文摘

我们调查的临床预测长期意识障碍患者的复苏程度(PDC)造成的创伤性脑损伤。十四PDC患者接受了两个扩散张量成像(DTI)研究;第一次和第二次扫描进行 和 天在受伤后,分别。除了时间这些扩散参数的变化,分数各向异性(FA),意味着扩散系数,轴向扩散系数(广告)和径向扩散系数评估一年段。关系的临床和DTI参数与康复PDC (RPDC)评估使用斯皮尔曼等级相关和逐步多元线性回归分析。意味着FA和数量的像素点用FA值> 0.4 (VsFA0.4)明显降低在第二个扫描。显著正相关程度之间的观察RPDC和意味着FA ( )和VsFA0.4 ( VsFA0.4()以及之间的差异 )和广告( )之间的第一次和第二次扫描。多元线性回归分析,初始的严重性PDC和广告的差异依然明显与RPDC的程度有关。白质显微结构的变化观察到在这项研究表明他们的潜力与长期RPDC的程度。

1。介绍

脑弥漫性轴索损伤(DAI)是一种常见的创伤性脑损伤(TBI)持续在机动车辆碰撞。损伤包括旋转力量和特点是广泛的白质损伤(1]。意识障碍的神经病理学(昏迷、植物状态和最小意识状态)已被广泛描述在后期2- - - - - -4]。皮层下白质的扩散破坏是最常见的尸检发现在创伤性脑损伤的受害者与受损的意识2]。戴和丘脑损伤是最常见的解剖结构异常案例系列报道35依然处于植物人状态的病人创伤性脑损伤后直到死的时间(3,4]。因此,严重创伤性脑损伤通常涉及多个灰质和白质弥漫性病变。

扩散张量成像(DTI)一直是有用的在描述微观结构的变化在慢性阶段戴的5]。几项研究已经记录了创伤后发现轴索显微外科术和髓鞘脱失,受伤后几个月到几年。这些包括增加水扩散的结果以平均扩散系数(MD)和减少扩散方向以分数衡量各向异性(FA) DTI [5]。这些发现,与皮层下白质体积明显减少,表明急性水肿可能是一个潜在的创伤后早期标志恶化,最终削弱轴突的完整性在慢性状态(5]。很少有纵向研究检查了白质损伤演化后戴在人类6- - - - - -9]。然而,急性扫描收集,平均来说,在两个月后受伤;较小的时间窗口是必要获得更透彻地了解白质损伤的演化。此外,几项研究已经记录之间的相关性降低足总在一些大脑区域和不利结果在严重创伤性脑损伤的患者8,10,11]。最近整个大脑WM DTI参数分析显示增加轴向扩散系数(广告)和径向扩散系数(RD)急性期和RD正相关损伤的严重程度(5]。纵向分析显示减少FA和广告,但不是在RD (5]。本研究[5)检查白质完整性的进化从戴急性慢性阶段,由于创伤性脑损伤。本研究的数据显示复杂的轻微到严重大导致明显的水肿,最终解决留下一个妥协白质微结构。数据(5)还表明,白质妥协后戴是一个过程涉及白质脱髓鞘和轴突损伤,可能存在不仅在早期也在慢性阶段(5]。然而,机制,解释这一发现还不清楚。DTI仍然似乎能够检测戴后显微结构的变化。

患者严重PDC,比如那些处于植物人状态,通常有不利的结果虽然渐进,微妙的和次要的临床变化。在过去的2年,我们的机构提供住院病人护理患者长时间的意识障碍(PDC)由于创伤性脑损伤。治疗方法包括标准的护理,物理治疗,职业治疗,以及其他替代治疗方法如音乐疗法、芳香按摩,和接触自然环境(即。,感觉阳光、风吹和季节性温度变化)。事实上,一些病人住院期间显示轻微的积极反应居住在我们的机构。

在这项研究中,我们试图确定潜在的复苏的程度预测PDC的2年,在整个大脑使用DTI参数。我们检查了纵向变化在白质解剖连接在这些病人和探索微观结构成像生物标志物的潜在协会在整个大脑灰质和白质的临床标记潜在的临床意义。

