rpmjResearch'n Practical Medicine JournalResearch and Practical Medicine Journal2410-1893"QUASAR", LLC10.17709/2409-2231-2019-6-4-10rpmj-465Research ArticleОригинальные статьи. Лучевая диагностика, лучевая терапияOriginal Articles. Radiodiagnosis, RadiotherapyПредварительное исследование микроструктуры мозга методом диффузионно-тензорной трактографии в остром периоде сотрясения головного мозгаThe preliminary diffusion tensor imaging study of cerebral microstructure in the acute phase of brain concussionМанжурцевА. В.ManzhurtsevA. V.

Манжурцев Андрей Валерьевич - научный сотрудник НИИ НДХиТ; младший научный сотрудник ИБХФ РАН.

119180, Москва, ул. Большая Полянка, д. 22; 119334, Москва, ул. Косыгина, д. 4.

Andrey V. Manzhurtsev - scientific researcher Research Institute of Emergency Pediatric Surgery and Traumatology; junior scientific researcher N. M. Emanuel Institute of Biochemical Physics of the Russian Academy of Sciences.

22 Bolshaya Polyanka str., Moscow 119180; 4 Kosygina str., Moscow 119334.

Andrey.man.93@gmail.comВасюковаО. Р.VasyukovaO. R.

Васюкова Ольга Романовна – студент.

119180, Москва, ул. Большая Полянка, д. 22.

Olga R. Vasyukova - student, Research Institute of Emergency Pediatric Surgery and Traumatology.

22 Bolshaya Polyanka str., Moscow 119180.

МеньщиковП. Е.MenshchikovP. E.

Меньщиков Петр Евгеньевич - кандидат физико-математических наук, специалист по поддержке научных проектов ООО «Филипс Здравоохранение»; младший научный сотрудник ФИЦ ХФ РАН.

119334, Москва, ул. Косыгина, д. 4; 123022, Москва, ул. Сергея Макеева, д. 13.

Peter E. Menshchikov - candidate of physical and mathematical Sciences, specialist in support of scientific projects Philips Healthcare, junior scientific researcher N.N.Semenova Federal Research Center of Chemical Physics of the Russian Academy of Sciences.

4 Kosygina str., Moscow 119334; 13 Sergei Makeev str., Moscow 123022.

УблинскийМ. В.UblinskiyM. V.

Ублинский Максим Вадимович - кандидат биологических наук, научный сотрудник НИИ НДХиТ; научный сотрудник ИБХФ РАН.

119180, Москва, ул. Большая Полянка, д. 22; 119334, Москва, ул. Косыгина, д. 4.

Maxim V. Ublinskiy - PhD (Biology), scientific researcher Research Institute of Emergency Pediatric Surgery and Traumatology; scientific researcher N.M.Emanuel Institute of Biochemical Physics of the Russian Academy of Sciences.

22 Bolshaya Polyanka str., Moscow 119180; 4 Kosygina str., Moscow 1 19334.

МельниковИ. А.MelnikovI. A.

Мельников Илья Андреевич - врач-рентгенолог.

119180, Москва, ул. Большая Полянка, д. 22.

Ilya A. Melnikov - radiologist, Research Institute of Emergency Pediatric Surgery and Traumatology.

22 Bolshaya Polyanka str., Moscow 119180.

АхадовТ. А.AkhadovT. A.

Ахадов Толибджон Абдуллаевич - доктор медицинских наук, профессор, руководитель отдела лучевой диагностики.

119180, Москва, ул. Большая Полянка, д. 22.

Tolibjon A. Akhadov - MD, PhD, DSc, Professor, headmaster of radiological department Research Institute of Emergency Pediatric Surgery and Traumatology.

22 Bolshaya Polyanka str., Moscow 119180.

СеменоваН. А.SemenovaN. A.

Семенова Наталия Александровна - доктор биологических наук, главный научный сотрудник НИИ НДХиТ; главный научный сотрудник ИБХФ РАН; главный научный сотрудник ФИЦ ХФ РАН.

119180, Москва, ул. Большая Полянка, д. 22; 119334, Москва, ул. Косыгина, д. 4; 119991, Москва, ул. Косыгина, д. 4.

Nataliya A. Semenova - PhD, DSc (Biology), chief scientific researcher Research Institute of Emergency Pediatric Surgery and Traumatology; chief scientific researcher N.M.Emanuel Institute of Biochemical Physics of the Russian Academy of Sciences; chief scientific researcher N.N.Semenova Federal Research Center of Chemical Physics of the Russian Academy of Sciences.

