Purpose: Traumatic brain injury (TBI) refers to brain damage caused by external forces or trauma. TBIs can vary in severity and result from accidents, falls, sports injuries, assaults, or other forms of physical trauma. The prefrontal cortex (PFC) is known have roles in various cognitive functions. We report on a patient with traumatic brain injury who showed prefrontal symptoms after injury of thalamocortical connections between mediodorsal nuclei (MD) of thalamus and PFC. Methods: A 54-year-old, male patient suffered a TBI as a result of a heavy object falling on his head. After onset of TBI, he showed typical symptoms of prefrontal lobe injury, including personality changes, memory impairment, and general cognition problem. The thalamocortical connections between MD and PFC (ventrolateral prefrontal cortex (VLPFC), dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC), and obrbitofrontal cortex (OFC)) were reconstructed using diffusion tensor tractography. In terms of fractional anisotropy value, the right thalamocortical connections to the OFC were significantly lower than those of control subjects. Results: The value of mean diffusivity in the right thalamocortical connections to the DLPFC was significantly higher than that of control subjects. By contrast, both VLPFC and left OFC showed significant decrement in the tract volume of thalamocortical connections compared with that of control subjects. Conclusion: We reported on a patient who showed cognitive and neuropsychiatric impairment due to global injury of the thalamocoritcal connections between MD and PFC following TBI.
목적 : 최근 확산텐서영상(diffusion tensor imaging)의 발전으로 뇌백질의 미세 구조적 특성을 평가할 수 있게 되었다. 그러나 확산텐서영상을 얻기 위한 적절한 영상촬영조건 중 확산 강조 경사자장의 적정한 방향 수에 대하여 충분히 연구되지 않은 실정이다. 이에 본 연구에서는 뇌백질의 트래킹(tracking)을 수행하는 데에 있어 확산강조 경사자장의 방향 수가 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 대상 및 방법 : 건강한 남녀 13명 (남: 10, 여: 3, 평균나이: 30세, 연령분포: 23-37) 을 대상으로 하였다. 확산텐서영상은 모든 영상촬영조건을 동일하게 유지하면서 확산강조 경사자장의 방향 수를 6-방향, 15-방향, 32-방향으로 변화시키면서 시행하였다. 영상 범위는 뇌교 하방 1 cm부터 측뇌실 상방 2-3 cm까지 포함하였으며 전교련-후교련 연결선에 평행하게 하였다. 영상후처리를 통해 FA (fractional anisotropy, 분할 비등방성) map을 만든 후, 뇌량의 무릎과 팽대에서 FA의 평균값과 표준편차를 각 FA map에서 구하였다. 그리고 뇌의 피질척수로에서 트래킹을 시행하여 트래킹된 백질 섬유의 수를 측정하였다. 얻어진 FA, FA의 표준편차, 트래킹된 피질척수로의 섬유 수를 통계적 방법으로 6-방향, 15-방향, 32-방향사이에서 비교하였다. 결과 : FA는 확산강조 경사자장의 방향 수에 따라 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 경사자장의 방향 수가 증가함에 따라 FA의 표준편차는 유의하게 감소하였고, 트래킹된 피질척수로의 섬유 수는 유의하게 증가하였다. 결론 : 확산텐서영상에서 확산강조 경사자장의 방향 수를 증가시킬수록 더 우수한 백질의 트래킹이 가능하였다.