2。方法

2.1。病人

我们回顾性招募了14个病人在我们的机构,有慢性严重PDC造成交通accident-related脑损伤。所有患者PDC承认和接受3 T MRI研究完成后1年在本院治疗的。平均年龄(±SD)的患者 年;平均持续时间(±SD)入学学习招聘 天。病人的临床特点提出了在桌子上1。第一个DTI扫描进行录取( 几天后的初始损伤);在入院第二扫描进行了大约1年( 几天后初始损伤)。

表1
延长患者的意识障碍的临床资料由于脑损伤。

此外,我们预期8健康正常志愿者招募男性和6女性(2)比较。健康的参与者的年龄范围是32-60 ( 年(表2)。

表2
每个扩散参数长期意识障碍患者的脑损伤。
2.2。标准协议的审批、登记和病人的同意

本研究进行了符合人类受试者的生物医学研究的伦理原则体现在赫尔辛基宣言和知情同意制度。机构伦理委员会的批准之前获得这项研究的起始。

2.3。PDC评估

PDC使用Kohnan分数评估,衡量从严重的意识障碍的严重程度,持续性植物状态(附录[12])。Kohnan分数是我们开发的机构来解决这个问题。unidimensionality和更高的内部,这一点曾被报告的评分者间信度12]。分数是基于7个参数,每一个都是分为5级:极端(10分)、严重(9分),中等(7或8分),轻度(5分),和轻微的(0分)。我们另外通用功能恢复评估使用扩展格拉斯哥结果评分(戈斯)(范围1 - 8;更高的分数显示优越的功能结果)。这些评估进行招生和入学后2年。

2.4。图像采集

使用3.0 T MRI进行标记激发高清扫描(美国通用电气、密尔沃基、WI)。DTI如下的参数:回波时间,59岁的女士;重复一次,9000 ms;翻转角度90°;切片厚度、无缺口约3毫米;的视野,28.8×28.8厘米;获取矩阵,96×96;图像矩阵,256×256体素的大小为1.125×1.125×3.0毫米;数量的作用,1;和频带宽度,250千赫。 Images were obtained using 15-directional diffusion encoding ( 值,1000年代/毫米2在每个方向)和一组图片 s /毫米2。

共有46个轴向部分覆盖整个大脑。最劣质DTI片位于延髓在收购。

2.5。图像预处理

使用目前所有DTI数据处理软件包(牛津中心功能性磁共振成像的大脑软件库(13])。DTI图像skull-stripped使用大脑提取工具(打赌)目前。使用涡流的图像纠正目前的正确程序包调整头运动和涡流的影响。马里兰州FA、广告和RD地图在目前使用dtifit生成程序。最后,我们计算了FA,医学博士,广告,RD和统计像素点的数量在整个大脑FA值> 0.4 (VsFA0.4)目前使用fslstats程序实现。我们假设使用全脑方法不仅白质的变化也影响灰质和心室。消除这些影响,我们选择的方法VsFA0.4只选择高的体素FA值。

2.6。统计分析

统计分析使用社会科学统计软件包(SPSS) 24.0 Mac(美国IBM SPSS,芝加哥,IL)。时间上比较组Kohnan分数,戈斯,FA, VsFA0.4, MD,广告,和RD使用成对进行 以及或Wilcoxon rank-sum测试根据Shapiro-Wilk测试的结果。斯皮尔曼等级相关系数是用来评估年龄之间的关系,承认从伤病,程度的复苏PDC(由Kohnan分数的变化在2年期间入院后),和扩散张量参数。这些扩散张量参数用于比较FA, VsFA0.4 MD,广告,和RD在第一扫描和相同参数的差异之间的第一个和第二个扫描。所有单变量的潜在因素 值< 0.1进入了多元线性回归模型。此外,通胀因素方差计算检查可能的预测因素之间的共线性问题。逐步多元回归分析确定变量与康复PDC的程度有关。α水平设置为0.05为所有统计测试和调整为多个测试(例如, , ,医学博士,比较的FA与Bonferroni调整广告和RD)。

