Использование диффузионно-тензорной визуализации при черепно-мозговой травме

1. Набор участников

1. Наберите 20 участников с умеренной и тяжелой ЧМТ и 20 участников контрольной группы соответствующего возраста. Все участники должны быть старше 18 лет.
   1. Пациенты с ЧМТ должны были пережить закрытую черепно-мозговую травму, которая произошла не менее 6 месяцев назад. ЧМТ диагностируется путем оценки нескольких факторов, таких как изменения в сознании, потеря сознания и потеря памяти до или после несчастного случая. Чтобы быть классифицированным как умеренный или тяжелый, пациент должен был испытывать период потери сознания, который составлял более 30 минут, и/или получить менее 13 баллов по шкале комы Глазго.
   2. Участники контрольной группы не должны иметь в анамнезе неврологических или психологических расстройств.
   3. Все участники не должны иметь металла в своем теле. Это важное требование безопасности из-за высокого магнитного поля, задействованного в МРТ.
   4. Все участники не должны страдать клаустрофобией, так как для проведения МРТ необходимо лежать в небольшом пространстве отверстия сканера.
2. Процедуры предварительного сканирования
   1. Заполните документы перед сканированием.
   2. Когда участники приходят на МРТ, попросите их сначала заполнить форму металлического экрана, чтобы убедиться, что у них нет противопоказаний к МРТ, форму случайных результатов, дающую согласие на то, чтобы их сканирование было рассмотрено радиологом, и форму согласия с подробным описанием рисков и преимуществ исследования.
   3. Подготовьте участников к работе со сканером, удалив с их тела весь металл, включая ремни, кошельки, телефоны, заколки для волос, монеты и все украшения.
3. Подготовка сканера
   1. Дайте участнику беруши, чтобы защитить их уши от шума сканера, и наушники, чтобы они могли слышать экспериментатора во время сканирования, и попросите их лечь на кровать, укутав голову в катушку.
   2. Дайте участнику мяч для экстренного сжатия и попросите его сжать его в случае чрезвычайной ситуации во время сканирования.
   3. Используйте поролоновые прокладки для фиксации головы участника в катушке, чтобы избежать лишних движений во время сканирования, и напомните участнику, что очень важно оставаться как можно более неподвижным во время сканирования, так как даже самые незначительные движения размывают изображение.
4. Сбор данных
   1. Соберите анатомическое сканирование с высоким разрешением, взвешенное по T1. Это будет использоваться для регистрации мозга участника в стандартном пространстве атласа.
   2. Начните сканирование с помощью последовательности импульсов, оптимизированной для DTI.
      1. Получается одно изображение B0, которое не чувствительно к направлению диффузии.
      2. Получаются множественные диффузионно-взвешенные изображения, каждое из которых чувствительно к различному направлению диффузии. Чем больше направлений будет получено, тем точнее мы сможем разгадать тензор диффузии. Однако увеличение количества направлений также увеличивает время приобретения. В этом исследовании мы приобретем 64 различных направления.
5. Задача на внимание
   1. За пределами МРТ-сканера попросите всех участников выполнить версию задания «Сеть внимания» (ANT)³, чтобы оценить их способность к избирательному вниманию.
   2. Усадите участника перед экраном компьютера и проинструктируйте его, как выполнить задачу.
      1. Объясните, что на экране появится ряд стрелок. Задача участника – реагировать только на стрелку в центре, а остальные игнорировать. Если центральная стрелка указывает влево, он будет нажимать клавишу «F» левой рукой. Если центральная стрелка указывает вправо, они будут нажимать клавишу «J» правой рукой. Они должны реагировать как можно быстрее и точнее.
   3. Приступайте к выполнению задачи.
      1. На каждом испытании представьте на экране ряд из пяти стрелок. Каждая стрелка может быть направлена влево или вправо. В конгруэнтных испытаниях все стрелки указывают в одном направлении. В неконгруэнтных испытаниях центральная стрелка указывает в направлении, противоположном фланкирующим. Каждое испытание начинается с фиксирующего креста, который остается на экране в течение переменного времени от 400 до 1600 мс. Затем появляются стимулы со стрелками и остаются на экране до тех пор, пока участник не ответит, или максимум на 1700 мс. Испытание завершается фиксирующим крестом, который остается на экране до тех пор, пока не будет достигнута общая продолжительность испытания в 4 секунды.
      2. Представьте 100 испытаний, половина из которых имеет конгруэнтные цели и половина неконгруэнтные мишени.
      3. Вычислите разницу во времени реакции между неконгруэнтными и конгруэнтными целями. Как правило, время реакции на неконгруэнтные цели происходит медленнее. Люди, которые больше отвлекаются на фланговые стрелы, будут иметь большую разницу во времени реакции между неконгруэнтными и конгруэнтными целями. Эта мера контроля внимания будет проверена в сравнении с показателями целостности белого вещества.
6. Процедуры после эксперимента
   1. Проведите брифинг с участником.
   2. Заплатите участнику.
7. Анализ данных
   1. Предварительная обработка данных диффузии.
      1. Визуально осмотрите данные, чтобы убедиться в отсутствии артефактов.
      2. Выполняйте вихретоковую коррекцию с помощью специализированного программного обеспечения.
      3. Для каждого объекта зарегистрируйте каждое из изображений направленной диффузии в изображение B0 с помощью линейного аффинного преобразования твердого тела. Этот шаг компенсирует любое движение, произошедшее при сканировании к сканированию.
      4. Удалите череп и другие ткани, не относящиеся к мозгу, с изображений с помощью автоматизированного программного обеспечения. Это гарантирует, что мы не будем вычислять тензоры для вокселей, которые находятся вне мозга.
      5. Объедините изображения с несколькими направлениями, чтобы рассчитать тензор диффузии в каждом вокселе. Существует несколько бесплатных программных пакетов для обработки данных DTI, которые будут вычислять эти значения.
      6. Вычислите FA для каждого воксела, долю величины тензора, обусловленную анизотропной диффузией.
      7. Зарегистрируйте диффузионные изображения на анатомическом изображении T1 с высоким разрешением, а затем в стандартном пространстве атласа, чтобы обеспечить анализ на уровне группы.
   2. Определение областей интереса (ROI).
      1. Получите три маски ROI из стандартного атласа белого вещества. Здесь мы используем атлас белого вещества ICBM-DTI-81, созданный Международным консорциумом по картированию мозга (Рисунок 2).
      2. Зарегистрируйте анатомическое изображение каждого отдельного объекта с высоким разрешением в стандартном атласе.
      3. Деформируйте маски ROI в индивидуальном пространстве мозга каждого участника, используя регистрации, выполненные на предыдущем шаге.
   3. Извлеките значения FA для каждого предмета из каждого из трех ROI.
   4. Сравните значения FA между двумя группами с помощью анализа дисперсии (ANOVA).
   5. Вычислите корреляцию Пирсона между оценками конгруэнтности участников по значениям ANT и FA.