Name: 在使用功能性磁共振成像和头部撞击遥测系统的青年与体育有关的震荡影响的调查 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-01-12T22:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 2 s
Description: 了解青少年脑震荡诊断的多模态整合方法，结合功能性磁共振成像与头部撞击遥测系统监测脑功能变化。该技术有助于评估神经后遗症并优化康复管理策略。

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我们感谢加拿大卫生研究院（CIHR）和安大略神经创伤基金会（ONF）为本研究提供的资金支持。

<ol><li>Browne, G. J., Lam, L. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Concussive+head+injury+in+children+and+adolescents+related+to+sports+and+other+leisure+physical+activities%5BTitle%5D)+AND+%22Br.+J+.Sports+Med%22%5BJournal%5D)">Concussive head injury in children and adolescents related to sports and other leisure physical activities.</a> Br. J .Sports Med. 40, 163-168 (2006).</li>
<li>McCrory, P., Collie, A., Anderson, V., Davis, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Can+we+manage+sport+related+concussion+in+children+the+same+as+in+adults%5BTitle%5D)+AND+%22Br.+J+.Sports+Med%22%5BJournal%5D)">Can we manage sport related concussion in children the same as in adults.</a> Br. J .Sports Med. 38, 516-519 (2004).</li>
<li>Brolinson, P. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+linear+head+accelerations+from+collegiate+football+impacts%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Sports+Med.+Rep%22%5BJournal%5D)">Analysis of linear head accelerations from collegiate football impacts.</a> Curr. Sports Med. Rep. 5, 23-28 (2006).</li>
<li>Duma, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+real-time+head+accelerations+in+collegiate+football+players%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+J.+Sport+Med%22%5BJournal%5D)">Analysis of real-time head accelerations in collegiate football players.</a> Clin. J. Sport Med. 15, 3-8 (2005).</li>
<li>Schnebel, B., Gwin, J. T., Anderson, S., Gatlin, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+study+of+head+impacts+in+football%3A+a+comparison+of+National+Collegiate+Athletic+Association+Division+I+versus+high+school+impacts%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">In vivo study of head impacts in football: a comparison of National Collegiate Athletic Association Division I versus high school impacts.</a> Neurosurgery. 60, 490-495 (2007).</li>
<li>Chen, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+abnormalities+in+symptomatic+concussed+athletes%3A+an+fMRI+study%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Functional abnormalities in symptomatic concussed athletes: an fMRI study.</a> Neuroimage. 22, 68-82 (2004).</li>
<li>Glover, G. H., Law, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spiral-in%2Fout+BOLD+fMRI+for+increased+SNR+and+reduced+susceptibility+artifacts%5BTitle%5D)+AND+%22Magn.+Reson.+Med%22%5BJournal%5D)">Spiral-in/out BOLD fMRI for increased SNR and reduced susceptibility artifacts.</a> Magn. Reson. Med. 46, 515-522 (2001).</li>
<li>Smith, S. M., Jenkinson, M., Johansen-Berg, H., Rueckert, D., Nichols, T. E., Mackay, C. E., Watkins, K. E., Ciccarelli, O., Cader, M. Z., Matthews, P. M., Behrens, T. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tract-based+spatial+statistics%3A+voxelwise+analysis+of+multi-subject+diffusion+data%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Tract-based spatial statistics: voxelwise analysis of multi-subject diffusion data.</a> Neuroimage. 31, 1487-1505 (2006).</li>
<li>Gibson, E., Gao, F., Black, S. E., Lobaugh, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automatic+Segmentation+of+White+Matter+Hyperintensities+in+FLAIR+images+at+3T%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Magn.+Reson.+Imaging%22%5BJournal%5D)">Automatic Segmentation of White Matter Hyperintensities in FLAIR images at 3T.</a> J. Magn. Reson. Imaging. , Forthcoming (2009).</li>
<li>Multiple-Auditory-Steady-State-Evoked-Response (MASTER) ASSR Discussion Forum for Researchers and Clinicians [Internet]. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.rotmanbaycrest.on.ca/index.php?section=327">http://www.rotmanbaycrest.on.ca/index.php?section=327</a> (2010).</li>
<li>McIntosh, A. R., Bookstein, F. L., Haxby, J. V., Grady, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatial+pattern+analysis+of+functional+brain+images+using+Partial+Least+Squares%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Spatial pattern analysis of functional brain images using Partial Least Squares.</a> NeuroImage. 3, 143-157 (1996).</li>
<li>McIntosh, A., Gonzalez-Lima, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Network+interactions+among+limbic+cortices%2C+basal+forebrain+and+cerebellum+differentiate+a+tone+conditioned+as+a+Pavlovian+excitor+or+inhibitor%3A+fluorodeoxyglucose+and+covariance+structural+modeling%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Network interactions among limbic cortices, basal forebrain and cerebellum differentiate a tone conditioned as a Pavlovian excitor or inhibitor: fluorodeoxyglucose and covariance structural modeling.</a> J. Neurophysiol. 72, 1717-1733 (1994).</li>
<li>McIntosh, A., Lobaugh, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Partial+least+squares+analysis+of+neuroimaging+data%3A+applications+and+advances%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Partial least squares analysis of neuroimaging data: applications and advances.</a> Neuroimage. 23, 250-263 (2004).</li>
<li>Frackowiack, R. S. J., Frith, C. D. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFrackowiack%2C+RSJ+%22Human+Brain+Function%22">Human Brain Function</a>. , Academic Press. (2003).</li>
</ol>

