非侵入性剪切应变成像技术能够预测轻度创伤性脑损伤的解剖学分布特征

《NeuroImage: Clinical》：Noninvasive mapping of shear strain predicts the anatomical distribution of mild traumatic brain injury

剪切应变与脑损伤部位一致，磁共振弹性成像（MRE）显示健康脑区生物力学脆弱性区域与mTBI患者结构损伤重合，能量分布不均及耗散不足导致损伤。

　　

阿德南·A·希拉德（Adnan A. Hirad）|多兰·米克斯（Doran Mix）|阿伦·文卡塔拉曼（Arun Venkataraman）|史蒂文·P·迈耶斯（Steven P. Meyers）|布拉德福德·Z·马洪（Bradford Z. Mahon）

美国纽约州罗切斯特市罗切斯特大学医学中心外科系，邮编1462

摘要

剪切应变被认为是导致创伤性脑损伤（TBI）中组织损伤的关键因素（参见Holbourn, 1943；Ommaya等人，1994；Margulies等人，1990），但迄今为止尚缺乏将人脑中的应变测量结果与TBI中观察到的结构损伤分布联系起来的证据。在这项研究中，我们利用磁共振弹性成像（MRE）测量了应变浓度，并通过表观纤维密度（AFD）评估了轻度TBI（mTBI）患者的结构完整性变化。研究结果表明，通常与脑组织损伤相关的区域（如中脑、小脑、内侧颞叶、大脑皮层与白质之间的交界处以及胼胝体，参见McKee和Daneshvar, 2015；Weiner等人，2014；Weiner等人，2017；Tomaiuolo等人，2004；Maxwell等人，2006；Hirad等人，2019；Blecher等人，2019；Bartsch和Deuschl, 2010；Smith等人，1997；Ross等人，1993；Zimmerman等人，2023；Ghajari等人，2017）在健康受试者中也存在由于剪切应变集中而导致的生物力学脆弱性。进一步分析发现，在健康受试者中，通过MRE测量出高应变的区域也是急性、亚急性和慢性mTBI患者中损伤最严重的部位。这些发现为人类提供了体内证据，表明那些对颅骨力量负荷引起的过高生物力学应变具有差异性敏感性的脑结构，在mTBI恢复的急性、亚急性和慢性阶段都会出现组织完整性受损的情况。后续分析表明，这些区域的应变集中既源于冲击能量的差异性集中，也源于能量耗散不足。