3所示。结果

在这项研究中,12例有戈斯得分2(植物人),戈斯2例3(严重障碍)录取的分数。然而,Kohnan入学成绩显示更多的可变性(范围:29 - 68)。这些范围从最低意识障碍(< 39)完成植物状态(> 65)。2年后,戈斯得分没有显著变化( ,Wilcoxon rank-sum测试):10位病人戈斯分数2,而4患者戈斯得分3。相比之下,PDC病人表现出显著复苏的一个子集基于Kohnan分数( 与 , ;Wilcoxon rank-sum测试)(表3)。Kohnan平均差的成绩入学和完成2年 。

表3
每个扩散参数在正常健康的参与者。

患者的PDC、FA、VsFA0.4,医学博士,广告,和RD值在第一扫描 ,43715年。 , (×10−3毫米2/秒), (×10−3毫米2/ s),和 (×10−3毫米2分别/ s),而那些在第二次扫描 , , (×10−3毫米2/秒), (×10−3毫米2/ s),和 (×10−3毫米2/ s),分别为(表3)。在FA PDC显示患者显著变化( ,配对 以及)和VsFA0.4 ( 随着时间的推移,Wilcoxon rank-sum测试)。然而,在MD(没有明显差异 ,配对 以及)、广告( ,配对 以及)和理查德·道金斯( ,配对 第一次和第二次之间以及)值扫描(表4)。相比之下,任何重大变化的DTI参数不正常健康的参与者(表8所示5)。

表4
扩散张量参数的比较和意识障碍。
表5
扩散张量参数的比较在正常健康的参与者。

之间没有明显的相关性观察康复PDC的程度和年龄。Kohnan评分密切相关( , 从PDC)与复苏的程度。在DTI参数,重要程度之间的相关性观察康复PDC和FA ( , 在第一次扫描()和VsFA0.4 , );然而,没有观察到显著相关性之间的医学博士,广告,和LD在第一次扫描(表6)。在纵向DTI参数,恢复的程度之间没有显著的相关性观察从PDC和足总差异,医学博士和RD(表6)。然而,一个重要的积极程度之间的相关性观察康复PDC和时间变化的广告( , )和VsFA0.4 ( , (表)之间的第一次和第二次扫描6)。

表6
之间的相关性程度的复苏从长时间的意识障碍和每个值。

变量显示一个重要协会(P值< 0.1)包含在斯皮尔曼相关分析。因此,机构承认从伤病,Kohnan分数在第一次评估,英足总在第一次扫描,VsFA0.4在第一次扫描,在VsFA0.4区别,MD和广告从第一第二扫描被包含在多元回归分析。逐步多元回归分析显示,Kohnan分数在第一次扫描(标准化 ,95%置信区间CI: 32.7 - -63.0, 随着时间的推移)和不同的广告(标准化β= 0.337,95% CI: 4610.7—-46541.3, 从PDC)准确预测经济复苏的程度调整 = 0.841)。

4所示。讨论

我们探索潜在的临床预测因素的程度的复苏PDC入学2年后,尤其集中在DTI参数。我们的结果显示显著降低FA值和像素点的数量,FA值> 0.4 (VsFA0.4)在整个大脑,但MD,广告,和RD没有显示出明显的变化。相比之下,健康的参与者并没有表现出这种变化。相关分析、Kohnan分数和FA和VsFA0.4 VsFA0.4的差别,和广告在monovariable分析显著相关。多元回归分析显示,每个寇汗分数在第一个评估和广告的差异随着时间的推移,有统计上显著的贡献程度的复苏PDC。目前,我们所知,还没有已知的预测因素长期PDC患者积极的临床反应。一些临床医生被迫提供长期护理患者没有建立特定的临床目标PDC。因此,它是至关重要的发展预测的长期变化引起这些患者的长期治疗。我们的研究结果表明,显微结构的白质的变化发生在PDC患者,这表明评估白质的变化可能有助于识别这些患者有效的长期预测结果。

