 |
The significance of microbleeds in traumatic brain injury: translational MRI investigations
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
120356 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Schwarcz, Attila |
| Title in Hungarian |
Mikrovérzések jelentősége koponya traumában: transzlációs MRI vizsgálatok |
| Title in English |
The significance of microbleeds in traumatic brain injury: translational MRI investigations |
| Keywords in Hungarian |
MRI SWI mikrovérzések koponya trauma ember patkány |
| Keywords in English |
MRI SWI microbleed TBI human rat |
| Discipline |
| Neurology, cerebrovascular disorders, psychiatry and mental health (Council of Medical and Biological Sciences) | 85 % | | Ortelius classification: Neurology | | Biological basis of neurological and psychiatric disorders (Council of Medical and Biological Sciences) | 15 % | | Ortelius classification: Neurology |
|
| Panel |
Clinical Medicine |
| Department or equivalent |
Neurosurgery Clinic (University of Pécs) |
| Participants |
Büki, András
Tamás, Viktória
Tóth, Arnold
|
| Starting date |
2016-10-01 |
| Closing date |
2021-09-30 |
| Funding (in million HUF) |
31.520 |
| FTE (full time equivalent) |
7.50 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A rendkívül magas előfordulása, mortalitása és morbiditása miatt a koponyasérülés népbetegségnek tekinthető. A diffúz axonális károsodás (diffuse axonal injury, DAI) a koponyasérülés egyik legfontosabb patológiai komponense, mely alapvetően meghatározza a betegek állapotát és kimenetelét. Különböző formában előfordulhat mind enyhe, és súlyos koponyasérülésben is. Jelen rutin képalkotás számára a DAI „láthatatlan”, így a diagnózisa kizárásos alapon történik.
Az utóbbi évtizedben kiderült, hogy egyes modern MRI módszerekkel a DAI kimutatható. Azonban, e módszerek kiértékelése jellemzően nagy számolási igényű statisztikai módszereken alapul, csoportanalízist feltételezve.
A szuszceptibilitás súlyozott képalkotás (SWI) egy kivétel, hiszen értékelhető kvalitatív radiológiai megközelítéssel is, emiatt a modern MRI módszerek közül elsőként válhat klinikai eszközzé. A SWI érzékenyen ábrázolja a DAI-vel együtt járó mikrovérzéseket. E mikrovérzések számos tanulmány szerint összefüggenek a beteg állapotának és kimenetelének súlyosságával, azonban, az eltérő eredményeknek köszönhetően, még nem sikerült megállapodásra jutni a SWI klinikai alkalmazásának megfelelő módját, és hasznát illetően. Nem tisztázott, hogy a SWI által kimutatott mikrovaszkuláris károsodás hogy függ össze a kimenetelt meghatározó DAI-vel. Az sem világos, hogy mikrovérzések összefüggenek-e a nem-vérzéses léziókkal, ill. hogy melyik jelent nagyobb kockázatot.
Jelen kutatás célja annak tisztázása, hogy a klinikai környezetben értékelhető, mikrovérzést, valamint nem vérzéses léziókat feltáró MR módszerek alkalmazása javítja-e a diagnózist (a DAI súlyosságának megítélését) és a prognózis megítélését.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A mikrovérzések, nem-vérzéses traumás léziók és a DAI közti összefüggés feltárása:
A korábbi tanulmányok szerint a traumás léziók összefüggenek a klinikai súlyossággal és kimenetellel. Sajnos, e klinikai adatokat erősen befolyásolják az extracranialis tényezők, pl. az akut klinikai megjelenést az alkohol és szerhasználat, a kimenetelt az extracranialis sérülések és a rehabilitáció sikeressége. Ezen összefüggések vizsgálatával a fokális patológia és a tényleges DAI közti kapcsolat megítélése rendkívül bizonytalan. A léziók összevetése az egyidejűleg gyűjtött diffúziós tenzor képalkotás (DTI) adataival a kapcsolat vizsgálatának egy lényegesen közvetlenebb lehetőségét teremti meg: A DTI a DAI kimutatásának széles körben elfogadott, azonban technikai okokból a klinikumban még nem bevethető módszere. A célunk annak feltárása, hogy a mikrovérzések, vagy a nem vérzéses traumás léziók, ill. ezek mely jellemzői járnak együtt a DTI adatok által jelzett, súlyosabb axonális károsodással.
