외상성 뇌 손상에서의 확산 텐서 이미징 사용

확산 텐서 이미징-DTI는 뇌에서 피질과 피질 회색 물질을 연결하는 축축물 번들인 백색 물질 네트워크의 무결성을 연구하기 위해 물 분자의 확산에 의존하는 자기 공명 내의 기술입니다.

이러한 상호 연결 구조물은 축구공과 같은 외부 힘이 경기 중에 머리와 접촉할 때 손상될 수 있습니다. 이러한 반복적인 상호 작용은 더 심각한 부상으로 이어질 수 있습니다., 외상성 뇌 손상으로 불리는, 짧은 TBI.

시간이 지남에 따라, 대뇌 백색 물질의 손상은 종종 인식의 적자와 관련, 특히 주의 영역에서. 예를 들어, TBI를 가진 플레이어는 스탠드의 팬에 의해 더 산만하고 상대 팀에 반응하는 속도가 느려질 수 있습니다.

Kraus와 동료에 의해 수행 된 이전 작품을 기반으로, 이 비디오는 건강한 제어 개인에 비해 TBI 환자에서 DTI를 사용하여 백색 물질 무결성을 측정하는 방법을 보여줍니다.

또한 선택적 주의 과제를 사용하여 인지 기능을 검토하고, 이미징 데이터를 분석하는 방법을 설명하고, 관심 영역과 주의력 조절의 정의된 영역에서 확산 값 간의 관계를 해석합니다.

이 실험에서, 참가자의 두 그룹 - 중등도에서 가혹한 TBI로 진단하고 건강한 개별을 통제하는 환자 - DTI 프로토콜을 사용하여 검사하고, 그 다음 주의 작업에 시험됩니다.

첫째, DTI 뒤에 몇 가지 원리를 논의 하자: 기술은 항상 이동 하는 물 분자의 확산에 민감한, 주로 축 축 번들의 광대 한 금액에 병행. 운동의이 유형은 이소트로피 확산으로 알려져 있다.

물 흐름의 경로와 함께, 확산의 양은 텐서를 계산하기 위해 측정 될 수있다 - 본질적으로 방향을 가진 타원으로 설명. 이 값은 FA로 축약된 분수 이방성이라는 방법을 사용하여 너비에 대한 상대 길이를 기준으로 정량화됩니다.

보다 구체적으로 FA 값은 0-동위위축 또는 동일한 움직임(1)에서 1까지 다양하며, 이는 가장 많은 양의 이소트로피를 반영합니다.

적용된 자기장의 변화에 해당하는 다양한 방향으로 MRI 스캔 중에 확산 이미지를 획득하여 모든 복셀에서 정밀도가 극대화됩니다. 이 증가된 해결은 시간 의 비용으로 발생합니다.

중요한 종속 변수는 관심 영역 의 세 가지 영역에 대한 FA 값또는 ROI로 구성됩니다: 전방 코로나 라디에아, 코퍼스 캘로섬의 스플리움, 우수한 세로 근막.

일반 컨트롤과 비교하여, 그들의 백색 물질이 비 지역화 방식으로 손상될 것으로 예상되기 때문에, TBI를 가진 개별에서 FA 값이 감소될 것으로 예상됩니다, 모든 ROI에 걸쳐 더 적은 애니소트로피의 결과로.

그러나 전방 코로나 라디에아인 한 영역은 전방 cingulate 피질과의 연결과 관련이 있으며, 이는 주의 제어에 중요한 역할을 합니다.

백색 물질 무결성과 동작 사이의 이러한 기능 적 관계를 자세히 살펴보기 위해 모든 참가자는 팬과 동료가 개발한 주의 네트워크 작업에서 테스트됩니다.

이 패러다임에서 참가자들은 먼저 400에서 1600 ms 사이의 가변 기간 동안 나타나는 고정 십자가를 향해, 다음 두 가지 유형의 화살표를 향해 주의를 집중하도록 요청받습니다: 중앙 1개와 두 개의 측면 그룹은 가리키는 방향으로 다를 수 있습니다.