未声明任何利益冲突。

我们预测，那些在脑白质上表现出最显著影响的青少年，其脑活动的重组程度也最大，且行为和神经功能的恢复期最长。本研究将增进对儿童脑震荡后事件的理解，并对医疗护理产生重要影响，因为它将使我们能够基于针对儿童和青少年的实证研究，建立相应的康复方案。该方案随后可向家长、教练和医生等相关利益方进行推广。为实现这些目标，我们将进一步表征并量化脑震荡儿童运动员的神经心理学及神经后遗症。同时，我们还将测量伴随行为恢复而出现的认知改善以及脑结构和脑活动模式的变化。此外，本研究还将为脑震荡及反复非脑震荡性头部撞击对青少年大脑长期可塑性和发育的影响提供新的认识。

<table><tbody><tr><td>AccuGait 便携式步态与平衡评估平台（平衡评估）</td><td>AMTI</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.amti.biz/&quot;&gt;www.amti.biz&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>NetForce 平衡数据采集软件</td><td>AMTI</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.amti.biz/&quot;&gt;www.amti.biz&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>视觉冲突穹顶</td><td></td><td></td><td>由研究人员制作；建模参考：Lovell MR, Collins MW. 大学橄榄球运动员的神经心理学评估 &lt;em&gt;J Head Trauma Rehabil&lt;/em&gt;. 1998;13(2):9-26.</td></tr><tr><td>Airex 平衡垫</td><td>Airex</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.bebalanced.net/&quot;&gt;www.bebalanced.net&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>Smedlay&amp;rsquo;s 动力计，100 kg（握力）</td><td>东京</td><td></td><td></td></tr><tr><td>九孔插板测试</td><td>Lafayette Instruments</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.lafayetteinstrument.com/&quot;&gt;www.lafayetteinstrument.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>轴突跳跃垫</td><td>Vacumed</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.vacumed.com/&quot;&gt;www.vacumed.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>力量杆</td><td></td><td></td><td>&lt;strong&gt;研究人员制备&lt;/strong&gt;&lt;br/&gt; &lt;ul&gt; &lt;li&gt;31&quot; 钛合金长曲棍球杆柄&lt;/li&gt; &lt;li&gt;两个40&quot; 实用链&lt;/li&gt; &lt;li&gt;24&quot; x 26&quot; 胶合板平台&lt;/li&gt; &lt;li&gt;两个船坞环形固定件&lt;/li&gt; &lt;li&gt;两个 U 形螺栓（1&quot; 宽度&lt;/li&gt; &lt;/ul&gt;</td></tr><tr><td>头撞击遥测系统（HIT系统）</td><td>Simbex</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.simbex.com/&quot;&gt;www.simbex.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>脑震荡后症状量表修订版（PCS-R）</td><td></td><td></td><td>改编自：&lt;br/&gt; 洛维尔 MR，柯林斯 MW。大学橄榄球运动员的神经心理学评估。 &lt;em&gt;J Head Trauma Rehabil&lt;/em&gt;. 1998;13(2):9-26.</td></tr><tr><td>GE Discovery MR750 3.0T MRI 扫描仪</td><td>GE Healthcare</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.gehealthcare.com/&quot;&gt;www.gehealthcare.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>GE 8通道头部线圈</td><td>GE Healthcare</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.gehealthcare.com/&quot;&gt;www.gehealthcare.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>Lumitouch Reply 系统</td><td>Lightwave Medical Industries</td><td></td><td>不列颠哥伦比亚省温哥华 1-(604)-875-4529</td></tr><tr><td>fMRI刺激呈现用背投屏幕</td><td>未知</td><td></td><td></td></tr><tr><td>一次性泡沫耳塞</td><td>PAR Inc.</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.parinc.com/&quot;&gt;www.parinc.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>神经心理学测试</td><td>Pearson 评估工具</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.pearsonassessments.com/&quot;&gt;www.pearsonassessments.com&lt;/a&gt;</td></tr></tbody></table>

利用功能磁共振成像与头颅撞击遥测系统对青少年运动相关脑震荡影响的研究

An Investigation of the Effects of Sports-related Concussion in Youth Using Functional Magnetic Resonance Imaging and the Head Impact Telemetry System