Traumás léziók és kimenetel közötti összefüggés vizsgálata:
Feltételezzük, hogy a súlyosabb axonális károsodást jelző lézió fajták egyben prognosztikus értékkel is bírnak. Célunk annak vizsgálata, hogy javítható-e a prognózis becslése, ha a meglévő prognosztikus modelleket kiegészítjük e MRI lézió adatokkal.
Patkány mikrovérzés modell vizsgálata a mikrovérzés dinamika feltárása érdekében:
Korábbi tanulmányok szerint a mikrovérzések változhatnak a trauma utáni akut fázisban, emiatt a képalkotás időzítése fontos lehet. Egy patkány mikrovérzés modell segítségével az alvadási folyamatból fakadó változó szuszceptibilitás, és az optimális képalkotási időzítés meghatározhatóvá válna.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Bár a modern képalkotó módszerek új perspektívát nyitottak a koponyasérülés összefüggéseinek feltárásában, a rutinszerű klinikai alkalmazásuk még várat magára. A legtöbb ilyen MRI módszer rendkívül érzékeny, de nem elég specifikus a koponyasérülésre nézve, így az egyén számára nem hasznosíthatók kellő megbízhatósággal. A szükséges kvantitatív kiértékelő módszerek hardver, szoftver és kiértékelő függők, melyek szintén hátráltatják a klinikai bevethetőséget.
Ezzel szemben a fokális jellegű, kvalitatív patológia, melyet pl. a SWI képes feltárni, könnyen értékelhető klinikai környezetben is. Amennyiben fény derülne arra, miként függenek össze a mikrovérzések, nem vérzéses léziók, a tényleges axonális károsodás és a kimenetel, lehetővé válna egy egyszerű MRI lézió klasszifikáció kidolgozása, hasonlóan pl. a CT esetén használt Rotterdam rendszerhez.
E klasszifikáció segíthetné az axonális károsodás mértékének a megítélését, kifejezetten azokban az esetekben, mikor a CT vizsgálat eredménytelen, valamint amikor a beteg státuszát nem-sérüléses tényezők befolyásolják, mint például szer-használat, vagy társbetegségek megléte. Az agyi károsodás mértékének a pontosabb megítélése nem csak a prognózis jobb megítélését segíti elő, de használható a terápia vagy rehabilitáció sikerességének felmérésére, vagy precízebb összehasonlíthatóság megteremtésére auditálási vagy kutatási célokból is.
A patkány mikrovérzés modell vizsgálatának eredményei segíthetnek megérteni a mikrovérzések időbeli viselkedését, és az optimális SWI mérési időpont meghatározását.
Legmagasabb szintű trauma központként, intézetünk igen nagyszámú koponyasérültet fogad évente, rendelkezésére áll egy 3T MR készülék. A transzlációs vizsgálatok elvégzésére rendelkezésünkre áll egy 4.7T-s kisállat MR, mely képes SWI mérésre, elérhetőek a jelenleg elfogadott patkány-trauma modellek is. A vezető kutató (S.A.) és a társkutató (B.A.) jelentős MRI és koponyatrauma kutatási háttérrel rendelkezik. B.A. a Nemzetközi Neurotrauma Társaság (INTS) előző elnöke, a Magyar Idegsebész Társaság titkára, az Európai Agy Sérülés Konzorcium vezetőségi tagja.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A rendkívül magas előfordulási gyakorisága miatt a koponya és agysérülés világszerte népbetegségnek tekinthető, mely gyakran halált vagy maradandó egészség károsodást okoz. A sérülés következtében az agyi fehérállomány egy bizonyos súlyosságú és kiterjedésű károsodásnak van kitéve, mely a beteg állapotát és kimenetelét nagyban meghatározza. Mivel ez az agyi károsodás mikroszkopikus szintű, a jelen képalkotó módszereink számára lényegében láthatatlan, diagnózisa így kizárásos alapon történik, a tényleges súlyosság alig megítélhető.
