Shear shock wave propagation in the brain: high frame-rate ultrasound imaging, characterization, and simulations

剪切冲击波在大脑中的传播:高帧率超声成像、表征和模拟

基本信息

  • 批准号:
    9253438
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 31.35万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2015-04-01 至 2020-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

 DESCRIPTION (provided by applicant): Predictors of brain injury, such as the head injury criterion, rely on external measurements of head motion. Direct measurements of brain motion could more accurately predict brain injury. Current methods of estimating brain deformation fail to provide the high frame-rates necessary to characterize the fast transient events asso- ciated with traumatic brain injury. We have developed novel ultrasonic methods and motion tracking algorithms that can generate high frame-rate (up to 10,000 images/second) movies that quantify brain motion with a high displacement sensitivity (better than 1 micron). We propose to use this technique to image and quantify shear shock wave propagation in the ex vivo and in vivo brain. Preliminary data is presented, showing for the ¿rst time, shear shock wave propagation in the brain. The violent gradients in shear shock waves may tear and damage neurons thus causing diffuse axonal injuries. We propose to characterize the nonlinear properties of the brain and to develop nonlinear simulations of shear shock wave propagation in the brain. We propose animal experiments in conjunction with histological analysis to establish a link between these rapid events and injury. We propose simulations in conjunction with measurements of head acceleration to predict injuries and concussions. If successful, this research could transform how we view the mechanics of trauma in the brain and be applied to traumatic injuries anywhere in the body.
 描述(由申请人提供):脑损伤的预测因子,例如头部损伤标准,依赖于头部运动的外部测量,可以更准确地预测脑损伤。表征与创伤性脑损伤相关的快速瞬态事件所需的帧速率我们开发了新颖的超声波方法和运动跟踪算法,可以生成高帧速率(高达 10,000 个图像/秒)电影。我们建议使用这种技术对离体和体内大脑中的剪切冲击波传播进行成像和量化,显示了 ¿第一次,剪切冲击波在大脑中的传播可能会撕裂和损伤神经元,从而导致弥漫性轴突损伤,我们建议表征大脑的非线性特性并开发剪切冲击波传播的非线性模拟。我们建议将动物实验与组织学分析结合起来,以建立这些快速事件与损伤之间的联系。我们建议将模拟与头部加速度测量相结合来预测损伤和脑震荡。我们如何看待大脑创伤的机制,并将其应用于身体任何部位的创伤。

项目成果

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