22 Bolshaya Polyanka str., Moscow 119180; 4 Kosygina str., Moscow 119334; 4 Kosygina str., Moscow 119991.

НИИ неотложной детской хирургии и травматологии Департамента здравоохранения г. Москвы; Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАНРоссияResearch Institute of Emergency Pediatric Surgery and Traumatology; N.M.Emanuel Institute of Biochemical Physics of the Russian Academy of SciencesRussian FederationНИИ неотложной детской хирургии и травматологии Департамента здравоохранения г. МосквыРоссияResearch Institute of Emergency Pediatric Surgery and TraumatologyRussian FederationИнститут биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН; ООО «Филипс Здравоохранение»РоссияN.M.Emanuel Institute of Biochemical Physics of the Russian Academy of Sciences; Philips HealthcareRussian FederationНИИ неотложной детской хирургии и травматологии Департамента здравоохранения г. Москвы; Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН; ФИЦ химической физики им. Н.Н. Семенова РАНРоссияResearch Institute of Emergency Pediatric Surgery and Traumatology; N.M.Emanuel Institute of Biochemical Physics of the Russian Academy of Sciences; N.N.Semenova Federal Research Center of Chemical Physics of the Russian Academy of SciencesRussian Federation20192812201964102108Copyright © Манжурцев А.В., Васюкова О.Р., Меньщиков П.Е., Ублинский М.В., Мельников И.А., Ахадов Т.А., Семенова Н.А., 20192019Манжурцев А.В., Васюкова О.Р., Меньщиков П.Е., Ублинский М.В., Мельников И.А., Ахадов Т.А., Семенова Н.А.Manzhurtsev A.V., Vasyukova O.R., Menshchikov P.E., Ublinskiy M.V., Melnikov I.A., Akhadov T.A., Semenova N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rpmj.ru/rpmj/article/view/465Цель исследования

Цель исследования. Сотрясение мозга не вызывает изменений вещества мозга, доступных для визуализации с помощью компьютерной и магнитно-резонансной томографии. Однако оно может вызвать изменения на микроструктурном уровне, обнаружить которые позволяет метод диффузионно-тензорной трактографии. Цель настоящего исследования — выявление влияния острого сотрясения мозга на параметры диффузии в мозолистом теле, кортикоспинальном тракте и таламусе у детей.

Пациенты и методы

Пациенты и методы. Фракционная анизотропия и измеряемый коэффициент диффузии определены у 11 пациентов с диагнозом сотрясения мозга (41±19 ч с момента получения травмы) и у 11 здоровых испытуемых. Использован магнитно-резонансный томограф Philips Achieva dStream 3T. Данные диффузионно-тензорной трактографии обработаны в программе Philips Intellispace Portal в разделе Fibertrack.

Результаты

Результаты. В таламусе у пациентов с сотрясением мозга достоверно увеличивается фракционная анизотропия диффузии и снижается измеряемый коэффициент диффузии, в мозолистом теле наблюдается тренд роста фракционной анизотропии.

Заключение

Заключение. Обнаруженные изменения свидетельствуют о начальной стадии клеточного отека в таламусе, вызванного сотрясением мозга. Диффузионно-тензорная трактография является единственным методом магнитно-резонансной визуализации, который может быть чувствительным к данной патологии.

Purpose of the study

Purpose of the study. Concussion does not cause any lesions available for visualization using computed tomography and magnetic resonance imaging. However, it can cause changes at the microstructural level, which can be detected by the diffusion-tensor imaging. The purpose of this study is to identify the effect of acute concussion on diffusion parameters in the corpus callosum, corticospinal tract, and thalamus in children.

Patients and methods

Patients and methods. Fractional anisotropy and the apparent diffusion coefficient were determined in 11 patients with a diagnosis of concussion (41 ± 19 hours from the moment of injury) and in 11 healthy subjects. Philips Achieva dStream 3T magnetic resonance imager was used. Diffusion tensor imaging data were processed in the Philips Intellispace Portal program in the Fibertrack section.

Results

Results. Fractional diffusion anisotropy significantly increases and the apparent diffusion coefficient decreases in the thalamus of patients with concussion. In corpus callosum there is a growth trend in fractional anisotropy.

