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弥散张量成像在创伤性脑损伤

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扩散张量成像 — — DTI — — 是一种内依赖于扩散的水分子研究的白质网络完整性的磁共振技术 — — 连接皮质和皮质下灰质的轴突束 — — 在大脑中。

外部力量,如一个足球,在比赛中头部时,可能会损坏这些互连结构。这种重复的相互作用可能导致更严重的损伤,称为创伤性脑损伤,简称创伤性脑损伤。

随着时间的推移到脑白质损害往往是与赤字的认知,特别是在注意力域相关联的。例如,一个球员与创伤性脑损伤可能更加心烦意乱在看台上的球迷和慢反应给对方。

基于以前的工作由克劳斯和他的同事,该视频演示如何衡量白质完整性 DTI 在病人使用 TBI 相比,健康人作为对照。

我们亦会研究认知功能使用选择性注意任务中,说明了如何分析影像数据,并解释定义感兴趣区域的扩散值与注意力控制之间的关系。

在这个实验中,两组的参与者 — — 患者诊断出患有中度至严重的脑外伤和控制个人健康 — — 扫描使用的 DTI 协议,然后在关注任务上进行测试。

首先,让我们讨论一下背后 DTI 的几个原则: 技术是敏感的不断转移,主要是在平行于轴突束的大量的水分子扩散。这种类型的运动被称为各向异性扩散。

随着水的流动的路径,可以测量的扩散量来计算张量 — — 本质上说明了为椭球体与方向。此值被量化为基础的相对长度到使用一种称为各向异性分数,简称 FA 方法其宽度。

更具体地说,FA 值的范围可以从 0 — — 各向同性,或等于运动 — — 为 1,反映出了最大数量的各向异性。

精度最大化跨所有体素都由许多不同的方向与外加磁场的变化相对应的 MRI 扫描过程中获取扩散图像。这增加的决议发生时间的牺牲。

知道,关键的因变量组成的 FA 值为三个地区的利益或 Roi: 前电晕松、 胼胝体和优越的纵束胼胝体压部。

与正常对照组相比,FA 值预计将在个人与创伤性脑损伤,减少其白质预计将受到非本地化的方式,导致较少的各向异性跨所有的 Roi。

然而,一个区域 — — 前电晕松 — — 是与扣带皮层在注意力控制中起重要作用的连接相关联。

为了进一步探索这一功能关系白质完整性与行为之间,所有参与者都在关注网络任务由风扇和同事被都测试。

在此范例中,参与者被要求集中他们的注意力,首先对固定出现长短 400 和 1600年女士之间的交叉紧随其后两种不同类型的箭头: 中央一个和两个侧翼群体,可能在他们点的方向会发生变化。

在一半的审判,所有箭头点在同一个方向;这些被认为是一致的。对于另一半,中心箭头指向相反的方向的侧翼的和这些个案转介一样不一致。参与者被要求通过尽可能快地使关联的按键,当每个新的集显示分类箭头。

在这里,作为另一个因变量计算反应时期审判类型之间的差异。个人更心烦意乱的侧翼的箭头预计将有较大的差异分数,表明注意力控制不良。

因此,这项措施预计呈负相关的 FA 值,特别是在该区域有关的注意能力 — — 前电晕松 — — 而不是其他,因此显示的特定白质束的功能意义。

试验前招募 20 的成人患者,被诊断出患有中度至重度脑外伤在过去 6 个月和年龄匹配的对照,没有历史的神经或心理障碍的人。

为此演示中,测试文献中记载着超过 30 分钟的意识丧失或乐谱的病人 < 在格拉斯哥昏迷量表 13。

在其扫描的一天,迎接他们并确保他们不做患上幽闭恐惧症或有任何金属在他们的身体;也有他们填写必要的同意的形式,详细列出的风险和好处的研究。

在获得同意后, 准备病人进入扫描室。关于预扫描程序的详细信息,请参阅在此集合中的另一个 MRI 项目。

患者现在在扫描仪中孔,首先收集高分辨率的解剖扫描。然后,启动脉冲序列的获取 B0图像进行 DTI 的优化 — — 一种不敏感的扩散方向 — — 以及多个扩散加权图像中 64 个不同的方向。

完整的序列时,护送病人扫描仪,进入实验房与一台计算机要执行的下一阶段,注意网络任务。

解释的任务说明: 他们将在屏幕上看到一系列的五个箭头,应该只专注于中心之一。为了确保快速和准确的反应,让他们将他们的手放在键盘上,与他们左的 index finger 'F' 键和 'J' 上合适的人。

在试验中心箭头指向左侧的地方,指导他们在新闻 'F'。否则,当它面朝右,按 'J'。

允许病人完成 100 审判: 记住每个开头长短不同的 400 ~ 1600 ms 之后, 会出现箭头,在屏幕上交叉仍固定和中央一将不一致或一致。

请注意箭头保持直到病人响应,在屏幕上或 1700 ms 的最多,是否他们不按任何键。另外注意,固定每个审判两端穿过那始终是可见的 4 的审判时间共为 s。

最后注意任务,汇报病人结束研究,并弥补他们的参与。

获得了扫描仪和行为数据后,首先需要转换成张量图像原始扩散文件。

若要开始预处理,执行涡电流,常见的是在原始数据在采集过程中的改变磁场畸变校正。

为了弥补运动,应用一种线性刚性体仿射变换,注册每个方向扩散图像到 B0参考。

此外,分离从头骨和其他非神经组织为确保张量不计算为体素脑外脑。

现在,结合所有 64 的方向图计算在每个像素的扩散张量和输出相应的 FA 值在背景中。

随后,注册扩散图像到高分辨率的解剖扫描,然后到一个标准图集空间,以便进行组级分析。

对于已完成的前处理,使用脑白质地图集来标识三个 Roi: 前电晕松、 胼胝体和优越的纵束胼胝体压部。

最后,向注册每个参与者的解剖图像与标准图集,并使用这些空间 ROI 面具扭曲进入每个参与者的大脑空间。

图表数据,比较组,分别绘制每个 ROI 提取的 FA 值。请注意 FA 值均低于创伤性脑损伤组中所有三个 Roi,指示这些患者广泛脑白质损伤。

如果要合并行为数据,绘制 FA 值为所有科目不一致和一致的审判中反应时间的差异。独立地再对这些总体的结果,执行皮尔逊相关分析的每个投资回报率。

这一次的地区之一 — — 前电晕松 — — 呈显著相关,在消极的方向。那就是,高 FA 值均与快速的反应时间,而低各向异性对应较长的响应时间。这些结果表明连接脑白质和注意力控制的功能联系。

既然你已经熟悉如何将结构和功能使用 DTI 和注意力控制任务联系起来,让我们看看研究人员如何使用类似的方法来研究其他人口与妥协连接或作为一种方式来保护它。

而正常的老化是与认知能力的下降相关联,更改不一定普遍存在。相反,他们似乎对对应于白质完整性和降低 FA 值,尤其是在前额叶皮层的特定功能相关。因此,磁共振弥散成像可以用作与年龄相关的变化,在执行功能的早期检测方法。

使用由 DTI 收集的数据,研究人员可以使用一种叫做纤维束成像的 3D 技术和重建整个大脑白质。在多个域,包括神经外科,此建模过程很有用。

如果,例如,外科医生需要移除肿瘤,他们可以计划到底在哪里白质束接近关键结构和避免有害后果。

你刚看了弥散张量成像的朱庇特的简介。现在你应该有很好地理解如何设计和进行 DTI 实验,以及如何分析和解释具体的扩散模式与认知的影响有关的创伤性脑损伤。

谢谢观赏 !

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