة الحزامية الأمامية ، والتي تلعب دورا مهما في التحكم في الانتباه.

لمزيد من استكشاف هذه العلاقة الوظيفية بين سلامة المادة البيضاء وسلوكها ، يتم اختبار جميع المشاركين في مهمة شبكة الانتباه التي طورها فان وزملاؤها.

في هذا النموذج ، يطلب من المشاركين تركيز انتباههم ، أولا نحو تقاطع تثبيت يظهر لمدة متغيرة بين 400 و 1600 مللي ثانية ، متبوعا بنوعين مختلفين من الأسهم: واحد مركزي ومجموعتان مرافقة قد تختلف في الاتجاه الذي يشيرون إليه.

في نصف التجارب ، تشير جميع الأسهم إلى نفس الاتجاه ؛ تعتبر هذه متطابقة. بالنسبة للنصف الآخر ، يشير السهم المركزي إلى الاتجاه المعاكس للسهم المحيط ، ويشار إلى هذه الحالات على أنها غير متناسقة. يطلب من المشاركين تصنيف الأسهم عن طريق إجراء ضغطات المفاتيح المرتبطة في أسرع وقت ممكن عند ظهور كل مجموعة جديدة.

هنا ، يتم حساب الفرق في أوقات التفاعل بين أنواع التجارب كمتغير تابع آخر. من المتوقع أن يكون لدى الأفراد الذين يشتت انتباههم الأسهم المحيطة درجة فرق أكبر ، مما يشير إلى ضعف التحكم في الانتباه.

لذلك من المتوقع أن يرتبط هذا المقياس سلبا بقيم FA ، وتحديدا في المنطقة المتعلقة بالقدرة على الانتباه - الهالة الأمامية - وليس الأخرى ، مما يظهر الأهمية الوظيفية لمناطق معينة من المادة البيضاء.

قبل التجربة ، قم بتجنيد 20 مريضا بالغا تم تشخيص إصابتهم الرضية المعتدلة إلى الشديدة خلال الأشهر الستة الماضية وعناصر تحكم متطابقة مع العمر ، وليس لديهم تاريخ من الاضطرابات العصبية أو النفسية.

لغرض هذا العرض التوضيحي ، اختبر مريضا تم توثيقه على أنه يعاني من فقدان الوعي لأكثر من 30 دقيقة أو درجة < 13 على مقياس غلاسكو للغيبوبة.

في يوم الفحص ، قم بتحيتهم وتأكد من أنهم لا يعانون من رهاب الأماكن المغلقة أو لديهم أي معدن في أجسامهم ؛ اطلب منهم أيضا ملء نماذج الموافقة اللازمة التي توضح بالتفصيل مخاطر وفوائد الدراسة.

بعد الحصول على الموافقة ، قم بإعداد المريض للدخول إلى غرفة المسح. لمزيد من المعلومات التفصيلية حول إجراءات ما قبل الفحص ، يرجى الرجوع إلى مشروع التصوير بالرنين المغناطيسي الآخر في هذه المجموعة.

مع وجود المريض الآن في تجويف الماسح الضوئي ، قم أولا بجمع مسح تشريحي عالي الدقة. بعد ذلك ، ابدأ تسلسل نبضي محسن ل DTI من خلال الحصول على صورة B₀ - صورة غير حساسة لاتجاه الانتشار - بالإضافة إلى صور متعددة مرجحة بالانتشار في 64 اتجاها مختلفا.

عند اكتمال التسلسل ، اصطحب المريض خارج الماسح الضوئي إلى غرفة تجريبية بها جهاز كمبيوتر لأداء المرحلة التالية ، مهمة شبكة الانتباه.

اشرح تعليمات المهمة: سيرون سلسلة من خمسة أسهم على الشاشة ويجب أن يركزوا فقط على الأسهم المركزية. لضمان استجابات سريعة ودقيقة ، اطلب منهم وضع أيديهم على لوحة المفاتيح ، مع وضع إصبعهم الأيسر على المفتاح "F" والإصبع الأيمن على "J".

أثناء التجارب التي يشير فيها السهم المركزي إلى اليسار ، اطلب منهم الضغط على "F". خلاف ذلك ، عندما يكون متجها لليمين ، اضغط على "J".

اسمح للمريض بإكمال 100 تجربة: تذكر أن كل منها يبدأ بصليب تثبيت يبقى على الشاشة لمدة متغيرة من 400 إلى 1600 مللي ثانية ، وبعد ذلك تظهر الأسهم ، وسيكون السهم المركزي إما غير متناسق أو متطابق.

لاحظ أن الأسهم تظل على الشاشة حتى يستجيب المريض ، أو لمدة أقصاها 1700 مللي ثانية إذا لم يضغط على أي من المفتاحين. لاحظ أيضا أن كل تجربة تنتهي بصليب تثبيت يظل مرئيا لمدة تجريبية إجمالية تبلغ 4 ثوان.