Egy újabb, a rutin betegellátásban is elvileg bevethető MRI módszer, az ú.n. szuszceptibilitás súlyozott képalkotás (SWI) a jelenleg ismert legjobb módszer a mikroszkopikus vérzések (mikrovérzések) kimutatására, melyek az agyi fehérállományi károsodással összefüggő kapilláris sérülés következményei. Ez az összefüggés azonban még nem teljesen tisztázott, így még nem világos, miként alkalmazandó a SWI az agyi fehérállomány károsodásának megítélésének érdekében.
A kutatásunk célja a mikrovérzések és az agyi fehérállományi károsodások feltérképezése koponya agysérültek esetében. Miután feltártuk, hogy a mikrovérzések mely jellemzői jelzik leginkább az agyi fehérállomány károsodását, megvizsgáljuk, hogy ezen adatok javítják-e a jelenleg elérhető kimenetel becslési módszereket. E mellett, egy patkány agy mikrovérzés modell vizsgálatával meghatározzuk legmegfelelőbb képalkotási időpontot a mikrovérzéses agy károsodás kimutatására.
Összességében a célunk, hogy klinikai környezetben is ki tudjuk mutatni a mikrovérzéses agyi fehérállomány károsodást, illetve ennek súlyosságát és pszichológiai következményeit becsülni tudjuk.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Traumatic brain injury (TBI) constitutes a public health problem worldwide, since it has a very high incidence, mortality and morbidity. Diffuse axonal injury (DAI) is a very important pathological component of TBI, substantially influencing patient outcomes. It may occur both in mild and severe TBI, at a certain degree. By the use of the present clinical tools, DAI is “invisible”, it remains diagnosed on an inferential basis.
Over the last decade, different advanced MRI methods turned out to be very sensitive to DAI. However, most of them require vast post-processing and statistics, prescribing group analyses.
An exception is susceptibility weighted imaging (SWI), which may be readily assessed by a conventional radiological approach, thus it seems to be the most feasible advanced MRI tool in a clinical setting. SWI is extremely sensitive for DAI related microbleeds. These microbleeds have been shown to be related to the clinical state and outcomes, but because of the differing results, no consensus has been drawn so far regarding the proper clinical use and benefit of SWI. It is unclear, how actually the microvascular damage presented by SWI is related to the axonal damage explaining the clinical features of the patients. It is yet also unclear, how the non-hemorrhagic traumatic lesions (or non-hemorrhagic DAI) are associated with the microbleeds (or hemorrhagic DAI), and which indicates higher risk for the patient’s bad prognosis.
Our aim is to test if the application of the clinically readable MRI modalities revealing microbleeds and non-hemorrhagic lesions may add to the accuracy of the diagnosis (axonal damage severity) and the prognosis assessment of TBI.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Relationship between microbleeds, non-hemorrhagic traumatic lesions and axonal damage:
Previously, traumatic lesions have been related to the clinical severity and outcomes. Unfortunately, these clinical measures are strongly influenced by extracranial factors, e.g. the acute measures may be influenced by alcohol or drug intoxication, the outcome scores may be affected by extracranial injuries, patient compliance etc. This makes the correlation between the lesional pathology and the actual DAI severity very biased. A possibility for a more direct comparison is the correlation of lesion parameters to the simultaneously acquired diffusion tensor imaging (DTI) data. DTI has been widely accepted to represent axonal pathology, however is yet clinically not applicable at individual level, usually group analysis is required to interpret the data. We aim to reveal if microbleeds or non-hemorrhagic lesions are associated with the more altered DTI data and also to describe which lesion features correlate the best, i.e. indicate the axonal damage the best.
