脑脊液容量定量评估大脑半球大面积梗死病人脑水肿程度的临床价值

徐华伟,赵施竹

脑水肿在大脑半球大面积梗死(LHI)后的第1周内占神经功能恶化的很大比例,是早期死亡的主要原因[1]。10%～20%的病人可出现恶性水肿,并可能导致室间隙压力迅速上升,形成幕下和小脑疝,部分病人可致死[2]。尽管采取一些医疗措施,死亡率仍高达80%,除非在发生脑疝之前进行手术减压[3]。尽管临床已认识到在LHI之后检查脑水肿的重要性,但很少关注这一过程的脑血流动力学[4-5]。目前,没有简单而有效的指标可以方便和准确地量化脑水肿的严重程度。了解脑水肿的血流动力学对于描述并理解病人脑水肿轨迹的变异性具有重要意义,同时可能为研究和预测LHI后的结果提供一个实用的生物标志物,以便采取有效的治疗措施,如早期去单侧骨瓣减压术(DHC)[6]。

中线移位(MLS)和梗死相关低密度体积是脑水肿的常用临床标志物[7]。MLS可粗略估计幕下疝,其仅出现在疾病的晚期和严重病例,即当脑水肿进展超过颅内血液和脑脊液体积减小可以代偿的程度时,MLS不能全面评估水肿严重程度,因为水肿程度较轻的人可能有很轻微或没有MLS,而某些颞叶梗死病人可能发展为脑疝,尽管只有极小的MLS。低密度体积大小和范围是梗死和水肿的一种可变组合,然而其只能近似描述颅内体积的实际水肿的相关增加;当梗死在计算机断层扫描(CT)扫描表现很微妙时,也很难早期定量[8-9]。相反,随着水肿的发展,脑脊液逐渐从大脑半球的脑沟和脑室中移位,脑脊液移位的测量可以更好地捕捉脑卒中后脑水肿的动态过程。

本研究提出一种基于CT的脑脊液室间移位容积分析方法,作为一种更准确地量化LHI后脑水肿的新方法,充分利用CT在急性脑卒中的广泛应用和脑脊液分割的易用性[10]。本研究旨在证明脑脊液容量定量评估LHI病人脑水肿程度的可行性和可靠性,并根据MLS和低密度体积等标准测量验证,评估特定脑脊液室[如同侧或对侧脑沟或脑室]的变化是否与MLS相关,并与脑卒中严重程度或梗死相关低密度体积的估计相比,是否能够更好地筛查出恶性水肿病人。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性选取2012—2018年我院收治的LHI病人76例。纳入标准:1)美国国立卫生研究院卒中量表(NIHSS)评分≥8分;2)脑卒中症状发作后6 h内进行头部CT检查;3)脑卒中后5 d内至少1次随访CT证实LHI[11]。查阅病历并收集病人一般资料,包括年龄、性别、民族、发病时间、组织型纤溶酶原激活剂(t-PA)应用、基线和24 h NIHSS评分、基线及随访时的格拉斯哥昏迷量表(GCS)评分。由基线CT提取放射学数据,包括高密度大脑中动脉(HD-MCA)征和艾伯塔卒中项目早期CT评分(Alberta Stroke Program Early CT Score,ASPECTS)[12]。恶性水肿的主要临床结果是水肿的发生,需要采取早期去单侧骨瓣减压术或渗透药物治疗,或CT显示MLS 5 mm与死亡相关或GCS评分下降。

1.2 图像处理和体积分析

使用美国国立卫生研究院医学成像和可视化(MIPAV)软件分析每帧CT扫描。幕上脑脊液间隙[大脑沟和脑室同侧和对侧,第三脑室]和基底池,在每帧片使用半自动水平设置工具(见图1)。然后量化每个隔间的体积和脑脊液的总体积,总的大脑半球体积(从顶点到前斜突水平的大脑周长)也被量化。以同侧与对侧脑脊液体积之比计算大脑半球对称性和大脑沟的对称性,计算大脑半球脑脊液的比例(脑脊液总体积与半球体积的比值)。所有的随访扫描均测量MLS和梗死体积,进行脑水肿分级(1级为局部脑肿胀≤1/3大脑半球;2级为局部脑肿胀≥1/3大脑半球;3级为局部脑肿胀伴MLS水肿)[9]。计算脑脊液体积的百分比变化(Δ脑脊液)。Δ脑脊液定义为从基线到高峰水肿随访CT的总脑脊液体积的百分比变化。

图1 基线和峰值水肿CT扫描切片的脑脊液区域图

1.3 测量的可靠性

脑脊液区域由两位读片者单独描绘,对5例病人的13帧CT图像进行测量并计算大脑半球总体积和脑脊液体积。采用组内相关系数(ICC)计算评分者之间的可靠性。

1.4 统计学处理

2 结 果

2.1 临床资料

76例LHI病人中,女38例,男38例;年龄(62±16)岁;NIHSS评分为15.5(10.0,20.0)分;恶性水肿22例,无恶性水肿54例。CT扫描在脑卒中开始后74(36,166)min完成,ASPECTS评分为9(8,10)分,26例(34.2%)有HD-MCA征,62例(81.6%)采用t-PA治疗。恶性水肿与无恶性水肿病人的临床资料详见表1。

表1 恶性水肿与无恶性水肿病人临床资料比较

2.2 脑脊液体积

基线总脑脊液体积为120(80,176)mL。基线时同侧与对侧大脑半球脑脊液体积(即大脑半球对称性)的比值为0.96±0.15。同侧与对侧脑沟体积(即脑沟对称性)的比值为0.94±0.16。脑脊液体积占基线时间点的半球体积为(11±5)%。脑脊液体积与受试者年龄呈正相关(r=0.77,P<0.001)。没有发现ASPECTS评分与基线NIHSS或脑脊液体积/对称性之间的相关性。然而,大脑半球对称性与基线NIHSS弱相关(r=-0.36,P=0.028)。