Conclusion

Conclusion. The detected changes indicate the initial stage of cell edema in the thalamus caused by concussion. Diffusion-tensor imaging is the only magnetic resonance imaging method which may be sensitive to this pathology.

диффузионно-тензорная трактографиясотрясение головного мозгафракционная анизотропияизмеряемый коэффициент диффузииталамусбелое вещество мозгаdiffusion tensor imagingcerebral concussionfractional anisotropyapparent diffusion coefficientthalamuscerebral white matterРабота выполнена при поддержке гранта РФФИ №18-315-00165.The work is supported by RFBR grant №18-315-00165.ReferencesGardner RC, Yaffe K. Epidemiology of mild traumatic brain injury and neurodegenerative disease. Mol Cell Neurosci. 2015; 66:75-80. DOI: 10.1016/j.mcn.2015.03.001Gardner RC, Yaffe K. Epidemiology of mild traumatic brain injury and neurodegenerative disease. Mol Cell Neurosci. 2015; 66:75-80. DOI: 10.1016/j.mcn.2015.03.001Polinder S, Cnossen MC, Real RGL, Covic A, Gorbunova A, Voormolen DC, et al. A Multidimensional Approach to Post-concussion Symptoms in Mild Traumatic Brain Injury. Front Neurol. 2018; 9:1113. DOI: 10.3389/fneur.2018.01113Polinder S, Cnossen MC, Real RGL, Covic A, Gorbunova A, Voormolen DC, et al. A Multidimensional Approach to Post-concussion Symptoms in Mild Traumatic Brain Injury. Front Neurol. 2018; 9:1113. DOI: 10.3389/fneur.2018.01113McCrea M, Iverson GL, McAllister TW, Hammeke TA, Powell MR, Barr WB, et al. An integrated review of recovery after mild traumatic brain injury (MTBI): implications for clinical management. Clin Neuropsychol. 2009 Nov;23(8):1368-1390. DOI: 10.1080/13854040903074652.McCrea M, Iverson GL, McAllister TW, Hammeke TA, Powell MR, Barr WB, et al. An integrated review of recovery after mild traumatic brain injury (MTBI): implications for clinical management. Clin Neuropsychol. 2009 Nov;23(8):1368-1390. DOI: 10.1080/13854040903074652.Babcock L, Yuan W, Leach J, Nash T, Wadec S. White matter alterations in youth with acute mild traumatic brain injury. J Pediatr Rehabil Med. 2015; 8(4):285-296. DOI: 10.3233/PRM-150347Babcock L, Yuan W, Leach J, Nash T, Wadec S. White matter alterations in youth with acute mild traumatic brain injury. J Pediatr Rehabil Med. 2015; 8(4):285-296. DOI: 10.3233/PRM-150347Chu Z, Wilde EA, Hunter JV, McCauley SR, Bigler ED, Troyanskaya M, et al. Voxel-Based Analysis of Diffusion Tensor Imaging in Mild Traumatic Brain Injury in Adolescents. AJNR Am J Neuroradiol. 2010 Feb; 31(2):340-346. DOI: 10.3174/ajnr.A1806Chu Z, Wilde EA, Hunter JV, McCauley SR, Bigler ED, Troyanskaya M, et al. Voxel-Based Analysis of Diffusion Tensor Imaging in Mild Traumatic Brain Injury in Adolescents. AJNR Am J Neuroradiol. 2010 Feb; 31(2):340-346. DOI: 10.3174/ajnr.A1806Henry LC, Tremblay J, Tremblay S, Lee A, Brun C, Lepore N, et al. Acute and chronic changes in diffusivity measures after sports concussion. J Neurotrauma. 2011 Oct; 28(10):2049-2059. DOI: 10.1089/neu.2011.1836Henry LC, Tremblay J, Tremblay S, Lee A, Brun C, Lepore N, et al. Acute and chronic changes in diffusivity measures after sports concussion. J Neurotrauma. 