$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
הדמיית טנזור דיפוזיה? DTI היא טכניקה בתוך תהודה מגנטית המסתמכת על דיפוזיה של מולקולות מים כדי לחקור את שלמותן של רשתות החומר הלבן - צרורות האקסונים המחברים בין החומר האפור בקליפת המוח לחומר האפור התת-קורטיקלי - במוח.
מבנים מחוברים אלה עלולים להינזק כאשר כוח חיצוני, כגון כדורגל, בא במגע עם הראש במהלך משחק. אינטראקציות חוזרות ונשנות כאלה יכולות להוביל לפציעה חמורה יותר, שנקראת פגיעה מוחית טראומטית, או בקיצור TBI.
עם הזמן, הנזק לחומר הלבן המוחי קשור לעתים קרובות לליקויים בקוגניציה, במיוחד בתחום הקשב. לדוגמה, שחקן עם TBI עשוי להיות מוסח יותר על ידי אוהד ביציעים, ולהגיב לאט יותר לקבוצה היריבה.
בהתבסס על עבודה קודמת שבוצעה על ידי קראוס ועמיתיו, הסרטון הזה מדגים כיצד למדוד את שלמות החומר הלבן באמצעות DTI בחולים עם TBI בהשוואה לקבוצת ביקורת בריאה.
כמו כן, נבחן תפקוד קוגניטיבי באמצעות מטלת קשב סלקטיבית, נסביר כיצד לנתח את נתוני ההדמיה, ולפרש את הקשר בין ערכי דיפוזיה באזורי עניין מוגדרים לבין שליטה בקשב.
בניסוי הזה, שתי קבוצות של משתתפים – מטופלים שאובחנו עם TBI בינונית עד חמורה וקבוצת ביקורת בריאה – נסרקות באמצעות פרוטוקול DTI, ואז נבדקות במטלת קשב.
ראשית, בואו נדון בכמה עקרונות מאחורי DTI: הטכניקה רגישה לדיפוזיה של מולקולות מים, שתמיד נעות, בעיקר במקביל לכמות העצומה של צרורות אקסונליים. סוג זה של תנועה ידוע בשם דיפוזיה אנאיזוטרופית.
יחד עם נתיב זרימת המים, ניתן למדוד את כמות הדיפוזיה כדי לחשב את הטנזור - המוצג בעצם כאליפסואיד עם כיוון. ערך זה מכומת על סמך האורך היחסי לרוחבו באמצעות שיטה הנקראת אנזוטרופיה חלקית, בקיצור FA.
} ליתר דיוק, ערכי FA יכולים לנוע בין 0?איזוטרופי, או תנועה שווה?ל-1, המשקף את הכמות הגדולה ביותר של אניזוטרופיה.
הדיוק מקסימלי בכל הווקסלים על ידי רכישת תמונות דיפוזיה במהלך סריקת MRI בכיוונים רבים ושונים התואמים לתזוזות בשדה המגנטי המופעל. רזולוציה מוגברת זו מתרחשת על חשבון הזמן.
בידיעה זו, משתנה תלוי קריטי מורכב מערכי FA עבור שלושה אזורי עניין, או ROIs: העטרה הרדיאטה הקדמית, הטחול של הקורפוס קלוסום והפאסיקולוס האורכי העליון.
בהשוואה לבקרות רגילות, ערכי ה-FA צפויים להיות מופחתים אצל אנשים עם TBI, מכיוון שהחומר הלבן שלהם צפוי להיפגע בצורה לא מקומית, וכתוצאה מכך פחות אניזוטרופיה בכל ההחזר על ההשקעה.
עם זאת, אזור אחד - העטרה הרדיאטה הקדמית - קשור לקשרים לפיתול החגורה הקדמי, הממלא תפקיד חשוב בשליטה בקשב.
כדי לחקור עוד יותר את הקשר הפונקציונלי הזה בין שלמות החומר הלבן להתנהגות, כל המשתתפים נבדקים במשימת רשת הקשב שפותחה על ידי פאן ועמיתיו.
בפרדיגמה זו, המשתתפים מתבקשים למקד את תשומת ליבם, תחילה בצלב קיבוע המופיע למשך משתנה בין 400 ל-1600 אלפיות השנייה, ואחריו שני סוגים שונים של חצים: קבוצה מרכזית אחת ושתי קבוצות אגפיות שעשויות להשתנות בכיוון שאליו הם מצביעים.
