Estimación de la biomecánica cerebral mediante resonancia magnética

Objetivo

En este estudio, desarrollaremos y aplicaremos técnicas de imagen para realizar las primeras mediciones tridimensionales (3-D) de la biomecánica cerebral durante el movimiento leve de la cabeza en sujetos humanos sanos. La biomecánica es la aplicación de la mecánica, o los principios físicos en acción cuando se aplica fuerza a un objeto, a la estructura anatómica y/o función de los organismos. Tales técnicas serán invaluables para construir modelos computacionales de biomecánica cerebral, comprender la variabilidad de la biomecánica cerebral a través de características individuales, como la edad y el sexo, y determinar las subestructuras cerebrales en riesgo de daño cuando se acelera el movimiento de la cabeza, como durante un evento traumatico. Usando las técnicas de imágenes desarrolladas anteriormente, adquiriremos una cantidad suficiente de conjuntos de datos para crear plantillas de la respuesta y rigidez cerebral promedio en función de la edad y el sexo. Los datos sin procesar y procesados ​​anónimos se pondrán a disposición del público para mejorar los modelos computacionales de la biomecánica cerebral.

Población de estudio

Las mediciones se realizarán en 194 hombres y mujeres sanos de 18 a 65 años.

Diseño

Nos basaremos en el modelo iniciado por nuestro colaborador, el Dr. Philip Bayly. El modelo coloca a un sujeto humano en un escáner de resonancia magnética (MR) con una de dos unidades de soporte para la cabeza que permite un rango específico de movimiento. Cada soporte para la cabeza está enganchado de manera que el sujeto puede soltarlo y da como resultado una rotación de la cabeza de aproximadamente 30 grados o una flexión-extensión de la cabeza de aproximadamente 4 grados. Aunque ambos soportes tienen peso para que el movimiento sea repetible si el sujeto está relajado, el sujeto puede contrarrestar fácilmente el peso. La aceleración/desaceleración resultante es pequeña (en el rango de actividades normales, como girar la cabeza al nadar) y ha sido validada y utilizada en otras investigaciones humanas sobre biomecánica cerebral. El sujeto repite el movimiento varias veces durante la RM por voluntad propia y al ritmo deseado para medir el movimiento de la cabeza y el cerebro. Además, utilizaremos un tipo de MRI llamada elastografía por resonancia magnética (MRE), que mide el movimiento del cerebro en respuesta a una leve vibración de la cabeza, para investigar la rigidez del cerebro.

Medidas de resultado

Este proyecto es un estudio que evalúa el potencial de extraer estimaciones tridimensionales de la deformación del cerebro, como medidas de tensión y rigidez, utilizando imágenes de RM. Un resultado principal de este proyecto serán las técnicas de resonancia magnética para caracterizar la biomecánica cerebral en 3D. Las técnicas se evaluarán aplicando el protocolo a sujetos humanos, seguidas de una cuantificación preliminar de la reproducibilidad y estabilidad de las mediciones de deformación y rigidez. Los datos adquiridos se pondrán a disposición del público para su uso por parte de la comunidad investigadora.