DTI是根据水分子的扩散系数,它在不同的组织(14]。在白质,更有限的方向扩散。在健康的大片,各向异性(有限的扩散方向)高于灰质。这种差异使得分数各向异性(FA)的计算值组织和白质纤维的生成地图。足总范围从0到1,0代表各向同性扩散(或缺乏定向组织)和1代表各向异性扩散(或组织组织如白质束)(15]。研究已经证明了DTI提供量化的潜在效用的评估在创伤性脑损伤的微观结构损伤,戴的是常见的1- - - - - -11,14- - - - - -16]。虽然具体细节仍不清楚,足总被认为是受到很多因素的影响,包括髓鞘形成的程度和轴突密度和/或完整性(9,17- - - - - -19]。

足总已经被证明可以减少患者轻度和中度/重度脑损伤(1,4,5,11,14- - - - - -16,19- - - - - -28]。佩雷斯et al。5]报道大大降低足总在创伤性脑损伤的慢性阶段相比,在健康对照组;相比之下,广告,医学博士和RD慢性患者显著高于健康对照组。此外,慢性足总显示与处理速度正相关28]。在这项研究中,慢性PDC患者有显著降低FA和VsFA0.4相比2年入学。我们的第一个扫描数据收集 几天后受伤,这对应于白质损伤的慢性阶段。因此,我们的研究结果表明长期出现显微结构的变化。在单变量相关分析、FA和VsFA0.4在第一次扫描与PDC的复苏程度显著相关,这与先前的研究一致(5- - - - - -8,10,11,14,20.- - - - - -29日),较高的FA)病人表现出良好的复苏。时间变化VsFA0.4和广告与康复PDC的程度显著相关。这可能表明,较小的微观结构变化与康复PDC的程度。几位以前的研究6,8,10,11,20.,25- - - - - -29日]报道积极的协会FA与更高的认知功能和结果。然而,在这项研究中,更高的VsFA0.4差异,医学博士和广告与康复PDC的程度成正比。换句话说,VsFA0.4时间减少,医学博士和广告可能与PDC的更好的结果。在这方面,我们的结果不符合一些先前的报告(6,8,10,11,20.,25- - - - - -29日),这表明时间降低FA与贫穷有关结果评估认知功能和戈斯。这些相互矛盾的结果可能反映了PDC严重程度之间的差异研究;我们的大多数患者戈斯分数≤3和显示微妙的和次要的临床变化。尽管显著复苏观察Kohnan分数的基础上,基于戈斯分数时的变化不显著,这表明改善病人低于在先前的研究报告(6,8,10,11,20.,25- - - - - -29日]。我们的对象通常更严重的结果;我们所有患者戈斯分数≤3,这表明比这更严重的残疾患者在先前的研究6,8,10,11,20.,25- - - - - -29日]。因此,interstudy结果的差异可能反映了傣族严重性。差异对时间以来受伤也可能导致不同的结果;我们在扩展包括PDC患者慢性阶段。

患者PDC,复苏的程度很小,缺乏变化如图所示的戈斯分数。在我们的参与者,感应严重的非活动状态由于脑损伤可能会导致继发性神经退化可能检测到DTI。然而,纵向白质变化背后的潜在机制仍不清楚。此外,这项研究有一些局限性。受试者的数量很小,他们有各种病理状态,如挫伤、蛛网膜下腔出血和颅内出血。因此,进一步纵向的研究是必要的,结合DTI容积测量和其他详细的分析,如功能连通性分析。DTI作为预测工具的潜力需要进一步调查研究更多的科目。

总之,在逐步多元线性回归分析,Kohnan分数和广告表现出显著的差异与康复PDC的程度。换句话说,我们展示的证据PDC患者颞白质显微结构的变化;DTI参数是有用的指标评估白质改变这些病人。作为一个非侵入性形态,DTI提供体内定量病理生理学信息。跟踪白质显微结构的变化随着时间有可能测量神经可塑性和创伤性脑损伤后修复,最终可能被利用来监测治疗反应。进一步的研究需要调查领导确定这项研究。

附录

见表7。

表7

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由一个医学研究支持格兰特在日本一般保险协会的交通事故。这项工作也由jsp KAKENHI批准号JP16H06280补助金,科学研究创新Areas-Resource促进研究和技术支持平台”高级Bioimaging支持。作者要感谢患者和正常健康志愿者参与了这项研究。作者还要感谢成像工作人员,特别是“千叶,熟练的MRI收购。他们也感谢Enago英语复习。