Diffusion MRI Model Parameter Estimation to Study Brain Microstructure as it Relates to Cognitive Status in Mild Traumatic Brain Injury

扩散 MRI 模型参数估计研究脑微结构,因为它与轻度创伤性脑损伤的认知状态有关

基本信息

  • 批准号:
    10677796
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 65.35万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-08-15 至 2025-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Mild Traumatic Brain Injury (MTBI) is a major public health problem with U.S. annual incidence of over 2 million. We propose to use an innovative paradigm in bicompartment diffusion MRI model parameter estimation to study the dynamic longitudinal microstructural changes that occur after MTBI and to investigate the link between white matter injury, cortical volume loss and cognitive outcome. Our preliminary findings suggest diffusion-based biophysical parameters of axon integrity including intra-axonal diffusivity (Da) and axonal water fraction (f) can detect microstructure changes in MTBI and provide more biophysically relevant information compared with traditional, empirical measures of Diffusion Tensor Imaging (DTI). We will employ a rotationally invariant formalism and parameter estimation scheme for the so-called “Standard Model” of diffusion in white matter which unifies previous attempts of multi-compartment white matter modeling over the past decade, now a widely accepted benchmark for multi-compartment modeling of diffusion in the brain. We will further incorporate spherical tensor encoding (STE) and spherical kurtosis (SK) to increase the precision in axon-specific microstructure parameters central to this project and use an optimized and clinically feasible protocol for this translational project. The proposed work is expected to bridge the gap between macroscopic and microstructural alterations relevant to cognitive status after injury, revealing the dynamic structural changes occurring after injury and pointing to imaging biomarkers most relevant to cognitive outcome. By concentrating on cognitive outcome, we will address one of the main barriers to predicting outcome in MTBI which is heterogeneity of clinical status. The results of this work are expected to be significant from both scientific and clinical perspectives by 1) advancing basic knowledge of injury in an impactful way, 2) discovering biophysically meaningful imaging biomarkers relevant to cognitive status in MTBI, and 3) mechanistically linking microstructural and macrostructural brain alterations, in three respective specific aims. This will provide a means toward quantitative tracking of injury and recovery specific to the cognitive domain, and tracking of efficacy of targeted cognitive therapeutic strategies such as cognitive rehabilitation and integrated behavioral health treatment in patients with MTBI.
项目摘要 轻度创伤性脑损伤(MTBI)是美国年度发病率超过2的主要公共卫生问题 百万。 研究MTBI之后发生的动态纵向微神经变化的估计并研究 白质损伤,皮质量损失和认知结果之间的联系 建议轴突完整性 - 轴内扩散率(DA)的扩散生物物理参数和 轴突水分(F)可以检测MTBI的微观结构变化,并提供更相关的相关性 与传统的扩散张量成像(DTI)相比,我们将采用一个。 所谓的“标准模型”的旋转形式主义和参数方案 白质白色的扩散统一了多室白质建模的先前尝试 过去的十年,现在广泛接受的基准,用于大脑中扩散的多室建模 将进一步结合球形张量编码(Ste)和球形峰度(SK),以提高精度 轴突特异性的微观结构参数中心,并使用优化和临床富裕 转化项目的协议。 与受伤后的认知状况相关的微观结构变化,陶醉于动态结构 发生后发生的变化,指向与认知结果最相关的生物标志物 专注于认知结果,我们将解决预测MTBI结果的主要障碍之一 这是临床状况的异质性。 科学和临床观点1)以有影响力的方式促进受伤的基本知识,2) 发现与MTBI认知状况相关的生物物理具有有意义的成像生物标志物,3) 在三个特定的目的中,机械师将微观结构和宏观结构的大脑变化联系起来。 这将为认知领域的损伤定量跟踪和重新构造的方法提供一种手段, 以及跟踪有针对性的认知治疗策略的功效,例如认知康复和 MTBI患者的综合行为健康治疗。

项目成果

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