Relationship between lesional pathology and clinical outcomes
We hypothesize that the lesion features most indicative of white matter damage are also prognostic markers. The lesion data will be added to existing prognostic models to test if the prognostic power can be so improved.
Rat microbleed model for the evaluation of microbleed dynamics
Previous studies have shown that microbleeds might change acutely after TBI, which makes imaging timing an important factor. Using a rat microbleed model, we aim to describe the susceptibility effects of microbleed degradation and the optimal timing of image acquisition.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Although the advanced neuroimaging techniques have opened a new perspective in the understanding of TBI, the breakthrough of their clinical routine application has yet not occurred. Most advanced MRI methods are very sensitive, but not specific enough for TBI, and therefore cannot be reliably applied at an individual level. The necessary quantitative post-processing methods are hardware, software and operator dependent that also makes the clinical use of these modalities yet impossible.
On the contrary, the focal, qualitative pathology depicted by SWI can simply be read by the clinicians. Once understanding the relation among microbleeds, non-hemorrhagic traumatic lesions and the severity of axonal damage and clinical outcome, it becomes possible to propose a simple MRI lesion classification for TBI, similar as e.g. the Rotterdam score for CT scans.
This grading system could be a useful adjunct in the diagnosis of axonal injury especially in cases where CT fails to detect any pathologies (pure DAI cases) or in cases where clinical assessment is influenced by non-traumatic factors, such as intoxications and accompanying neurological or psychiatric diseases. The more accurate classification of the injury severity does not only allow a better outcome prediction, but also a better monitoring of the success of therapy/rehabilitation, and a more precise comparison for auditing and research purposes.
The results of the rat microbleed model may help the interpretation of the microbleed dynamics, and the set of the optimal SWI acquisition timepoint.
As a level 4 trauma center, our department receives a high number of TBI patients and has an access to a 3T MR scanner. For the translational studies, a 4.7T small animal MR also equipped with SWI sequence, along with contemporary rat neurotrauma models, are available. The primary investigator (A.S) and joining researcher (A.B.) are owning a considerable MRI and trauma research background, latter is Past-President of the International Neurotrauma Society, Secretary of the Hungarian Neurosurgical Society, Member of the Hungarian College of Neurosurgeons and Board Member of the European Brain Injury Consortium.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Traumatic brain injury means a public health problem worldwide. Due to the trauma, the white matter suffers a diffuse damage at a certain severity and extent, which largely defines the patient’s clinical state and outcome. Since this damage occurs at a microscopic range, it is practically invisible for the present routine imaging tools, its diagnosis is therefore made on an inferential basis, so the actual severity can be hardly assessed.
An advanced MRI method, that is applicable in a clinical setup, called susceptibility weighted imaging (SWI) is presently the known most sensitive imaging method for the microscopic bleedings (microbleeds) that are a consequence of the capillary damage that might be associated with the white matter damage. However, this association is not fully understood, and the proper clinical use of SWI as a tool for evaluating the white matter damage is yet not set.
We aim to compare the brain microbleed status of the patients first to their diffusion tensor imaging (DTI) data, which indicates the damage severity of the white matter (but because of technical factors, in itself is presently not feasible in a clinical environment). After understanding the most important microbleed features that are indicative of white matter damage, we aim to test if they enhance the prognostic capability when added to the presently existing prognostic tools. Parallel, a rat brain microbleed model would help clarifying the optimal image acquisition time point for SWI.
Overall, our aim is to test if the application of the clinically readable SWI may add to the accuracy of the diagnosis (white matter damage severity) and the prognosis assessment of TBI.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