2011 Oct; 28(10):2049-2059. DOI: 10.1089/neu.2011.1836Granziera C, Daducci A, Romascano D, Roche A, Helms G, Krueger G, et al. Structural abnormalities in the thalamus of migraineurs with aura: a multiparametric study at 3 T. Hum Brain Mapp. 2014 Apr; 35(4):1461-1468. DOI: 10.1002/hbm.22266Granziera C, Daducci A, Romascano D, Roche A, Helms G, Krueger G, et al. Structural abnormalities in the thalamus of migraineurs with aura: a multiparametric study at 3 T. Hum Brain Mapp. 2014 Apr; 35(4):1461-1468. DOI: 10.1002/hbm.22266Little DM, Kraus MF, Joseph J, Geary EK, Susmaras T, Zhou XJ, et al. Thalamic integrity underlies executive dysfunction in traumatic brain injury. Neurology. 2010 Feb 16; 74(7):558-564. DOI: 10.1212/WNL.0b013e3181cff5d5Little DM, Kraus MF, Joseph J, Geary EK, Susmaras T, Zhou XJ, et al. Thalamic integrity underlies executive dysfunction in traumatic brain injury. Neurology. 2010 Feb 16; 74(7):558-564. DOI: 10.1212/WNL.0b013e3181cff5d5Lei D, Li L, Li Lei, Suo X, Huang X, Lui S, et al. Microstructural Abnormalities in Children with Post-traumatic Stress Disorder: A Diffusion Tensor Imaging Study at 3.0T. Sci Rep. 2015 Mar 11; 5 (1):1-6. DOI: 10.1038/srep08933Lei D, Li L, Li Lei, Suo X, Huang X, Lui S, et al. Microstructural Abnormalities in Children with Post-traumatic Stress Disorder: A Diffusion Tensor Imaging Study at 3.0T. Sci Rep. 2015 Mar 11; 5 (1):1-6. DOI: 10.1038/srep08933Grossman EJ, Ge Y, Jensen JH, Babb JS, Miles L, Reaume J, et al. Thalamus and cognitive impairment in mild traumatic brain injury: a diffusional kurtosis imaging study. J Neurotrauma. 2012 Sep; 29(13):2318-2327. DOI: 10.1089/neu.2011.1763Grossman EJ, Ge Y, Jensen JH, Babb JS, Miles L, Reaume J, et al. Thalamus and cognitive impairment in mild traumatic brain injury: a diffusional kurtosis imaging study. J Neurotrauma. 2012 Sep; 29(13):2318-2327. DOI: 10.1089/neu.2011.1763Mayer AR, Ling J, Mannell MV, Gasparovic C, Phillips JP, Doezema D, et al. A prospective diffusion tensor imaging study in mild traumatic brain injury. Neurology. 2010 Feb 23; 74(8):643-650. DOI: 10.1212/WNL.0b013e3181d0ccddMayer AR, Ling J, Mannell MV, Gasparovic C, Phillips JP, Doezema D, et al. A prospective diffusion tensor imaging study in mild traumatic brain injury. Neurology. 2010 Feb 23; 74(8):643-650. DOI: 10.1212/WNL.0b013e3181d0ccddDuan Y, Li X, Xi Y. Thalamus Segmentation from Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging. Int J Biomed Imaging. 2007; 2007:90216. DOI: 10.1155/2007/90216Duan Y, Li X, Xi Y. Thalamus Segmentation from Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging. Int J Biomed Imaging. 2007; 2007:90216. DOI: 10.1155/2007/90216Shenton ME, Hamoda HM, Schneiderman JS, Bouix S, Pasternak O, Rathi Y, et al. A Review of Magnetic Resonance Imaging and Diffusion Tensor Imaging Findings in Mild Traumatic Brain Injury. Brain Imaging Behav. 2012 Jun; 6(2):137-192. DOI: 10.1007/s11682-012-9156-5Shenton ME, Hamoda HM, Schneiderman JS, Bouix S, Pasternak O, Rathi Y, et al. A Review of Magnetic Resonance Imaging and Diffusion Tensor Imaging Findings in Mild Traumatic Brain Injury. Brain Imaging Behav. 2012 Jun; 6(2):137-192. DOI: 10.1007/s11682-012-9156-5D'souza MM, Trivedi R, Singh K, Grover H, Choudhury A, Kaur P, et al. Traumatic brain injury and the post-concussion syndrome: A diffusion tensor tractography study. Indian J Radiol Imaging. 2015 Dec; 25(4):404-414. DOI: 10.4103/0971-3026.169445D'souza MM, Trivedi R, Singh K, Grover H, Choudhury A, Kaur P, et al. Traumatic brain injury and the post-concussion syndrome: A diffusion tensor tractography study. Indian J Radiol Imaging. 