MRI Measurement of the Mechanical Vulnerability of the Brain
大脑机械损伤的 MRI 测量
基本信息
- 批准号:10656780
- 负责人:
- 金额:$ 4.86万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-09-15 至 2023-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:3-DimensionalAccelerationAddressAdultAgeAnimalsAnteriorBiomedical EngineeringBrainBrain InjuriesCadaverCharacteristicsChronicChronic Brain InjuryCognitive deficitsCollaborationsComputer ModelsComputer SimulationDataDelawareDevelopmentElderlyEmotional disorderEquipmentFemaleFoundationsFrequenciesGenderHelmetHumanImage AnalysisImpulsivityIndividualInjuryLeftMagnetic Resonance ImagingMeasurementMeasuresMechanicsMemory impairmentMethodsModelingMotionPathologyPatternPhysiologic pulsePopulationPreventionProcessPropertyResearchResearch PersonnelResolutionRotationSex DifferencesShapesSiteSpecimenTestingTissuesTranslationsTraumatic Brain InjuryUniversitiesWashingtonage effectage groupbasechronic traumatic encephalopathycollegecraniumdata toolsdesignelastographyexperiencehead impacthigh schoolimage processingimaging modalityimprovedinnovationmalenext generationnovelpredictive modelingrational designresponsesensorsexsimulationthree-dimensional modelingtoolviscoelasticity
项目摘要
PROJECT ABSTRACT: This Bioengineering Research Partnership (BRP) will deliver comprehensive
measurements of 3D deformation of the human brain, in males and females of different ages, caused by skull
motions of different types, directions, and frequency content. We will then develop methods to use these data to
build and evaluate computer models of traumatic brain injury (TBI) and chronic traumatic encephalopathy (CTE).
Such data and methods to exploit them will enable the next generation of computer models to predict the chronic
effects of repeated head impacts. We will thus address the un-met need for data and data-driven methods to
guide and evaluate computer models of brain injury. We can now measure 3D deformation throughout the
brain caused by (i) harmonic skull motion (using MR elastography, MRE), and (ii) impulsive linear and angular
skull acceleration (using tagged MRI). These measurements can quantify the mechanical vulnerability of the
brain, which will be of great value to three classes of end-users: (A) developers of computer models, who need
these quantitative data and tools to build and assess simulations; (B) makers of protective equipment, who need
data to rationally design helmets and sensors; and (C) clinicians and TBI researchers, who need data to
understand injury mechanisms, design relevant animal studies, and improve therapies. We propose three tasks:
Task 1: Measure brain deformation by MRE during harmonic skull motion of different directions and frequencies;
Task 2: Measure brain deformation by tagged MRI during impulsive skull motion of different directions/durations;
Task 3: Develop and demonstrate data-driven tools to improve computer models of 3D brain deformation.
MR-based measurements will be performed in male and female subjects of different ages to illuminate the effects
of gender and age on the brain’s mechanical vulnerability. Successful completion of these tasks will provide: (i)
new quantitative data that captures age/sex differences in brain mechanics using harmonic motion in a robust
and accessible imaging modality (MRE), (ii) new data to quantify brain deformation under mild impulsive loading,
and (iii) new capability to accurately simulate brain deformation, and to evaluate and interpret model predictions.
This partnership involves researchers with distinct expertise and capabilities at four sites. Washington University;
the Henry Jackson Foundation; Johns Hopkins University; and the University of Delaware. The team will use
novel pulse sequences to efficiently perform 3D MRE at multiple excitation frequencies and directions, and will
apply new analysis methods to find natural frequencies and modes of brain motion from tagged MRI. The
unprecedented data from this project, relating brain deformation to skull motion in subjects of different age and
sex, will be exploited to provide a new framework for modeling the effects of chronic impact on the brain.
项目摘要:这种生物工程研究伙伴关系(BRP)将提供全面的
由头骨引起的男性和不同年龄的男性和女性的3D变形的测量值
不同类型,方向和频率内容的运动。然后,我们将开发使用这些数据的方法
建立和评估脑外伤的计算机模型(TBI)和慢性创伤性脑病(CTE)。
这些数据和利用它们的方法将使下一代计算机模型可以预测慢性
重复头部影响的影响。因此,我们将解决对数据和数据驱动方法的需求
指南并评估脑损伤的计算机模型。现在,我们可以在整个过程中测量3D变形
由(i)谐波颅骨运动引起的大脑(使用MR弹性,MRE)和(ii)冲动线性和角度
颅骨加速度(使用标记的MRI)。这些测量可以量化
大脑,这对于三类最终用户具有很高的价值:(a)计算机模型的开发人员,他们需要
这些定量数据和工具以构建和评估模拟; (b)需要保护设备的制造商
数据以合理设计头盔和传感器; (c)需要数据的临床医生和TBI研究人员
了解损伤机制,设计相关的动物研究并改善疗法。我们提出三个任务:
任务1:在不同方向和频率的谐波颅骨运动过程中通过MRE测量大脑变形;
任务2:在不同方向/持续时间的冲动性头骨运动中测量标记的MRI的大脑变形;
任务3:开发并演示数据驱动的工具,以改善3D脑变形的计算机模型。
基于MR的测量将在不同年龄的男性和女性受试者中进行,以阐明效果
大脑机械脆弱性的性别和年龄。这些任务的成功完成将提供:(i)
新的定量数据,可在稳健的
以及可访问的成像方式(MRE),(ii)在轻度脉冲负荷下量化大脑变形的新数据,
(iii)精确模拟大脑变形并评估和解释模型预测的新能力。
该合作伙伴关系涉及在四个地点具有独特专业知识和能力的研究人员。华盛顿大学;
亨利·杰克逊基金会;约翰·霍普金斯大学;和特拉华大学。团队将使用
在多个兴奋频率和方向上有效执行3D MRE的新型脉冲序列,并将
采用新的分析方法来查找来自标记的MRI的固有频率和脑运动模式。这
该项目的前所未有的数据,将大脑变形与不同年龄和不同年龄的受试者的头骨运动有关
将探索性别,以提供一个新的框架,以建模慢性影响对大脑的影响。
项目成果
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