利用弥散张量成像在创伤性脑损伤中的应用

1. 受试者招募

1. 招募20名患有中度至重度创伤性脑损伤（TBI）的受试者，以及20名年龄匹配的对照组受试者。所有受试者年龄均应超过18岁。
   1. 创伤性脑损伤（TBI）患者应曾遭受闭合性头部外伤，且受伤时间至少为6个月前。TBI的诊断依据包括意识状态改变、意识丧失以及事故前后记忆缺失等多个因素。要被归类为中度至重度TBI，患者必须经历超过30分钟的意识丧失，和/或在格拉斯哥昏迷量表（Glasgow Coma Scale）上得分低于13分。
   2. 对照组受试者应无神经系统或心理疾病的病史。
   3. 所有受试者体内不得含有金属。由于磁共振成像（MRI）涉及强磁场，这是重要的安全要求。
   4. 所有受试者不应患有幽闭恐惧症，因为MRI检查需要在扫描仪狭小的空间内平躺。
2. 扫描前准备
   1. 填写扫描前相关文件。
   2. 当受试者前来进行MRI扫描时，首先要求其填写金属筛查表，以确认其无MRI检查的禁忌症；填写意外发现知情同意表，授权放射科医生查看其扫描图像；以及填写知情同意书，详细说明研究的风险与益处。
   3. 指导受试者在进入扫描仪前移除身上所有金属物品，包括腰带、钱包、手机、发夹、硬币及所有首饰。
3. 扫描仪准备
   1. 为受试者提供耳塞以保护其耳朵免受扫描仪噪音影响，并提供耳机以便其在扫描过程中听清实验人员的指示；指导受试者平躺在扫描床上，头部置于线圈内。
   2. 向受试者提供紧急情况用的挤压球，并告知其在扫描过程中如遇紧急情况可挤压该球。
   3. 使用泡沫垫固定受试者头部，以减少扫描过程中的移动；提醒受试者在扫描期间务必尽可能保持静止，因为即使是最微小的移动也会导致图像模糊。
4. 数据采集
   1. 采集高分辨率T1加权解剖图像。该图像将用于将受试者大脑注册至标准图谱空间。
   2. 使用针对弥散张量成像（DTI）优化的脉冲序列开始扫描。
      1. 采集一幅B0图像，该图像对扩散方向不敏感。
      2. 采集多幅弥散加权图像，每幅图像对不同的扩散方向敏感。采集的方向越多，对扩散张量的解析越精细。然而，增加方向数量也会延长采集时间。本研究中将采集64个不同方向。
5. 注意力任务
   1. 在MRI扫描仪外，让所有受试者完成注意力网络任务（Attention Network Task, ANT）³的一个版本，以评估其选择性注意力能力。
   2. 让受试者坐在计算机屏幕前，并指导其完成任务。
      1. 说明屏幕上将出现一系列箭头。受试者的任务是仅对中央箭头做出反应，忽略其他箭头。如果中央箭头指向左侧，则用左手按“F”键；如果中央箭头指向右侧，则用右手按“J”键。应尽可能快速且准确地做出反应。
   3. 开始任务。
      1. 在每次试验中，屏幕上呈现一排五个箭头，每个箭头可指向左或右。在一致试验中，所有箭头指向相同方向；在不一致试验中，中央箭头与两侧箭头方向相反。每次试验以一个注视十字开始，其在屏幕上持续时间为400至1600毫秒之间的随机时长。随后箭头刺激出现，并持续至受试者做出反应或最长1700毫秒。试验以注视十字结束，直至整个试验持续时间达到4秒。
      2. 共呈现100次试验，其中一半为目标一致，另一半为目标不一致。
      3. 计算不一致目标与一致目标之间的反应时差异。通常，对不一致目标的反应时较慢。受两侧箭头干扰更大的人，其不一致与一致目标之间的反应时差异更大。该注意力控制指标将与白质完整性的测量指标进行比较分析。
6. 实验后程序
   1. 向受试者说明实验情况（解除隐瞒）。
   2. 支付受试者报酬。
7. 数据分析
   1. 预处理弥散数据。
      1. 目视检查数据，确保无伪影。
      2. 使用专用软件进行涡电流校正。
      3. 对每位受试者，使用线性刚体仿射变换将各个方向的弥散图像配准至B0图像。此步骤将补偿扫描间可能发生的运动。
      4. 使用自动化软件去除图像中的颅骨及其他非脑组织，以确保不会对脑外体素计算张量。
      5. 整合多个方向的图像，计算每个体素的扩散张量。目前有多个可免费获取的软件包可用于处理DTI数据并计算这些值。
      6. 计算每个体素的各向异性分数（FA），即张量幅度中由各向异性扩散所占的比例。
      7. 将弥散图像配准至高分辨率解剖T1图像，再配准至标准图谱空间，以便进行组水平分析。
   2. 定义感兴趣区域（ROI）。
      1. 从标准白质图谱中获取三个ROI掩模。本研究使用国际脑图谱联盟（International Consortium for Brain Mapping）创建的ICBM-DTI-81白质图谱（图2）。
      2. 将每位受试者的高分辨率解剖图像配准至标准图谱。
      3. 利用上一步完成的配准，将ROI掩模变形至每位受试者的个体脑空间。
   3. 从每位受试者的三个ROI中提取FA值。
   4. 使用方差分析（ANOVA）比较两组之间的FA值。
   5. 计算受试者在ANT任务中的相容性得分与FA值之间的皮尔逊相关系数。