2.3 脑水肿血流动力学

与基线值相比,脑脊液体积在早期随访扫描下降32%(P<0.001)。这种减少大多发生在同侧大脑沟内,但对侧大脑沟和同侧脑室也有减少。大脑半球对称性下降至0.63±0.24,与基线(0.96±0.15)相比差异有统计学意义(P<0.001);大脑沟对称性下降至0.57±0.29,与基线(0.94±0.16)相比差异有统计学意义(P<0.001)。在两种扫描均可用的病人中,峰值水肿扫描脑脊液出现进一步下降,脑脊液总容量比基线下降55 mL(Δ脑脊液47%),同侧大脑沟下降82%(29 mL),对侧大脑沟下降35%(14 mL);同侧脑室容积下降64%(10 mL),对侧脑室容积无变化。当24 h发生超过一半的脑脊液丢失时,MLS的增加主要发生在峰值水肿扫描上,脑卒中后24 h几乎没有看到显著的MLS增加。

2.4 脑脊液容量、MLS与恶性水肿的关系

22例恶性水肿病人中,2例有5 mm或更大的MLS,但没有临床恶化。恶性水肿病人基线NIHSS呈升高的趋势,HD-MCA征在水肿病人中的可能性更高。峰值水肿时,NIHSS与MLS程度无相关性(r=0.13,P=0.57),Δ脑脊液与MLS呈负相关(r=-0.75,P<0.001),梗死相关低密度体积与MLS(r=0.66,P=0.001)和Δ脑脊液(r=0.54,P=0.01)呈正相关,但即使在调整了基线NIHSS和峰值梗死相关低密度体积之后,Δ脑脊液和MLS的关联仍然存在。MLS还与大脑半球对称性(r=-0.64,P<0.001)和大脑沟对称性(r=-0.73,P<0.001)呈负相关。ROC分析显示,Δ脑脊液预测恶性水肿的曲线下面积为0.85,95%CI(0.66,1.00),最佳截断值为45%,敏感度为90%,特异度为83%。

3 讨 论

本研究表明,LHI后脑水肿的严重程度可以使用基于CT的体积测量脑脊液随时间的变化加以量化。这一新的测量方法利用连续的脑CT成像,基线和随访扫描上的脑脊液间隔提供了一个可靠的定量指标,与梗死体积和MLS密切相关,并与恶性水肿的发展相关,与脑卒中严重程度甚至梗死体积本身的基线指标无关。本研究发现基线NIHSS与大脑半球梗死脑卒中病人的更严重水肿只有微弱的相关性,基线NIHSS与MLS的严重程度无相关性。

脑脊液体积测量也表现出良好的时间分辨率。Δ脑脊液不仅能够量化,亦与脑水肿已知的时间过程相关,超过一半的变化发生在24 h内,从而提供一个潜在的早期放射性预测指标,准确决定需要手术干预恶性水肿的时机是至关重要的。已经证明在24 h内对梗死体积的MRI测量可以预测恶性水肿,但基于CT方法如果能够帮助早期决策[4],将有更广泛的优势。使用脑脊液体积来量化脑水肿也具有内在的生物学价值,因为其反映了大脑在水肿反应中所经历的直接生理代偿,脑脊液在颅内动力学中的重要性受到许多学者的关注[13-15]。本研究不仅观察到大脑半球脑脊液的大部分位于双侧沟,而且大部分脑脊液丢失来自同侧沟。同侧沟体积损失率的测定与MLS的相关性最强,可将恶性水肿的病人与受影响较小的病人鉴别。随着水肿的发展,进一步探讨脑脊液的室间动力学可能会提供更多对压力变化的理解。当脑脊液代偿已经用尽时,MLS很可能是水肿的后期标志。跟踪脑脊液的早期变化可阐明早期脑血流动力学变化,而不仅仅是通过测量MLS来反映。脑脊液体积测量可能是一个更敏感的水肿生物标志物,可检测到脑室沟消失和压缩的细微变化。本研究发现恶性水肿病人脑脊液体积减小14 mL。颅内脑脊液体积的微小变化具有重要临床意义。

本研究还发现基线脑脊液体积与年龄呈相关,虽然本研究发现较大的萎缩与恶性水肿的风险较低无关,但有更多的脑脊液和空间来代偿水肿可能是重要的,应该在未来的更大的研究中探索。有研究分析了近端闭塞后恶性水肿病人的基线总脑脊液体积变化,发现恶性水肿病人的颅内体积储备较低,而NIHSS则无明显变化。此项研究只测量了总(而不是间隔)脑脊液体积,甚至只使用简单的阈值方法来估计。虽然这种方法对于基线成像似乎是可行的,但是不能准确地描述随访CT扫描时脑脊液在梗死相关低密度内的存在(与邻近沟和心室低密度重叠)。本研究应用半自动脑脊液描绘方法与人工输入,今后需要扩大其适用性,在脑卒中病人中开发一种完全自动化的算法,可以在序列CT扫描中较准确地测算脑脊液。不仅有助于了解水肿血流动力学和预测早期的恶性水肿轨迹,而且可用于脑卒中后水肿的大规模基因组评估,可以揭示防止水肿形成的生物靶点[16-18]。

总之,脑脊液体积测量可准备评估和可量化的脑水肿程度,比MLS更好地捕捉整个疾病过程的水肿严重程度。因此,这种基于CT的水肿定量指标可评估早期脑脊液变化,进而预测恶性水肿情况。