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.