Kwon, Oran;Lee, Sunho;Ban, Soonhyun;Im, Jooyeon J.;Lee, Doo Suk;Lee, Eun Hee;Kim, Joohee;Lim, Soo Mee;Lee, Sang Gon;Kang, Ilhyang;Kim, Kyung-Hee;Yoon, Sujung;Lee, Sun Hea
생물정신의학
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제22권2호
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pp.63-77
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2015
Objectives The combination extract of four kinds of herbs, Gastrodia elata, Liriope platyphylla, Dimocarpus longan, and Salvia miltiorrhiza, has shown to have memory improving effects in mice. The aim of this study was to investigate the efficacy and safety of the herbal mixture for improving working memory as well as microstructural changes in white matter integrity in individuals with subjective memory complaints. Methods Seventy-five individuals with subjective memory complaints were assigned to receive either placebo (n = 15) or herbal mixture (low-dose group, n = 30 and high-dose group, n = 30) supplementation in an 8-week, randomized, double-blind, placebo-controlled clinical trial. Changes in working memory performance and fractional anisotropy (FA) values reflecting white matter integrity from baseline to 8-week endpoint were assessed. Results The herbal mixture group showed an increase in working memory performance compared to the placebo group (p for interaction = 0.001). In addition, the herbal mixture group showed an increase in FA values in the temporo-parietal regions (corrected p < 0.05), which are crucially involved in working memory function and are among the most affected regions in patients with cognitive impairments. Conclusions Findings from this study indicate that the herbal mixture may be a promising therapeutic option for individuals with subjective memory complaints.
Objective : The purpose of this study is to identify correlations between diffusion tensor imaging[DTI] and motor improvement by quantifying and visualizing the corticospinal tract on DTI to predict motor impairment in patients with hypertensive intracerebral hemorrhage[ICH]. Methods : Fifteen normal subjects and 7 patients with hypertensive ICH were examined and the latter were treated surgically. DTI was performed with a 3.0 T MRI. The region of interest[ROI] from the posterior limbs of both internal capsules was measured on a fractional anisotropy[FA] map, and the ratios of ROIs were calculated. Tractography, 3-dimensional DTI was then constructed. Motor impairment was assessed on admission and 2weeks after stroke by the Motricity Index[MI]. The FA ratio, tractography and score on MI were analyzed for correlations. Results : The FA ratio from the initial DTI did not show a linear correlation with motor impairment. However, after 2weeks, patients with high FA ratios showed high degrees of motor recovery, regardless of the initial severity, and patients with low FA ratios showed low recovery rates. Otherwise, a relationship between the amount of hematoma and the degree of motor recovery could not be determined. On tractography, injury of the corticospinal tract could be visualized and estimated 3-dimensionally. Conclusion : FA ratio analysis and tractography constructed from DTI may be useful in understanding corticospinal tract injury and in predicting the recovery from motor impairment in patients.
Kim, Myoung Soo;Chung, Chun Kee;Jung, Hee-Won;Park, Chul-Kee;Kim, Chi Heon;Kim, June Sic
Journal of Korean Neurosurgical Society
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제55권5호
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pp.267-272
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2014
Objective : Differentiation of demyelination in white matter from axonal damage can be determined using diffusion tensor imaging (DTI). In this study using meningioma patients an attempt was made to evaluate the relationship between preoperative weakness and the changes of diffusion parameters in the corticospinal tract (CST) using DTI. Methods : Twenty-six patients with meningioma were enrolled in this study. Eleven of them suffered from objective motor weakness and were classified as Group 1. The remaining 15 patients did not present motor weakness and were classified as Group 2. Fiber tractography and CST diffusion parameters were obtained using DTIStudio. The ratios (lesion side mean value/contralateral side mean value) of CST diffusion parameters were compared with 1.0 as a test value using a one-sample t-test. Results : In Group 1, fractional anisotropy (FA), tensor trace (TT), and radial diffusivity (RD, ${\lambda}2$ and ${\lambda}3$) of the CST were significantly different between two hemispheres, but axial diffusivity (AD, ${\lambda}1$) of the CST was not significantly different between two hemispheres. In Group 2, FA and ${\lambda}3$ of CST did not differ significantly between the hemispheres. In Group 2, TT, ${\lambda}1$, and ${\lambda}2$ of CST in the ipsilateral hemisphere were significantly higher than those of the unaffected hemisphere. However, the differences were small. Conclusion : Motor weakness was related to a low FA and high TT resulting from increased RD of the CST fibers. CST diffusion changes in patients with weakness are similar to those for demyelination.