במחצית מהניסויים, כל החצים מצביעים לאותו כיוון; אלה נחשבים חופפים. עבור החצי השני, החץ המרכזי מצביע לכיוון ההפוך של האגפים, ומקרים אלה מכונים לא הולמים. המשתתפים מתבקשים לסווג את החצים על ידי ביצוע לחיצות מקשים משויכות במהירות האפשרית כאשר כל סט חדש מופיע.
כאן, ההבדל בזמני התגובה בין סוגי הניסויים מחושב כמשתנה תלוי נוסף. אנשים שדעתם מוסחת יותר על ידי החיצים המאגפים צפויים להיות בעלי ציון הבדל גדול יותר, מה שמעיד על שליטה קשב לקויה.
לכן מדד זה צפוי להיות בקורלציה שלילית עם ערכי FA, במיוחד באזור הקשור ליכולת הקשב - העטרה הרדיאטה הקדמית - ולא האחרים, ובכך מראה משמעות תפקודית של מסלולים מסוימים של חומר לבן.
לפני הניסוי, גייסו 20 מטופלים בוגרים שאובחנו עם TBI בינונית עד חמורה במהלך ששת החודשים האחרונים וקבוצת ביקורת תואמת גיל, שאין להם היסטוריה של הפרעות נוירולוגיות או פסיכולוגיות.
לצורך הדגמה זו, בדוק מטופל שתועד כסובל מאובדן הכרה במשך יותר מ-30 דקות או ציון של < 13 on the Glasgow Coma Scale.
ביום הסריקה שלו, ברך אותו וודא שהוא אינו סובל מקלסטרופוביה או שיש לו מתכת כלשהי בגופו; כמו כן, בקשו מהם למלא את טפסי ההסכמה הדרושים המפרטים את הסיכונים והיתרונות של המחקר.
לאחר קבלת הסכמה, הכינו את המטופל לכניסה לחדר הסריקה. למידע מפורט יותר על הליכי הסריקה המוקדמת, אנא עיין בפרויקט MRI אחר באוסף זה.
כשהמטופל נמצא כעת בסורק, אסוף תחילה סריקה אנטומית ברזולוציה גבוהה. לאחר מכן, התחל רצף פולסים המותאם ל-DTI על ידי רכישת תמונת B0 - כזו שאינה רגישה לכיוון הדיפוזיה - כמו גם תמונות מרובות במשקל דיפוזיה ב-64 כיוונים שונים.
לאחר השלמת הרצף, ליוו את המטופל אל מחוץ לסורק לחדר ניסוי עם מחשב כדי לבצע את השלב הבא, מטלת רשת קשב.
הסבירו את הוראות המשימה: הם יראו סדרה של חמישה חצים על המסך וצריכים להתמקד רק במרכז. כדי להבטיח תגובות מהירות ומדויקות, בקש מהם להניח את ידיהם על המקלדת, עם האצבע המורה השמאלית על מקש 'F' והאצבע הימנית על 'J'.
במהלך ניסויים שבהם החץ המרכזי מצביע שמאלה, הנחו אותם ללחוץ על 'F'. אחרת, כאשר הוא פונה ימינה, לחץ על 'J'.
אפשר למטופל להשלים 100 ניסיונות: זכור שכל אחד מהם מתחיל בצלב קיבוע שנשאר על המסך למשך משתנה של 400 עד 1600 אלפיות השנייה, ולאחר מכן מופיעים חצים, והמרכזי יהיה לא תואם או תואם.
שימו לב שהחצים נשארים על המסך עד שהמטופל מגיב, או למשך 1700 אלפיות השנייה לכל היותר אם הוא לא לוחץ על אף אחד מהמקשים. שימו לב גם שכל ניסוי מסתיים בצלב קיבוע שנשאר גלוי למשך הניסוי הכולל של 4 שניות.
בסוף משימת הקשב, תחקרו את המטופל לסיום המחקר, ופצו אותו על השתתפותו.
לאחר קבלת הסורק ונתוני ההתנהגות, תחילה יש להמיר את קבצי הדיפוזיה הגולמיים לתמונות טנזור.
כדי להתחיל בעיבוד מקדים, בצע תיקון עיוות לזרמי מערבולת, המתרחשים בדרך כלל בנתונים הגולמיים כתוצאה משינוי השדה המגנטי במהלך הרכישה.
