机械变形解释脑外伤中的不同神经影像模式与病因

理解机械力如何转化为进行性神经病理仍是减轻、诊断和治疗创伤性脑损伤（TBI）的核心挑战，TBI是一个影响每年数百万人的主要公共卫生问题，且缺乏可靠的预后生物标志物。为解决这一问题，我们将使用有限元方法构建的虚拟大脑孪生与扩散成像相结合，研究两种猪TBI模型中的时空组织改变：非撞击旋转TBI和受控皮质撞击（CCI）。在旋转模型中，亚急性异常出现在脑干和皮质下区域，定量各向异性与峰值应变呈中等相关。相比之下，CCI产生延迟但广泛的扩散异常，特别是平均扩散率，随时间与皮质变形相关。基于纤维束成像的结构连接性得出的轴突损伤指标在旋转模型中显示出与应变相关的趋势，但在CCI中则不然，这表明惯性负荷引起的弥漫性轴突损伤可能更直接地受机械因素影响，而局灶性撞击中的轴突损伤可能更受继发性非机械过程（如神经炎症）的影响。这些发现支持模拟脑变形与演变中的影像生物标志物之间的机制关联，表明不同的TBI机制（弥漫性与局灶性）与不同的时空扩散特征相关。我们的研究为通过生物力学视角解释神经影像提供了一个转化框架，并强调了虚拟大脑孪生在TBI中为机制特异性诊断、监测和治疗开发提供信息的潜力。