1. Uzyskanie neuropsychologicznego profilu bazowego badanego przed wystąpieniem urazu
- Przed przybyciem badanego na testy należy upewnić się, że cały sprzęt działa prawidłowo i jest gotowy do użycia, a w pomieszczeniu nie ma zbędnych rozpraszaczy.
- Po zweryfikowaniu zgody rodziców oraz badanego, należy zmierzyć i zapisać wzrost, masę ciała oraz obwód głowy badanego.
- Przeprowadzić ocenę równowagi, podczas gdy badany stoi na platformie dynamometrycznej, w następującej kolejności warunków: A1 – na platformie dynamometrycznej z otwartymi oczami; A2 – na platformie dynamometrycznej z zamkniętymi oczami; A3 – na platformie dynamometrycznej z założonym kopułkowym urządzeniem do wywoływania konfliktu wizualnego.
- Umieścić podkładkę AirexBalance-pad na platformie dynamometrycznej i powtórzyć ocenę równowagi w warunkach (A1-A3), tak aby badany stał jednocześnie na podkładce AirexBalance-pad i platformie dynamometrycznej.
- Zmierzyć i zapisać siłę uścisku dłoni oraz przeprowadzić test tablicy z otworami (grooved pegboard test) dla lewej i prawej ręki.
- Przeprowadzić test skoku na macie do skoków, najpierw z pozycji przysiadu, a następnie z wykorzystaniem ruchu przeciwstawiowanego (counter-movement), wykonując po 3 próbach dla każdej pozycji.
- Przeprowadzić test maksymalnego dobrowolnego skurczu mięśni kończyn dolnych przy użyciu platformy dynamometrycznej i drążka do pomiaru siły.
- Przeprowadzić baterię testów neuropsychologicznych w następującej kolejności, zgodnie z instrukcjami w Podręczniku Oceny: Post-concussion Symptom Scale-Revised; Child Mood Checklist Self-Report; Waterloo Handedness Questionnaire; Rey Complex Figure Test: Copy Trial; Verbal Fluency Test; Rey Complex Figure Test: Immediate Recall Trial; Verbal Working Memory Task; Rey Auditory Verbal Learning Test; Rey Complex Figure Test: Delayed Recall Trial; Rey Complex Figure Test: Recognition Trial; Stroop Color and Word Test; Symbol Digits Modalities Test; Children's Color Trails Test; Visual Working Memory Task; Rey Auditory Verbal Learning Test: Delayed Recall; Rey Auditory Verbal Learning Test: Recognition Trial; Children's Paced Auditory Serial Attention Task (ilustracja zadań dotyczących werbalnej i wizualnej pamięci roboczej znajduje się na Rysunku 1).
- Wycenić testy neuropsychologiczne zgodnie z odpowiednimi instrukcjami w podręcznikach do testów, tam gdzie jest to wymagane.
- Wprowadzić wszystkie wyniki testów do bazy danych.
2. Pozyskiwanie bazowych obrazów strukturalnego i funkcjonalnego MRI badanego
- Przed sesją badawczą przeprowadź telefoniczny wywiad przesiewowy pod kątem badania MRI, aby upewnić się, że uczestnik może bezpiecznie przejść badanie.
- Po przybyciu uczestnika na sesję badawczą, omów formularz zgody z badanym i jego rodzicami, powtórz przesiew MRI, przeprowadź dokładny instruktaż oraz przedstaw urządzenie MRI i przebieg eksperymentu w sposób dostosowany do wieku badanego. Zapytaj, czy badany ma jakieś pytania.
- Poproś badanego o zdjęcie wszelkiej metalowej biżuterii, akcesoriów oraz wyjęcie przedmiotów z kieszeni.
- Zademonstruj, w jaki sposób badany ma reagować na bodźce prezentowane podczas zadania z pamięcią operacyjną, wykorzystując przyciski Lumitouch (bezpieczna w MRI „mysz” z jedynie lewym i prawym przyciskiem).
- Poproś badanego o założenie zatyczek do uszu.
- Poproś badanego o położenie się na stole skanera.
- Ustaw głowę w cewce głownej i ustabilizuj ją za pomocą wkładkek piankowych oraz pasma stabilizującego na czole. Jeśli uczestnik wymaga szkieł korekcyjnych, aby widzieć ekran komputera, dopasuj kompatybilne z MRI gogle o odpowiedniej mocy korekcyjnej.
- Wsuń stół badawczy do wnętrza skanera.
- Umieść ekran wideo na zewnątrz otworu skanera i zorientuj badanego w kierunku lustra na cewce głownej, na którym będzie wyświetlane zadanie z pamięcią operacyjną.
