Prospective MRI Volumetry and Diffusivity Changes During the First Year After Traumatic Brain Injury: Impact of Injury Related Variables, Significance for Outcome and Methodological Considerations
Abstract
NORSK TITTEL: Prospektiv magnetisk resonans tomografi (MR) basert volumetri
og diffusivitetsmålinger i løpet av første året etter traumatisk hjerneskade: betydning
av skaderelaterte variabler, påvirkning på utkomme og metodologiske betraktninger.
SAMMENDRAG
Det overordnede målet for studiene var å undersøke hvordan traumatisk hodeskade
påvirker volumer av ulike hjernestrukturer i løpet av ett år , hvordan diffusaksonal
skade (DAI) utvikles over samme periode, og likeledes hvordan diffusiviteten i
normalt utseende hjernevev endres. Et sentralt mål var å vise hvilke tidlige MR
avbildningsfunn som predikerer utkomme ett år etter hjerneskaden. Siden MR basert
morfometri avhenger av intrakraniell volum (ICV) korreksjon, ble metodologiske
forskjeller i hvordan ICV estimeres og effekter dette har på statistiske analyser
evaluert.
Studiene er basert på 125 pasienter innlagt til nevrokirurgisk avdeling av St. Olavs
hospital i Trondheim med moderat til alvorlig hodeskade mellom oktober 2004 og
oktober 2007 og friske frivillige. MR-avbildning av pasientene ble gjennomført ved
1.5 T Siemens Symphony Sonata eller Siemens Avanto. Metoder for ICV korreksjon er
evaluert i HUNT MR, en tverrsnitt studie i en generell populasjon på 50-67 år
avbildet med 1.5T GE skanner.
I studier I, III og IV utforsket vi volumforandringer i forskjellige hjernestrukturer,
estimerte DAI lesjonsmengde i forskjellige MR sekvenser og målet ADC i normalt
utseende hjernevev i løpet av første året etter hodeskaden. Prediktiv verdi av disse
variablene fra både tidlige og 3-måneders MR avbilning for 12-måneders
funksjonsnivå ble testet.
Vi fant signifikante volumforskjeller for alle analyserte strukturer i løpet av de første
12 måneder etter skaden. Effekt av hodeskade på hjernevolumer var forskjellig for de
ulike hjernestrukturene. Kortikal grå substanstap var rask og nesten avsluttet 3 måneder etter skaden. Volumtap av hippocampus, nucleus lenticularis og hemisfærisk
hvit substans var langsommere og signifikant først etter 12 måneder. Utvidelse av
ventrikkelen ble signifikant etter 12 måneder. Hjernestamme volumtap var signifikant
etter både 3 og 12 måneder.
Alvorlig versus moderate hodeskade, post-traumatisk amnesia over 1 uke versus
under 1 uke, og høyere grad av DAI var assosiert med større volum tap. Disse ulike
gruppene hadde også spesifikke volumtapsmønstre. I pasienter med DAI viste vi at
ikke-hemorrhagiske lesjoner forsvinner før 3 måneder mens hemorrhagiske lesjoner
forsvinner mellom 3 og 12 måneder etter skaden. Antall og volum av tidlige DAI
lesjoner predikerte 12-måneders utkomme, mens diffisivitetsforandringer ikke hadde
noen sammenheng med utkomme. Etter justering for etablerte prognostiske faktorer,
fant vi flere høy signifikante predikotrer fra tidlig og 3-måneders MR for 12 måneder
utkomme. Signifikante prediktorer var volum av kortikal grå substans, hippocampus
og nucleus lenticularis 3 måneder etter skaden, og volum samt antall DAI lesjoner i
corpus callosum, hjernestamme og thalamus tidlig etter skaden.
Siden MR basert morfometri avhenger av intrakraniell volum (ICV) korreksjon, vil
metodologiske forskjeller i hvordan ICV beregnes kunne påvirke resultatene. I studie
II ble nøyaktigheten av ulike metoder for ICV beregning sammenliknet med manuelle
ICV som er gullstandarden. I tillegg ble styrkeanalyser utført for å demonstrere
praktiske implikasjoner av nøyaktige ICV estimat. En modifiserte versjon av en
eksisterende automatiske metoder for ICV-estimering ble utviklet spesifikk i denne studien.
Denne metoden er ikke avhangig av empirisk terskling. Vi viste at modifiseringen av ICVestimeringsmetoden
utviklet i dette studiet kan redusere gruppestørrelse nødvendig for å
påvise små volum forskjeller i hjerne strukturer mellom grupper.