시험의 절반에서 모든 화살표는 동일한 방향으로 가리킵니다. 이들은 일치하는 것으로 간주됩니다. 나머지 절반은 가운데 화살표가 측면 화살표의 반대 쪽을 가리키며 이러한 경우를 위화점으로 지칭합니다. 참가자는 각 새 세트가 나타날 때 관련 키프레스를 가능한 한 빨리 만들어 화살표를 분류해야 합니다.

여기서, 평가판 모형 간의 반응 시간 차이는 또 다른 종속 변수로 계산됩니다. 측면 화살표에 의해 더 산만 개인은 더 큰 차이 점수를 가질 것으로 예상된다, 이는 가난한 주의 제어를 나타냅니다.

따라서 이 측정은 특히 주의 력( 전방 코로나 라디에라)과 관련된 영역에서 FA 값과 부정적인 상관 관계가 있어 특정 백색 물질 영역의 기능적 중요성을 보여줄 것으로 예상됩니다.

실험에 앞서, 신경학적 또는 심리적 장애의 병력이 없는 지난 6개월 이내에 중등도에서 중증 TBI로 진단된 성인 환자 20명과 연령일치 조절을 모집합니다.

이 데모의 목적을 위해, 글래스고 코마 규모에 30 분 이상 의식상실 또는 < 13의 점수를 가진 것으로 문서화 된 환자를 테스트합니다.

그들의 스캔 의 날에, 그들을 맞이하고 밀실 공포증으로 고통받지 않거나 자신의 몸에 금속이 없는지 확인; 또한 연구의 위험과 이점을 자세히 설명하는 필요한 동의 양식을 작성해야 합니다.

동의를 얻은 후 환자가 스캔 룸에 들어갈 수 있도록 준비하십시오. 사전 스캔 절차에 대한 자세한 내용은 이 컬렉션의 다른 MRI 프로젝트를 참조하십시오.

스캐너 보어에 있는 환자를 가진, 먼저 고해상도 해부학 검사를 수집합니다. 그런 다음 확산 방향에 민감하지 않은 B₀ 이미지와 64가지 방향으로 여러 확산 가중 이미지를 획득하여 DTI에 최적화된 펄스 시퀀스를 시작합니다.

시퀀스가 완료되면 환자를 스캐너 밖으로 나와 컴퓨터로 실험실로 안내하여 다음 단계인 주의 네트워크 작업을 수행합니다.

작업 지침 설명: 화면에 5개의 화살표가 연이어 표시되며 중앙 화살표에만 초점을 맞추어야 합니다. 빠르고 정확한 응답을 보장하기 위해 왼쪽 검지 손가락이 'F' 키에 있고 오른쪽 손가락으로 'J'에 손을 얹도록 합니다.

중앙 화살표가 왼쪽을 가리키는 시험 중에 'F'를 눌러 보라고 지시합니다. 그렇지 않으면, 그것은 바로 직면 할 때, 'J'를 누릅니다.

환자가 100번의 시험을 완료하도록 허용: 각 시험은 400~1600ms의 가변 지속시간 동안 화면에 남아 있는 고정 십자가로 시작하여 화살표가 나타나고 중앙은 위화감이 없거나 일치합니다.

화살표는 환자가 응답할 때까지 화면에 남아 있거나 키를 누르지 않으면 최대 1,700ms입니다. 또한 모든 평가판은 4s의 총 시험 기간 동안 볼 수 있는 고정 십자가로 끝납니다.

주의 작업의 끝에서, 연구를 체결하고, 자신의 참여를 보상하는 환자를 브리핑.

스캐너 및 행동 데이터를 얻은 후 원시 확산 파일을 먼저 텐서 이미지로 변환해야 합니다.

전처리를 시작하려면 수집 중에 자기장을 변경한 결과 원시 데이터에서 일반적으로 발생하는 에디 전류에 대한 왜곡 보정을 수행합니다.