- Uzyskaj obraz strukturalny ważony T1, stosując sekwencję 3D spoiled gradient z przygotowaniem inwersyjnym (3D SPGR-IRprep) (pełny opis parametrów skanowania znajduje się w Tabeli 1).
- Przeprowadź zadanie z pamięcią operacyjną i zbierz obrazy funkcjonalnego MRI (fMRI), stosując obrazowanie T2*-weighted single-shot z odczytem spiralnym in/out7.
- Uzyskaj obraz FLAIR.
- Uzyskaj obraz ważony PD/T2, stosując sekwencję dual-echo fast spin echo (2D-FSE-XL) z użyciem ASSET. ASSET jest wyłączany, jeśli na obrazie FLAIR widoczne są hiperintensywności istoty białej.
- Uzyskaj obrazy strukturalne ważone T2* za pomocą sekwencji gradient-recalled echo (GRE).
- Uzyskaj 2 zestawy danych obrazowania tensora dyfuzji (DTI) (3, jeśli czas pozwoli), stosując sekwencję single shot echo-planar imaging z dual-spin echo.
- Wyprowadź badanego ze skanera.
3. Rejestrowanie siły i kierunku uderzeń w głowę przy użyciu systemu Head Impact Telemetry (HIT)
- Dopasuj kask hokejowy do głowy badanego.
- Wyjmij baterie z kasku, naładuj je całkowicie, a następnie włóż z powrotem do kasku.
- Przed rozpoczęciem zbierania danych z meczu upewnij się, że kaski nadają, a system HIT odbiera dane.
- Zbieraj dane podczas rozgrywki, zapisując czas rozpoczęcia i zakończenia każdej tercji hokejowej.
- Prześlij dane do przetwarzania do Simbex za pomocą mechanizmu synchronizacji, korzystając z połączenia internetowego.
4. Wykonywanie neuropsychologicznych badań kontrolnych po mTBI
- W dniu otrzymania zgłoszenia o urazie należy wspólnie z rodzicem wypełnić Formularz Raportu o Urazie w wyniku Uderzenia (Hit Injury Report Form), aby uzyskać szczegółowe dane kliniczne i funkcjonalne dotyczące urazu.
- Przeprowadzić u badanego badanie PCS-R w celu określenia aktualnego stopnia nasilenia objawów.
- Około 1. dnia po urazie: przeprowadzić badanie PCS-R. Jeśli objawy nie ustąpiły (tj. nie powróciły do poziomu wyjściowego), nie należy przeprowadzać pełnego zestawu testów neuropsychologicznych.
- Jeśli stan badanego na to pozwala, przeprowadzić ocenę równowagi (patrz pkt 1.3 i 1.4) oraz test skoku (patrz pkt 1.6).
- Jeśli stan badanego na to pozwala, przeprowadzić test maksymalnego dobrowolnego skurczu mięśni kończyn dolnych (patrz pkt 1.7).
- Jeśli stan badanego na to pozwala po zakończeniu testów fizycznych, przeprowadzić zadania sprawdzające werbalną i wizualną pamięć roboczą.
- Kontynuować przeprowadzanie badania PCS-R aż do ustąpienia objawów (tj. powrotu do poziomu wyjściowego) zgodnie z harmonogramem przedstawionym w Tabeli 2.
- Około 5. dnia po urazie: przeprowadzić badanie PCS-R. Jeśli objawy nie ustąpiły, powtórzyć powyższą sekwencję testów (patrz pkt 4.3 do 4.6).
- Jeśli po 7 dniach od urazu objawy nadal nie ustąpiły, należy kontynuować cotygodniowe przeprowadzanie badania PCS-R aż do ich ustąpienia.
- W przypadku badanych, u których objawy ustąpiły, powtórzyć kroki od 1.2 do 1.9.
- Przejść do sesji kontrolnego skanowania strukturalnego i funkcjonalnego MRI (patrz Sekcja 5).
5. Pozyskiwanie obrazów strukturalnego i funkcjonalnego MRI w ramach obserwacji po mTBI
- Zaplanuj dla badanego sesję skanowania kontrolnego w ciągu 72 godzin po urazie.
- Powtórz kroki od 2.2 do 2.16 wymienione powyżej.
- Jeśli w czasie pierwszej sesji skanowania kontrolnego objawy nadal występują, zaplanuj drugą sesję kontrolną po ustąpieniu objawów i powtórz kroki od 2.2 do 2.16 zgodnie z powyższym wykazem.