في نهاية مهمة الانتباه ، استخلاص المعلومات من المريض لإنهاء الدراسة ، وتعويضه عن مشاركته.

بعد الحصول على الماسح الضوئي والبيانات السلوكية ، يجب أولا تحويل ملفات الانتشار الأولية إلى صور موتر.

لبدء المعالجة المسبقة ، قم بإجراء تصحيح التشويه للتيارات الدوامة ، والتي تحدث عادة في البيانات الأولية نتيجة لتغيير المجال المغناطيسي أثناء الاستحواذ.

للتعويض عن الحركة ، قم بتطبيق تحويل أفيني خطي صلب للجسم ، والذي يسجل كل صورة من صور الانتشار الاتجاهي إلى مرجع B₀.

بالإضافة إلى ذلك ، اعزل الدماغ عن الجمجمة والأنسجة غير العصبية الأخرى للتأكد من عدم حساب الموترات للفوكسيل خارج الدماغ.

الآن ، اجمع بين جميع الصور الاتجاهية البالغ عددها 64 لحساب موتر الانتشار في كل فوكسل ، وإخراج قيم FA المقابلة في الخلفية.

بعد ذلك ، قم بتسجيل صور الانتشار في المسح التشريحي عالي الدقة ، ثم في مساحة أطلس قياسية للسماح بالتحليل على مستوى المجموعة.

مع اكتمال المعالجة المسبقة ، استخدم أطلس المادة البيضاء لتحديد ثلاثة عائد استثمار: الهالة الأمامية ، وطحال الجسم الثفني ، والحزمة الطولية العلوية.

أخيرا ، قم بتسجيل الصورة التشريحية لكل مشارك في الأطلس القياسي ، واستخدمها لتشويه أقنعة عائد الاستثمار في مساحة دماغ كل مشارك.

لرسم البيانات بيانيا ، قارن قيم FA المستخرجة حسب المجموعة ، ورسم كل عائد استثمار على حدة. لاحظ أن قيم FA كانت أقل بكثير في مجموعة TBI في جميع عائد الاستثمار الثلاثة ، مما يشير إلى تلف واسع النطاق للمادة البيضاء في هؤلاء المرضى.

لدمج البيانات السلوكية ، ارسم الاختلافات في أوقات رد الفعل بين التجارب غير المتطابقة والمتطابقة مقابل قيم FA لجميع الموضوعات. قم بإجراء تحليل ارتباط بيرسون على هذه النتائج الإجمالية ، مرة أخرى بشكل مستقل لكل عائد استثمار.

هذه المرة ، أظهرت منطقة واحدة فقط - الهالة الأمامية - ارتباطا كبيرا ، في الاتجاه السلبي. أي أن قيم FA العالية ارتبطت بأوقات رد الفعل السريع ، في حين أن تباين الخواص المنخفض يتوافق مع أوقات استجابة أطول. تشير هذه النتائج إلى وجود صلة وظيفية بين ربط المادة البيضاء والتحكم في الانتباه.

الآن بعد أن أصبحت على دراية بكيفية ربط الهيكل والوظيفة باستخدام DTI ومهمة التحكم في الانتباه ، دعنا نلقي نظرة على كيفية استخدام الباحثين لمناهج مماثلة لدراسة مجموعات سكانية أخرى ذات اتصال مخترق أو كوسيلة لحمايتها.

في حين أن الشيخوخة الطبيعية مرتبطة بالتدهور المعرفي ، إلا أن التغييرات ليست بالضرورة منتشرة على نطاق واسع. بدلا من ذلك ، يبدو أنها مرتبطة بوظائف محددة تتوافق مع سلامة المادة البيضاء وانخفاض قيم FA ، خاصة في قشرة الفص الجبهي. وبالتالي ، يمكن استخدام التصوير المنتشر كطريقة للكشف المبكر عن التغيرات المرتبطة بالعمر في الوظيفة التنفيذية.

باستخدام البيانات التي تم جمعها بواسطة DTI ، يمكن للباحثين استخدام تقنية ثلاثية الأبعاد تسمى تصوير الألياف وإعادة بناء مسارات المادة البيضاء في جميع أنحاء الدماغ. يعد إجراء النمذجة هذا مفيدا في العديد من المجالات ، بما في ذلك جراحة الأعصاب.

على سبيل المثال ، إذا احتاج الجراحون إلى إزالة الورم ، فيمكنهم التخطيط بالضبط لمكان وجود مسالك المادة البيضاء بالقرب من الهياكل الحرجة وتجنب العواقب الضارة.

لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لتصوير موتر الانتشار. الآن يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تصميم وإجراء تجربة DTI ، بالإضافة إلى كيفية تحليل وتفسير أنماط انتشار محددة ذات الآثار المعرفية المتعلقة بإصابات الدماغ الرضحية.

شكرا للمشاهدة!