Hjärnskakningsövervakningsheadset identifierar när det är säkert att återvända till spelet – Physics World

Hjärnskakningsövervakningsheadset identifierar när det är säkert att återvända till spelet – Physics World

Tidsstämpel: 21 september, 2023 6:42

Australiska regler fotboll
Att hålla sporten säker Spelare av kontaktsporter som australiensisk fotboll löper risk för huvudskador. Ett nytt digitalt headset kan hjälpa till att avgöra när det är säkert att återvända till spelet efter en hjärnskakning. (Med tillstånd: Shutterstock/Blulz60)

Idrottsrelaterade hjärnskakning som orsakar lindrig traumatisk hjärnskada får mycket uppmärksamhet över hela världen, på grund av den potentiella risken för att utveckla långsiktiga neurologiska problem inklusive beteendemässiga och kognitiva förändringar. Det kan också finnas risk för neurodegenerativ sjukdom. Till exempel har upprepade huvudskador associerats med kronisk traumatisk encefalopati, som endast kan diagnostiseras post mortem.

Det största problemet med att hantera hjärnskakning, särskilt för ungdomar, är att bestämma när det är säkert för en idrottare att återuppta idrotten. De flesta organiserade idrottslag, från skollag till proffs, använder retur-till-spel-protokoll (RTP) för att avgöra när det är säkert för en idrottare som har drabbats av hjärnskakning att återuppta fysiska aktiviteter. Utöver antalet dagar sedan skadan baseras RTP-protokoll på klinisk undersökning och symtomrapporter, men inte objektiva mätningar av hjärnskada och återhämtning.

Ett nytt digitalt headset utformat för att mäta förändringar i hjärnans funktion kan hjälpa till med detta beslut. Forskare från University of California San Francisco (UCSF) genomförde en studie med kranialaccelerometri för att mäta mikrorörelser i huvudet efter hjärtkontraktion (kallad "HeadPulse"). Skriver in JAMA Network Open, rapporterar teamet att seriemätningar av HeadPulse-biometrin visar karakteristiska förändringar efter hjärnskakning, och att dessa förändringar fortsatte i genomsnitt 14 dagar längre än rapporterade hjärnskakningssymtom.

Ledd av Cathra Halabi, utvärderade forskarna 43 hjärnskakande och 59 kontrollidrottare från Adelaide Football League (AFL) i Australien, inklusive 69 män och 32 kvinnor i åldern mellan 19 och 31 år. Deltagarna spelade den högsta nivån av australisk fotboll för amatörregler, en distinkt kontakt- och kollisionssport där motståndande lag utan hjälm gör mål genom att springa, sparka eller slå en boll mot målstolparna i vardera änden av ett stort fält. Att tackla eller hoppa på en motståndare är vanliga manövrar. AFL-lagmedlemmar som drabbas av hjärnskakning får inte återuppta sportaktiviteter under minst 12 dagar.

Forskarna genomförde studien i två faser under två säsonger, först 2021 för att bekräfta genomförbarheten och förfina metodiken, och sedan 2022 för att validera fynd och associera fysisk aktivitet med hjärnfunktionsmätmönster. Forskningskoordinatorer deltog i matcher och larmades om spelare med hjärnskakning.

MindRhythm-headsetet
Icke-invasiv diagnostik MindRhythm-headsetet med HeadPulse-teknik inbäddad. (Med tillstånd: MindRhythm)

Koordinatorerna utförde hjärnfunktionsmätningar inom en timme efter en spelares hjärnskakning, med hjälp av ett prototypheadset under kommersiell utveckling av medicinteknikföretaget MindRhythm. De reste sedan till dessa individers hem var och var tredje dag under de kommande 30 dagarna för att få ytterligare inspelningar. Deltagarna genomförde en neurobehavioural symptom inventory (NSI) med varje inspelning.

HeadPulse, en unik fysisk biomarkör, mäts genom att applicera en sofistikerad sensor på patientens huvud som upptäcker normala och onormala krafter som pulserar genom hjärnan. HeadPulse indikerar effektivt varje avvikelse från vad som anses vara hälsosamt och identifierar förändringar i hur krafter färdas genom hjärnan. Mycket känsliga kranialaccelerometrar mäter små pulsationer som produceras av varje hjärtslag orsakade av kraften i hjärtcykeln. Data överförs till en smartphone, med hela processen som tar mindre än 180 s.

Under den första studiefasen förvärvade og analyserade forskarna 137 inspelningar av 12 hjärnskakning endast hos manliga idrottare. I den andra fasen använde de en andra generationens prototypenhet som löste vissa överflödiga kroppsrörelseproblem för att få 276 inspelningar av 29 hjärnskakning hos både män och kvinnor. De skaffade också 262 inspelningar från 58 kontrolldeltagare.

Tjugosex av de 32 hjärnskakande individerna uppfyllde tröskeln för biometrisk abnormitet inom de första sju dagarna. HeadPulse-analys upptäckte 9 % av hjärnskakningarna dag 0, 50 % dag 2 och 90 % dag 14. Av de 32 deltagarna hade 26 NSI-poäng som återgick till noll inom 30 dagar. Hos dem med symtom som varade mindre än en månad återgick hälften till noll NSI-poäng vid dag 7. Jämfört med symtomavveckling visade dock endast 57 % av deltagarna biometrisk upplösning dag 30, och 50 % uppnådde detta dag 21 – 14 dagar senare än NSI-förbättringen.

"Vi hittade en obalans mellan rapporterade symtom och förändringar i biometri som registrerats av enheten", säger Halabi. "Detta väcker oro för att förlita sig på symptom för RTP-beslut. Förseningar kan rekommenderas för symtomfria idrottare om HeadPulse-avvikelser kvarstår."

"Spekulativa orsaker till sportrelaterad hjärnskakning (SRC) HeadPulse-signalförändringar inkluderar förändringar i hjärnans parenkymal mekaniska resonans (styvare hjärna) inducerad av hjärnskakning, modulerad av vaskulär respons", skriver teamet. "Hjärtfrekvensövertoner är centrala för huvudpulshärledning, och SRC-relaterad autonom dysfunktion kan bidra till HeadPulse-förändringar."

Forskarna rekommenderar att sambandet mellan HeadPulse och aktivitet, inklusive träning, kräver ytterligare utredning. De genomför för närvarande en studie vid UCSF, i samarbete med University of California, för att avgöra om studenter och icke-studenter civila idrottare kan själv administrera enheten. Teamet samlar också in ytterligare information om kliniska egenskaper hos hjärnskakning och aktivitetsnivåer för att hjälpa till att karakterisera HeadPulse.

  • UCSF-forskare kommer att presentera resultaten av en nyligen avslutad observationsstudie (EPISOD) utvärderar användningen av HeadPulse för ischemisk strokedetektering vid den kommande 2023 American College of Emergency Physicians (AECP) Scientific Assembly, som hölls i Philadelphia i oktober.

Tidsstämpel:

Mer från Fysikvärlden