6. Przeprowadzenie neuropsychologicznych badań kontrolnych u dobranych osób z grupy kontrolnej
- Przeanalizuj wiek (tj. lata i miesiące) wszystkich osób uczestniczących w eksperymencie i sporządź listę potencjalnych osób do grupy kontrolnej, dopasowanych pod względem wieku i płci, na podstawie dat urodzenia różniących się o maksymalnie 3 miesiące w tym samym roku kalendarzowym dla każdego uczestnika z mTBI.
- Skontaktuj się z osobami z grupy kontrolnej i zaplanuj sesję badań.
- Zastosuj protokół testowy analogiczny do tego, który przeprowadzono u dopasowanego uczestnika z mTBI, w odniesieniu do czasu i liczby sesji kontrolnych. Powtórz kroki od 1.2 do 1.16 powyżej, zgodnie z wytycznymi. Na przykład, jeśli objawy u uczestnika z mTBI ustąpiły w ciągu 24 godzin i przeszedł on tylko jedną sesję testową kontrolną, obejmującą pełny zestaw badań neuropsychologicznych, zastosuj ten sam protokół u dopasowanego uczestnika z grupy kontrolnej.
- Przejdź do sesji kontrolnego obrazowania strukturalnego i funkcjonalnego MRI (patrz sekcja 7).
7. Pozyskiwanie obrazów strukturalnych i funkcjonalnych MRI od dobranych kontrolnych osób badanych
- Powtórzyć kroki od 2.2 do 2.16 wymienione powyżej.
- Jeśli osoba z grupy kontrolnej jest dopasowana do osoby z grupy mTBI, która przeszła dwie sesje skanowania kontrolnego ze względu na nieustępujące objawy, należy zaplanować drugą sesję testową, zachowując odpowiedni odstęp czasowy między sesjami (tj. liczbę dni) i powtórzyć kroki od 2.2 do 2.16 wymienione powyżej.
8. Analizy danych
- Obliczyć statystyki opisowe (średnią i odchylenie standardowe) dla siły oraz liczby uderzeń w głowę dla każdego zawodnika, uzyskane z systemu HIT, normalizując dane dla każdego zawodnika na jedną grę.
- Obliczyć wynik zmiany względem poziomu bazowego dla każdego wyniku testu neuropsychologicznego we wszystkich badaniach przedmiotów z mTBI oraz dopasowanej grupy kontrolnej.
- Przeprowadzić t-test dla próbek dopasowanych, przyjmując grupę jako czynnik międzyosobniczy (tj. mTBI przeciwko grupie kontrolnej) oraz zmianę wyników testów neuropsychologicznych jako zmienną zależną, aby przeanalizować wpływ mTBI na funkcje neuropsychologiczne.
- Wykorzystać kliniczne zestawy obrazów PD/T2-weighted do wygenerowania miar wolumetrycznych całego mózgu w celu pomiaru globalnego obrzęku mózgu bezpośrednio po mTBI.
- Dla każdego badanego z mTBI obrazy T1-weighted zostaną wykorzystane do obliczenia ogniskowych zmian objętości tkanki przy użyciu dwóch komplementarnych obliczeń nieliniowych pól deformacji. Po pierwsze, zarejestrować skany bazowe względem każdego ze skanów kontrolnych. Po drugie, obliczyć deformację między kolejnymi parami skanów, aby uchwycić krótkoterminowe różnice między skanami.
- Skorygować dane DTI pod kątem zniekształceń prądów wirowych oraz ruchu głowy, a następnie zorientować ponownie kierunki gradientów przed obliczeniem parametrów tensora dyfuzji. W badaniach grup mTBI kontra non-mTBI zastosować metodę statystyki przestrzennej opartej na traktach (TBSS), wprowadzoną niedawno przez grupę z Oxfordu8.
- Zidentyfikować wszelkie hiperintensywności istoty białej na obrazach FLAIR oraz mikrokrwawienia na obrazach GRE, aby oddzielić obszary normalnie wyglądającej istoty białej od tych, które uległy uszkodzeniu po mTBI9. Wykorzystać te lokalizacje do wyodrębnienia ilościowych miar pochodzących z DTI (anizotropii frakcyjnej, FA, dyfuzyjności średniej, D oraz dyfuzyjności radialnej, DR).
- W analizach DTI skorelować wartości wokseli TBSS z danymi telemetrycznymi HITS (tj. siłą i liczbą uderzeń w głowę), stosując wielowymiarową metodę analizy najmniejszych kwadratów częściowych (PLS)10 - 13. Analiza najmniejszych kwadratów częściowych (PLS) to technika wielowymiarowa, która pozwala zidentyfikować wzorce aktywności w całym mózgu zmieniające się w zależności od warunków eksperymentalnych lub zachowania.