Purpose: The ascending reticular activating system (ARAS) is responsible for regulation of consciousness. In this study, using diffusion tensor imaging (DTI), we attempted to reconstruct the thalamocortical projections between the intralaminar thalamic nuclei and the frontoparietal cortex in normal subjects. Methods: DTI data were acquired in 24 healthy subjects and eight kinds of thalamocortical projections were reconstructed: the seed region of interest (ROI) - the intralaminar thalamic nuclei and the eight target ROIs - the medial prefrontal cortex, dorsolateral prefrontal cortex, ventrolateral prefrontal cortex, orbitofrontal cortex, premotor cortex, primary motor cortex, primary somatosensory cortex, and posterior parietal cortex. Results: The eight thalamocortical projections were reconstructed in each hemisphere and the pathways were visualized: projections to the prefrontal cortex ascended through the anterior limb and genu of the internal capsule and anterior corona radiata. Projections to the premotor cortex passed through the genu and posterior limb of the internal capsule and middle corona radiata; in contrast, projections to the primary motor cortex, primary somatosensory cortex, and posterior parietal cortex ascended through the posterior limb of the internal capsule. No significant difference in fractional anisotropy, mean diffusivity, and fiber volume of all reconstructed thalamocortical projections was observed between the right and left hemispheres (p>0.05). Conclusion: We reconstructed the thalamocortical projections between the intralaminar thalamic nuclei and the frontoparietal cortex in normal subjects. We believe that our findings would be useful to clinicians involved in the care of patients with impaired consciousness and for researchers in studies of the ARAS.
Background: Previous studies showed neurography and tractography of the greater occipital nerve (GON). The purpose of this study was determining diffusion tensor imaging (DTI) parameters of bilateral GONs and dorsal root ganglia (DRG) in unilateral cervicogenic headache as well as the grading value of DTI for severe headache. The correlation between DTI parameters and clinical characteristics was evaluated. Methods: The fractional anisotropy (FA) and apparent diffusion coefficient (ADC) values in bilateral GONs and cervical DRG (C2 and C3) were measured. Grading values for headache severity was calculated using a receiver operating characteristics curve. The correlation was analyzed with Pearson's coefficient. Results: The FA values of the symptomatic side of GON and cervical DRG (C2 and C3) were significantly lower than that of the asymptomatic side (all the P < 0.001), while the ADC values were significantly higher (P = 0.003, P < 0.001, and P = 0.003, respectively). The FA value of 0.205 in C2 DRG was considered the grading parameter for headache severity with sensitivity of 0.743 and specificity of 0.999 (P < 0.001). A negative correlation and a positive correlation between the FA and ADC value of the GON and headache index (HI; r = -0.420, P = 0.037 and r = 0.531, P = 0.006, respectively) was found. Conclusions: DTI parameters in the symptomatic side of the C2 and C3 DRG and GON were significantly changed. The FA value of the C2 DRG can grade headache severity. DTI parameters of the GON significantly correlated with HI.
Background: We utilized diffusion tensor imaging (DTI) to evaluate the cerebral white matter changes that are associated with phantom limb pain in patients with unilateral arm amputation. It was anticipated that this would complement previous research in which we had shown that changes in cerebral blood volume were associated with the cerebral pain network. Methods: Ten patients with phantom limb pain due to unilateral arm amputation and sixteen healthy age-matched controls were enrolled. The intensity of phantom limb pain was measured by the visual analogue scale (VAS) and depressive mood was assessed by the Hamilton depression rating scale. Diffusion tensor-derived parameters, including fractional anisotropy, mean diffusivity, axial diffusivity (AD), and radial diffusivity (RD), were computed from the DTI. Results: Compared with controls, the cases had alterations in the cerebral white matter as a consequence of phantom limb pain, manifesting a higher AD of white matter in both hemispheres symmetrically after adjusting for individual depressive moods. In addition, there were associations between the RD of white matter and VAS scores primarily in the hemispheres related to the missing hand and in the corpus callosum. Conclusions: The phantom limb pain after unilateral arm amputation induced plasticity in the white matter. We conclude that loss of white matter integrity, particularly in the hemisphere connected with the missing hand, is significantly correlated with phantom limb pain.