כדי לפצות על התנועה, החל טרנספורמציה ליניארית של גוף קשיח, הרושמת כל אחת מתמונות הדיפוזיה הכיוונית להפניה B0.
בנוסף, בודד את המוח מהגולגולת ורקמות אחרות שאינן עצביות כדי להבטיח שטנזורים לא יחושבו עבור ווקסלים מחוץ למוח.
כעת, שלב את כל 64 התמונות הכיווניות כדי לחשב את טנזור הדיפוזיה בכל ווקסל, והוציא את ערכי ה-FA המתאימים ברקע.
לאחר מכן, רשום את תמונות הדיפוזיה לסריקה האנטומית ברזולוציה גבוהה, ולאחר מכן למרחב אטלס סטנדרטי כדי לאפשר ניתוח ברמת הקבוצה.
לאחר השלמת העיבוד המקדים, השתמש באטלס חומר לבן כדי לזהות שלושה החזר ROI: העטרה הרדיאטה הקדמית, הטחול של הקורפוס קלוסום והפאסיקולוס האורכי העליון.
לבסוף, רשמו את התמונה האנטומית של כל משתתף לאטלס הסטנדרטי, והשתמשו בהם כדי לעוות את מסכות ה-ROI לתוך מרחב המוח של כל משתתף.
כדי לשרטט את הנתונים, השווה את ערכי ה-FA שחולצו לפי קבוצה, והתווה כל החזר ROI בנפרד. שימו לב שערכי FA היו נמוכים משמעותית בקבוצת TBI בכל שלושת החזר ההשקעה, מה שמצביע על נזק נרחב לחומר הלבן במטופלים אלה.
כדי לשלב את הנתונים ההתנהגותיים, שרטטו את ההבדלים בזמני התגובה בין ניסויים לא תואמים ותואמים מול ערכי FA עבור כל הנבדקים. בצע ניתוח מתאם פירסון על התוצאות הכוללות הללו, שוב באופן עצמאי עבור כל החזר ROI.
הפעם, רק אחד מהאזורים - העטרה הרדיאטה הקדמית - הראה מתאם משמעותי, בכיוון השלילי. כלומר, ערכי FA גבוהים היו קשורים לזמני תגובה מהירים, בעוד שאניזוטרופיה נמוכה התאימה לזמני תגובה ארוכים יותר. ממצאים אלה מצביעים על קשר תפקודי בין חיבור החומר הלבן לשליטה בקשב.
כעת, כשאתם מכירים כיצד לקשר בין מבנה ותפקוד באמצעות DTI ומטלת בקרת קשב, בואו נסתכל כיצד חוקרים משתמשים בגישות דומות כדי לחקור אוכלוסיות אחרות עם קישוריות פגומה, או כדרך להגן עליה.
בעוד שהזדקנות רגילה קשורה לירידה קוגניטיבית, שינויים אינם בהכרח נפוצים. במקום זאת, נראה שהם קשורים לפונקציות ספציפיות המתאימות לשלמות החומר הלבן ולערכי FA מופחתים, במיוחד בקליפת המוח הקדם-מצחית. לפיכך, הדמיית דיפוזיה יכולה לשמש כשיטה לזיהוי מוקדם של שינויים הקשורים לגיל בתפקוד הניהולי.
באמצעות נתונים שנאספו על ידי DTI, חוקרים יכולים להשתמש בטכניקה תלת-ממדית הנקראת טרקטוגרפיה של סיבים ולשחזר מסלולים של חומר לבן בכל המוח. הליך דוגמנות זה שימושי בתחומים רבים, כולל נוירוכירורגיה.
אם, למשל, מנתחים צריכים להסיר גידול, הם יכולים לתכנן בדיוק היכן דרכי החומר הלבן נמצאות בקרבת מבנים קריטיים ולהימנע מהשלכות מזיקות.
זה עתה צפיתם בהקדמה של JoVE להדמיית טנזור דיפוזיה. עכשיו אתם צריכים להבין היטב כיצד לתכנן ולבצע ניסוי DTI, כמו גם כיצד לנתח ולפרש דפוסי דיפוזיה ספציפיים עם השלכות קוגניטיביות הקשורות לפגיעה מוחית טראומטית.
תודה שצפית!