- Przetworzyć wstępnie obrazy fMRI poprzez przestrzenną korejestrację z wczesną objętością referencyjną z pierwszego cyklu obrazowania w celu korekcji ruchu głowy, a następnie zastosować interpolację transformaty Fouriera 3D.
- Przeprowadzić normalizację przestrzenną obrazów skorygowanych pod kątem ruchu do wewnętrznego szablonu spiralnego fMRI, używając 12-parametrycznej transformacji afinicznej z interpolacją sinc oraz wygładzić obraz filtrem Gaussa o szerokości połowy maksymalnej (FWHM) wynoszącej 6 mm, aby zwiększyć stosunek sygnału do szumu.
- Usunąć pięć początkowych objętości obrazu w każdym cyklu, w których występują przejściowe zmiany sygnału, zanim magnetyzacja mózgu osiągnie stan stacjonarny.
- Przeprowadzić analizy jednowymiarowe przy użyciu Statistical Parametric Mapping 2 (SPM2), gdzie wektory identyfikujące obraz odpowiadający czasowi rozpoczęcia każdego zdarzenia są splotowane z funkcją odpowiedzi hemodynamicznej (HRF) i wprowadzone do wielowymiarowej regresji liniowej na poziomie wokseli 14.
- Obliczyć estymatory parametrów dla każdej z kowariantów, odzwierciedlające zmiany w sygnale BOLD dla każdego typu zdarzenia względem poziomu bazowego.
- Wykorzystać statystyki t na poziomie wokseli do przeprowadzenia kontrastów porównujących obszary aktywności mózgu, które są różnie zaangażowane w zależności od zadań (np. pamięć robocza kontra zadanie kontrolne) i grup (np. mTBI kontra grupa kontrolna).
- Połączyć informacje z systemu HIT (tj. średnią siłę uderzeń w głowę dla każdego zawodnika) z danymi neuroobrazowania strukturalnego i funkcjonalnego. Do oceny tych zależności wykorzystać analizę PLS.
- Wykorzystać średnią siłę uderzeń w głowę dla każdego zawodnika do przeprowadzenia behawioralnej analizy PLS, która powiąże średnią siłę z różnicami we wzorcach aktywności mózgu podczas wykonywania zadania pamięci roboczej.
9. Reprezentatywne wyniki
System telemetrii uderzeń w głowę
Tabela 3 przedstawia dane ilościowe zarejestrowane dla odpowiadających im uderzeń zilustrowanych na Rysunku 2. Szczytowe przyspieszenie liniowe to maksymalne przyspieszenie liniowe głowy zawodnika podczas uderzenia. Jednostką są g. g to przyspieszenie ziemskie na poziomie morza (9,8 m/s²). Szczytowe przyspieszenie kątowe to maksymalne przyspieszenie kątowe głowy zawodnika podczas uderzenia. Jednostką są radiany na sekundę kwadratową. Azymut jest miarą lokalizacji uderzenia. Azymut jest definiowany w zakresie od -180° do 180°, gdzie 0° znajduje się z tyłu głowy, a dodatni azymut oznacza prawą stronę głowy. Elewacja to druga miara lokalizacji uderzenia. Elewacja jest definiowana od 0° (płaszczyzna pozioma przechodząca przez środek ciężkości głowy) do 90° (czubek głowy).
Funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI)
Rysunek 3 przedstawia wyniki seryjnego fMRI w przypadku a) sportowców z wstrząśnieniem mózgu z ustąpieniem objawów oraz b) bez ustąpienia objawów. Uwaga: aktywność mózgu związana z zadaniem w obszarze czołowym jest wyraźnie obserwowana jedynie u sportowców z ustąpieniem objawów.

Rycina 1. Schemat zadania pamięci operacyjnej z zewnętrznie narzuconym uporządkowaniem.

Rycina 2. Przykład interfejsu danych systemu HIT pokazujący wektory kierunkowe wskazujące lokalizację sześciu uderzeń opisanych w Tabeli 3. Simbex 2006.