Purpose: The corticospinal tract (CST) is known to be an important pyramidal tract for walking and motor function. However, very little is known about the functional role of the CST in the recovery of motor function. In the current study, we investigated the relation between the CST and motor function in chronic hemiparetic stroke patients. Methods: Fifty-four patients and 20 normal subjects were recruited. The Functional Ambulation Category (FAC) was used in measurement of the walking ability. We classified patients into three groups according to the ability to walk independently: group A, patients who could not walk independently (FAC: 0-2); group B, patients who could walk independently (FAC: 3); and group C, patd walk functionally (stairs and uneven surfaces, FAC 4-5). The Motricity Index (MI) was used to measure the motor function of the affected upper and lower extremities (maximum score: 100). The fractional anisotropy (FA) value, apparent diffusion coefficient (ADC) value, and fiber volume of the CST were used for the diffusion tensor imaging (DTI) parameters. Results: In terms of the CST of the unaffected hemisphere, the FA value of group A was significantly lower than that of normal controls (p <0.05). The fiber volume of group C was significantly higher than that of normal controls (p <0.05). In contrast, the ADC values of all patient groups and the control group did not show any difference (p >0.05). In terms of lower MI and total MI, significant differences were observed between all patient groups (p <0.05). In addition, significant differences in terms of the upper MI scores were observed between groups A and C and between groups B and C (p <0.05); however, no significant difference was observed between groups A and B (p>0.05). Conclusion: The increased fiber volume of the CST in the unaffected hemisphere appears to be related to functional walking ability in chronic stroke patients. This result would be useful for elucidation of the neural recovery mechanism of walking and the investigation of new modalities for the recovery of walking following a stroke with CST injury.
Objective: To assess diffusion tensor imaging (DTI) parameters of the hepatic parenchyma for the differentiation of biliary atresia (BA) from Alagille syndrome (ALGS). Materials and Methods: This study included 32 infants with BA and 12 infants with ALGS groups who had undergone DTI. Fractional anisotropy (FA) and mean diffusivity (MD) of the liver were calculated twice by two separate readers and hepatic tissue was biopsied. Statistical analyses were performed to determine the mean values of the two groups. The optimum cut-off values for DTI differentiation of BA and ALGS were calculated by receiver operating characteristic (ROC) analysis. Results: The mean hepatic MD of BA (1.56 ± 0.20 and 1.63 ± 0.2 × 10-3 mm2/s) was significantly lower than that of ALGS (1.84 ± 0.04 and 1.79 ± 0.03 × 10-3 mm2/s) for both readers (r = 0.8, p = 0.001). Hepatic MD values of 1.77 and 1.79 × 10-3 mm2/s as a threshold for differentiating BA from ALGS showed accuracies of 82 and 79% and area under the curves (AUCs) of 0.90 and 0.91 for both readers, respectively. The mean hepatic FA of BA (0.34 ± 0.04 and 0.36 ± 0.04) was significantly higher (p = 0.01, 0.02) than that of ALGS (0.30 ± 0.06 and 0.31 ± 0.05) for both readers (r = 0.80, p = 0.001). FA values of 0.30 and 0.28 as a threshold for differentiating BA from ALGS showed accuracies of 75% and 82% and AUCs of 0.69 and 0.68 for both readers, respectively. Conclusion: Hepatic DTI parameters are promising quantitative imaging parameters for the detection of hepatic parenchymal changes in BA and ALGS and may be an additional noninvasive imaging tool for the differentiation of BA from ALGS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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