모션을 보정하려면 선형 강체-바디 affine 변환을 적용하여 각 방향 확산 이미지를 B₀ 참조에 등록합니다.

또한 두개골 및 기타 비 신경 조직으로부터 뇌를 분리하여 텐서가 뇌 외부의 복셀에 대해 계산되지 않도록 합니다.

이제 64개의 방향성 이미지를 모두 결합하여 각 복셀의 확산 텐서를 계산하고 백그라운드에서 해당 FA 값을 출력합니다.

이어서, 확산 이미지를 고해상도 해부학 적 스캔에 등록한 다음 표준 아틀라스 공간에 등록하여 그룹 수준의 분석을 허용합니다.

사전 처리가 완료되면 흰색 물질 아틀라스를 사용하여 전방 코로나 라디에아, 코퍼스 캘로섬의 스플리너, 우수한 세로 근막 등 3개의 ROI를 식별합니다.

마지막으로 각 참가자의 해부학 적 이미지를 표준 아틀라스에 등록하고 이를 사용하여 각 참가자의 뇌 공간에 ROI 마스크를 왜곡하십시오.

데이터를 그래프로 분석하려면 추출된 FA 값을 그룹으로 비교하여 각 ROI를 별도로 플로팅합니다. FA 값이 3개의 ROI에 있는 TBI 단에서 현저하게 낮았다는 것을 주의합니다, 그 환자에 있는 광범위한 백색 물질 손상을 나타내는.

행동 데이터를 통합하려면 모든 과목에 대한 FA 값에 대한 부조리및 합동 시험 사이의 반응 시간 차이를 플롯합니다. 각 ROI에 대해 다시 독립적으로 이러한 전반적인 결과에 대한 Pearson 상관 관계 분석을 수행합니다.

이번에는 전방 코로나 라디에라라(전방 코로나 라디에라)만이 부정적인 방향으로 상당한 상관관계를 보였다. 즉, 높은 FA 값은 빠른 반응 시간과 관련이 있는 반면, 낮은 이소성도는 응답 시간이 길어졌다. 이 사실 인정은 백색 물질및 주의 통제를 연결하는 사이 기능적인 링크를 건의합니다.

이제 DTI와 주의 제어 작업을 사용하여 구조와 기능을 연결하는 방법에 대해 잘 알고 있으므로 연구원들이 유사한 접근 방식을 사용하여 연결이 손상된 다른 인구를 연구하거나 이를 보호하는 방법으로 어떻게 연구하는지 살펴보겠습니다.

정상적인 노화는 인지 감소와 관련 된 동안, 변화는 반드시 광범위 하지 않습니다. 오히려, 그들은 특히 전두엽 피질에서 백색 물질 무결성 및 감소 된 FA 값에 해당하는 특정 기능과 관련이있는 것으로 보입니다. 따라서 확산 화상 진찰은 집행 기능에서 연령 관련 변화의 조기 발견을위한 방법으로 사용될 수 있다.

DTI에 의해 수집된 데이터를 사용하여, 연구원은 섬유 기관학에게 불린 3D 기술을 사용하고 전체 두뇌를 통해 백색 물질 관을 재구성할 수 있습니다. 이 모델링 절차는 신경 외과를 포함하여 많은 도메인에 걸쳐 유용합니다.

예를 들어, 외과 의사는 종양을 제거해야하는 경우, 그들은 백색 물질 영역이 중요한 구조에 근접하고 있는 곳을 정확하게 계획하고 해로운 결과를 피할 수 있습니다.

당신은 방금 확산 텐서 이미징에 대한 JoVE의 소개를 지켜보았습니다. 이제 DTI 실험을 설계하고 수행하는 방법과 외상성 뇌 손상과 관련된 인지 적 의미로 특정 확산 패턴을 분석하고 해석하는 방법에 대한 좋은 이해가 있어야합니다.

시청해 주셔서 감사합니다!