Rysunek 3. Seryjne wyniki fMRI u a) sportowców z wstrząśnieniem mózgu z ustąpieniem objawów oraz b) bez ustąpienia objawów. PCS = objawy powstrząśnieniowe; n = liczba badanych; ▲BOLD = zmiana sygnału zależnego od poziomu utlenowania krwi; DLPC = grzbietowo-boczna kora przedczołowa.
| Typ skanowania | Sekwencja | TE/TR/TI/FA1 | Macierz/ FOV(cm)2 | NEX3 | Grubość warstwy/ Liczba warstw | Inne | Czas skanowania |
| ważony T1 | 3D spoiled gradient echo z przygotowaniem inwersyjnym (SPGR-IRprep) | 5.9/1.3/300/20 | 256 160/22 | 2 | 1.4/128 | | 7:30 |
| ważony PD/T2 | Dual-echo fast spin echo (FSE) | 20,102/2.9s/ | 256 192/22 | 2 | 3/48 | przeplatane | 12:00 |
| FLAIR | FSE-IRprep | 140/9.3s/2.2s/ | 256 192/22 | 1 | 3/48 | | 4:12 |
| Tensor dyfuzji | Single-shot echo planar imaging z podwójnym echem spinowym | min/~9s/ | 128 128/33 | 2 | 2.6/50+ | wartość b:1000 s/mm2
Orientacje gradientów: 23
B0:2
synchronizacja obwodowa | 6:30 |
| T2* | Echo gradientowe | 20/350/ /20 | 256 192/22 | 1 | 3/48 | przeplatane | 4:30 |
| fMRI | Single-shot T2* z odczytem spiralnym in/out | 30/2s/ /70 | 64 64/20 | | 5/26 | monitorowanie obwodowe: oddech, serce | 12:00-15:00 |
| qT2 | Poon & Henkleman | 10/2500/ | 128 128/24 | 4 | 4/1 | | 21:00 |
| | | | | | | SUMA | 70:42 |
Tabela 1. Szczegóły parametrów skanowania dla klinicznych i funkcjonalnych sekwencji MR przy 3T.
1 TE (czas echa); TR (czas repetycji); TI (czas inwersji); FA (kąt odchylenia)
2 FOV (pole widzenia)
3 NEX (liczba wzbudzeń)
| Czas | Skala objawów po wstrząśnieniu mózgu (PCS) | Praca
Pamięć
Zadanie | Waga analityczna | Koordynacja | Neuropsychologiczny
Ocena |
| Rok bazowy 1 | X | X | X | X | X |
| Dzień 1 po wstrząśnieniu mózgu (PC) | X | X | X | X | |
| Dzień 2 PC | X | | | | |
| PC Dzień 3-4 | X | | | | |
| PC dzień 5-6 | X | X | X | X | |
| PC Dzień 7 | X | | | | |
| Co tydzień po 7. dniu | X | | | | |
| Rozdzielczość PCS | X | X | X | X | X |
| Rok bazowy 2 | X | X | X | X | X |
Tabela 2. Przeprowadzenie pomiarów neuropsychologicznych dla wszystkich badanych.
Uwaga: Każdy pojedynczy badany po wstrząśnieniu mózgu zostanie dopasowany do osób z grupy kontrolnej z urazami ortopedycznymi oraz osób z grupy kontrolnej bez urazów. W przypadku osób z grup kontrolnych pomiary zostaną przeprowadzone w tym samym przedziale czasowym, co u dopasowanego do nich badanego po wstrząśnieniu mózgu. Na przykład, jeśli u badanego po wstrząśnieniu mózgu ustąpienie objawów PCS nastąpiło w 14. dniu, osoba z grupy kontrolnej ortopedycznej, a także osoba z grupy kontrolnej bez urazów, zostaną poddane pełnej ocenie neuropsychologicznej również w 14. dniu (tj. zostaną potraktowane tak, jak gdyby ich objawy „PCS” ustąpiły w 14. dniu), aby zapewnić zgodność punktów danych.
| Data zdarzenia | Czas zdarzenia | Szczytowe przyspieszenie liniowe | Szczytowe przyspieszenie kątowe | Azymut | Wzniesienie |
| 2006-10-29 | 15:39:01:410 | 22.45 | 2842.32 | -67.30 | 29.05 |
| 2006-10-29 | 15:47:02:120 | 7.09 | 478.66 | -116.53 | -61.24 |
| 2006-10-29 | 16:21:40:190 | 15.25 | 1288.01 | -83.96 | -52.09 |
| 2006-10-29 | 16:48:31:910 | 8.91 | 603.32 | -134.04 | 16.33 |
| 2006-10-29 | 16:48:32:060 | 18.18 | 1256.09 | 60.36 | 10.36 |
| 2006-10-29 | 17:04:50:110 | 20.18 | 1093.22 | -4.47 | 50.31 |
Tabela 3. Próbka danych zebranych od jednego gracza z jednym kaskiem.