2015 Dec; 25(4):404-414. DOI: 10.4103/0971-3026.169445Wu T, Merkley TL, Wilde EA, Barnes A, Li X, Chu ZD, et al. A preliminary report of cerebral white matter microstructural changes associated with adolescent sports concussion acutely and subacutely using diffusion tensor imaging. Brain Imaging and Behavior. 2018 Aug 1; 12(4):962-973. DOI: 10.1007/s11682-017-9752-5Wu T, Merkley TL, Wilde EA, Barnes A, Li X, Chu ZD, et al. A preliminary report of cerebral white matter microstructural changes associated with adolescent sports concussion acutely and subacutely using diffusion tensor imaging. Brain Imaging and Behavior. 2018 Aug 1; 12(4):962-973. DOI: 10.1007/s11682-017-9752-5Huisman TA, Schwamm LH, Schaefer PW, Koroshetz WJ, Shetty-Alva N, Ozsunar Y, et al. Diffusion tensor imaging as potential biomarker of white matter injury in diffuse axonal injury. AJNR Am J Neuroradiol. 2004 Mar; 25(3):370-376.Huisman TA, Schwamm LH, Schaefer PW, Koroshetz WJ, Shetty-Alva N, Ozsunar Y, et al. Diffusion tensor imaging as potential biomarker of white matter injury in diffuse axonal injury. AJNR Am J Neuroradiol. 2004 Mar; 25(3):370-376.Veeramuthu V, Narayanan V, Kuo TL, Delano-Wood L, Chinna K, Bondi MW, et al. Diffusion Tensor Imaging Parameters in Mild Traumatic Brain Injury and Its Correlation with Early Neuropsychological Impairment: A Longitudinal Study. J Neurotrauma. 2015 Oct 1; 32(19):1497—1509. DOI: 10.1089/neu.2014.3750Veeramuthu V, Narayanan V, Kuo TL, Delano-Wood L, Chinna K, Bondi MW, et al. Diffusion Tensor Imaging Parameters in Mild Traumatic Brain Injury and Its Correlation with Early Neuropsychological Impairment: A Longitudinal Study. J Neurotrauma. 2015 Oct 1; 32(19):1497—1509. DOI: 10.1089/neu.2014.3750Hudak AM, Peng L, Marquez de la Plata C, Thottakara J, Moore C, Harper C, et al. Cytotoxic and vasogenic cerebral oedema in traumatic brain injury: assessment with FLAIR and DWI imaging. Brain Injury 2014;28(12):1602-1609. DOI: 10.3109/02699052.2014.936039Hudak AM, Peng L, Marquez de la Plata C, Thottakara J, Moore C, Harper C, et al. Cytotoxic and vasogenic cerebral oedema in traumatic brain injury: assessment with FLAIR and DWI imaging. Brain Injury 2014;28(12):1602-1609. DOI: 10.3109/02699052.2014.936039Pierpaoli C, Jezzard P, Basser PJ, Barnett A, Di Chiro G. Diffusion tensor MR imaging of the human brain. Radiology. 1996 Dec; 201(3):637—648. DOI: 10.1148/radiology.201.3.8939209Pierpaoli C, Jezzard P, Basser PJ, Barnett A, Di Chiro G. Diffusion tensor MR imaging of the human brain. Radiology. 1996 Dec; 201(3):637—648. DOI: 10.1148/radiology.201.3.8939209Bickler PE, Donohoe PhJ. Adaptive responses of vertebrate neurons to hypoxia. J Exp Biol. 2002 Dec; 205(Pt 23):3579-3586.Bickler PE, Donohoe PhJ. Adaptive responses of vertebrate neurons to hypoxia. J Exp Biol. 2002 Dec; 205(Pt 23):3579-3586.Grossman EJ, Ge Y, Jensen JH, Babb JS, Miles L. Thalamus and Cognitive Impairment in Mild Traumatic Brain Injury: A Diffusional Kurtosis Imaging Study. J Neurotrauma. 2012; 29(13):2318-2327. DOI: 10.1089/neu.2011.1763Grossman EJ, Ge Y, Jensen JH, Babb JS, Miles L. Thalamus and Cognitive Impairment in Mild Traumatic Brain Injury: A Diffusional Kurtosis Imaging Study. J Neurotrauma. 2012; 29(13):2318-2327. DOI: 10.1089/neu.2011.1763

The authors declare that there are no conflicts of interest present.