儿童参与体育运动时最常见的损伤之一是脑震荡或轻度创伤性脑损伤（mTBI）1。参与竞技冰球等有组织体育活动的儿童和青少年，发生严重脑震荡的风险几乎是参与其他休闲性体力活动儿童的六倍2。尽管儿童与成人轻度创伤性脑损伤后最常见的认知后遗症表现相似，但儿童的恢复过程及其后果的广泛性在很大程度上仍不明确2，受伤前特征（如性别）以及损伤细节（如撞击强度和方向）对长期预后的影响亦不清楚。竞技类体育项目（例如冰球）提供了一个难得的机会，可采用前后测设计，在脑震荡发生前获取青少年个体特征和功能状态的基线数据，并将其与伤后结局相关联。我们的主要目标是基于针对儿童和青少年的科学研究证据，优化儿科脑震荡的诊断与管理策略。为实现这一目标，我们采用新型、多模式且整合性的研究方法，这些方法将：
 1. 评估青少年头部创伤的即时影响 
2. 在恢复期间监测脑震荡后症状（PCS）的缓解情况及认知功能表现 
3. 采用新方法验证脑损伤及其恢复过程
为实现研究目标，我们采用了头部冲击遥测系统（Head Impact Telemetry, HIT System）（Simbex；美国新罕布什尔州黎巴嫩）。该系统在市售的Easton S9冰球头盔（Easton-Bell Sports；美国加利福尼亚州范奈斯）上安装单轴加速度计，用于在接触性运动过程中实时测量头部加速度3 - 5。通过遥测技术，可客观检测并记录运动过程中所有头部撞击的加速度大小和位置。我们还采用功能磁共振成像（fMRI）来定位并评估执行认知任务时内侧颞叶和额叶区域神经活动的变化，因为这些脑区对脑震荡性头部损伤最为敏感6。最后，我们正在获取对脑白质损伤敏感的结构成像数据。

本文概述了一种针对青少年轻度创伤性脑损伤诊断与康复的多模态方法。该方法结合神经心理学测试、功能性磁共振成像以及头部撞击遥测系统，以监测在认知测试过程中头部撞击与脑活动之间的关系。

儿童参与体育运动时最常见的损伤之一是脑震荡或轻度创伤性脑损伤（mTBI）1。儿童和青少年……

本视频展示了一种基于儿童和青少年研究证据的多模态、整合性新方法，以优化儿童脑震荡的诊断。首先，通过结构和功能磁共振成像（MRI）获取受伤前的神经心理学基线特征。同时获取基线图像，以量化受试者在发生创伤性脑损伤（如冰球运动中受伤）前执行认知任务时的大脑功能状态。通过脑震荡后的神经心理学测试和神经影像学检查，来研究与轻度创伤性脑损伤相关的神经系统后遗症。结果显示，脑结构和脑活动在脑震荡恢复过程中发生改变。该方法有助于回答脑损伤领域中的关键问题，例如儿童和青少年脑震荡的神经影响及其恢复特征是什么。演示该操作程序的是来自我实验室的研究生 Nick Reed 和 Stephanie Green。在冰球运动中发生头部撞击之前，受试者首先需要到实验室进行伤前神经心理学基线测试。首先让受试者站在测力台上，睁眼状态下进行平衡评估测试，随后让受试者在测力台上闭眼站立，按此顺序依次完成不同条件下的测试。最后，让受试者站在测力台上，同时佩戴视觉冲突罩，该装置由一个纸制灯笼制成的球形罩组成，罩在受试者头部上方，以阻断其对周围环境的视觉感知。随后，将蓝色泡沫材质的AirX平衡垫放置在测力台上，并重复进行平衡功能评估，此时受试者需同时站立于AirX平衡垫与测力台之上。接下来，测量并记录手握力，并对左右手分别进行沟槽钉板测试。首先在跳跃垫上进行跳跃测试，分别从蹲位和反向运动位各完成三次试验。接着，使用测力台和力量杆进行下肢最大自主收缩力测试。最后，实施神经心理学测试组合。现在让我们看看当受试者前来进行 MRI 基线检测时，如何获取其功能 MRI 基线图像。首先查阅他们的知情同意书和筛查表格，并根据受试者的年龄提供适当的 MRI 设备说明。在受试者从身体上移除所有金属物品后，让他们插入耳塞，然后将受试者移入扫描仪中。通过使用LU触控板来说明如何在工作记忆任务中对所呈现的刺激作出反应。这些触控板提供了一个仅含左右按钮的磁共振成像安全鼠标，然后要求受试者躺到扫描仪床面上。使用泡沫垫固定头部，并在前额处放置一条提醒带。现在，将受试者的头部置于头部线圈中，并将扫描床推入扫描仪。将视频屏幕放置在扫描仪孔洞外，并调整受试者的视线，使其能够通过头部线圈上的镜子看到工作记忆任务的投影。使用带有反转恢复预准备的三维扰相梯度回波序列获取T1加权结构像，同时采集DTI数据。获取结构像后，实施工作记忆任务，并使用单次激发T2*加权序列配合螺旋流入和螺旋流出读出方式采集功能MRI图像。功能图像采集完成后，将受试者移出扫描仪。接下来，我们来看看如何在冰球运动过程中记录头部受到撞击的力度和方向。为了在冰球运动期间记录头部受到撞击的力度和方向，首先应为受试者正确佩戴冰球头盔。调整好头盔的合适度后，从头盔中取出电池，将其完全充满电，然后重新装回头盔中。在采集比赛数据之前，需确保头盔和撞击系统分别能够正常发送和接收数据。每顶冰

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医学

在使用功能性磁共振成像和头部撞击遥测系统的青年与体育有关的震荡影响的调查

本文概述了一种多模式方法，用于评估青少年运动员脑震荡后的恢复情况。所述方案通过在多种不同领域进行脑震荡前后的表现评估，可为针对青少年体育群体的脑震荡康复方案的改进提供依据。...

一种多模态方法评估青少年运动员脑震荡后的恢复情况

个体发生脑震荡的风险及其相应的恢复情况存在显著差异。因此，有必要采用多方面的综合方法来评估脑震荡，包括运动员在参与体育运动前的基线测试以及受伤后的及时评估。本方案的目标是提供一种恰当的、多方面的综合方法，用于脑震荡的检查与评估。...

一种神经科学方法在学生运动员脑震荡检测中的应用

利用人体测量学头颈部模型、基于光纤的贴合力度传感器、一系列头部加速度与颈部力/力矩传感器，以及双高速摄像系统，我们构建了一个用于研究头盔固定性能及其对头部撞击所致头颈部损伤生物力学指标影响的实验平台。...

用于模拟撞击中头盔适配性、固定性及头部与颈部损伤生物力学指标检测的试验平台

我们展示了一种24小时心率记录方法，用于在生态学上有效的背景下评估脑震荡对青少年运动员恢复过程的影响。...

青少年运动员脑震荡后的自主神经功能：基于24小时记录法的心率变异性研究

克利夫兰诊所制定并实施了一条多学科联合的诊疗路径，以规范差异化的脑震荡治疗。通过使用克利夫兰诊所脑震荡（C3）移动应用程序，利用表征认知与运动功能的生物力学指标来推动该诊疗路径的执行。实施后，患者治疗效果得到改善，同时降低了医疗成本。...

为脑震荡青少年与成人开发并实施多学科协同的科技增强型照护路径

亚震荡性足球头球模型是一种安全且简洁的方法学手段，用于分离并测量亚震荡性头部冲击的影响。...

体内控制性亚震荡性头部冲击实验方案用于验证现场研究数据

开发了一种可测量稳态视觉诱发电位的便携式系统，并在65名业余橄榄球运动员中进行了为期18周的试验，以研究稳态视觉诱发电位（SSVEP）作为脑震荡潜在电生理生物标志物的可能性。在赛季前测量了运动员的基线水平，并分别在受控的时间段内进行重测，以评估其可靠性、脑震荡情况及恢复状况。...

利用视觉诱发电位客观评估运动性脑震荡

在此，展示了如何利用清醒状态下的闭合性头部损伤模型来研究重复性轻度创伤性脑损伤（r-mTBI）对海马突触可塑性的影响。该模型可复制r-mTBI患者的重要病理特征，并可与电生理记录、行为学检测及分子生物学分析等技术联合使用 体外...

利用清醒状态下闭合性头部损伤的轻度创伤性脑损伤模型评估突触可塑性的变化

本文介绍了一种建立闭合性头部损伤动物模型的方案，该模型可复制轻度非复杂性创伤性脑损伤的神经影像学特征，即在急性期保留脑结构完整性，并出现长期脑萎缩。纵向磁共振成像是获取证据的主要方法。...

采用落锤法改良并经磁共振成像验证的轻度单纯性创伤性脑损伤模型的建立

现代足球头盔在头盔后部区域的性能表现欠佳。本文所述的测量方法阐明了运动头盔缓解不同强度冲击所导致的线性加速度和旋转加速度的能力。该方法可有效表征能量耗散机制，并可用于优化头盔的设计流程。...

现代美式足球头盔中的冲击缓解：位置特异性设计的进步与局限

了解青少年脑震荡诊断的多模态整合方法，结合功能性磁共振成像与头部撞击遥测系统监测脑功能变化。该技术有助于评估神经后遗症并优化康复管理策略。

利用功能磁共振成像与头颅撞击遥测系统对青少年运动相关脑震荡影响的研究

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