Måling af hjernens midtlinjeforskydning og automatisering heraf: En gennemgang af teknikker og algoritmer

Abstract

Midline shift (MLS) i hjernen er en vigtig egenskab, der kan måles ved hjælp af forskellige billeddannelsesmodaliteter, herunder røntgen, ultralyd, computertomografi og magnetisk resonansbilleddannelse. Forskydning af intrakranielle strukturer i midterlinjen hjælper med at diagnosticere intrakranielle læsioner, især traumatisk hjerneskade, slagtilfælde, hjernetumor og absces. Da MLS er et tegn på øget intrakranielt tryk, er det også en indikator for nedsat hjerneperfusion forårsaget af en intrakraniel masse eller masseeffekt. Vi gennemgår undersøgelser, der har brugt MLS til at forudsige resultaterne for patienter med intrakraniel masse. I nogle undersøgelser blev MLS også korreleret med kliniske træk. Automatiserede MLS-målealgoritmer har et betydeligt potentiale til at assistere menneskelige eksperter i evalueringen af hjernebilleder. I symmetri-baserede algoritmer registreres den deformerede midterlinje, og dens afstand fra den ideelle midterlinje tages som MLS. I landmærke-baserede algoritmer blev MLS målt efter identifikation af specifikke anatomiske landmærker. For at validere disse algoritmer blev målinger foretaget ved hjælp af disse algoritmer sammenlignet med MLS-målinger foretaget af menneskelige eksperter. Ud over at måle MLS på en given billedundersøgelse var der nyere anvendelser af MLS, som omfattede sammenligning af flere MLS-målinger før og efter behandling og udvikling af yderligere funktioner til angivelse af masseeffekt. Der gives forslag til fremtidig forskning.

1. Indledning

1.1. Historien om midtlinjeskift som et billeddannende træk

Det menneskelige hoved er omtrent bilateralt symmetrisk. Selv om der er funktionelle forskelle mellem hjernehalvdelene, følger den grove morfologi reglen . Både cerebrum og cerebellum er symmetriske med lober, ventrikler og dybe kerner af samme størrelse og form i begge halvkugler. Subtile strukturelle asymmetrier spiller ingen rolle i den kliniske diagnostiske neuroradiologi . Fra patologiske undersøgelser har lægerne allerede vidst, at intrakraniel masse kan forårsage hjerneforskydning, efterfulgt af herniation, kompression af hjernestammen og død. Derfor er de fra begyndelsen af neuroafbildningen afhængige af forskydningen af midtlinjestrukturerne til støtte for diagnosen. I begyndelsen anvendte man forskydning af forkalkede pinealkirtler på røntgenbilleder, efterfulgt af pneumoencefalografi og angiografi .

Efter opfindelsen af ultralyd (US), computertomografi (CT) og magnetisk resonansafbildning (MRI) bliver tværsnitsafbildning mulig med en stærkt forbedret opløsning og vævskontrast . Mens den cerebrospinalvæske- (CSF-) indeholdende tredje ventrikel (V3, figur 1) er lettere at identificere på amerikanske billeder , beskriver de fleste forfattere graden af forskydning af septum pellucidum (SP, figur 1), en tynd membran mellem de laterale ventriklers frontale horn (FH’er), i forhold til den ideelle midterlinje (iML) på CT-billeder . Uanset om man anvender pinealkirtlen, V3 eller SP, betegnes afvigelsen af den givne midtlinjestruktur fra iML som midline shift (MLS). Da symmetri spiller en central rolle ved radiologisk vurdering af hjernen, antages enhver forskydning af midtlinjestrukturer at repræsentere en masselæsion på den side, hvorfra midtlinjen er forskudt . Af praktiske årsager findes der ingen akutte “sugende” hjernelæsioner, der trækker midterlinjen mod sig selv.

Figur 1

Et computertomografisk billede fra en patient med traumatisk hjerneskade, der viser anatomiske landemærker, der anvendes til at måle midterlinjeforskydning (2 mm på dette billede) og forskellige typer af intrakranielle blødninger. SP: septum pellucidum, V3: tredje ventrikel (kun den mest rostrale del vist), SDH: subduralt hæmatom, SAH: subaraknoidalblødning og EDH: epiduralt hæmatom.

1.2. Brug af midterlinjeforskydning som en kvantitativ indikator for masseeffekt til at forudsige udfaldet hos traumepatienter

Så tidligt som 1783 udledte Alexander Monro, at kraniet er en “stiv kasse” fyldt med en “næsten inkompressibel hjerne”, og at dens samlede volumen har tendens til at forblive konstant . Doktrinen fastslår, at enhver forøgelse af kranieindholdets volumen (f.eks. hjerne, blod eller CSF) vil forhøje det intrakranielle tryk (ICP). Hvis et af disse tre elementer øges i volumen, skal det desuden ske på bekostning af volumen af de to andre elementer. I 1824 bekræftede Kellie mange af Monros tidlige observationer . Ifølge denne doktrin kan fokal intrakraniel patologi skade alle intrakranielle strukturer ved at reducere deres perfusion som følge af øget ICP, hvis alle kompenserende mekanismer er udtømt. Et sådant fænomen kaldes “masseeffekt.”

I NIH Traumatic Coma Data Bank, en stor prospektiv multicenterundersøgelse, har forfatterne undersøgt data fra de første CT-scanninger af 753 patienter med alvorlig traumatisk hovedskade (TBI), defineret som en Glasgow Coma Scale (GCS) score på 8 eller mindre . Når CT-fundene var relateret til øget ICP og død, var de vigtigste karakteristika ved scanningerne MLS, kompression eller udslettelse af de perimesencephale cisterner og tilstedeværelsen af subaraknoidalt blod (subaraknoidalblødning, SAH) . I mange efterfølgende undersøgelser var tilstedeværelsen af MLS relateret til øget ICP og dårligere prognose ; der findes dog interaktion med tilstedeværelsen af intrakranielle læsioner og andre CT-parametre, som opsummeret i en tidligere gennemgang . MLS på CT er fortsat en ikke-invasiv estimator af ICP hos TBI-patienter, før den faktisk måles under operationen, og betragtes som et billeddannelseselement, der understøtter Monro-Kellie-læren. Der er påvist en dosisafhængig sammenhæng mellem MLS og resultatet hos TBI-patienter . Der findes også en lignende sammenhæng mellem MLS og bevidsthed hos patienter med akut hemisfærisk masse .

Og selv om klassifikationsskemaerne var meget varierende i tidligere rapporter, er MLS en kvantitativ måling, der kan foretages på uforstærkede eller kontrastforstærkede billeder. Den kan have positive og negative værdier og kan defineres som 0 hos en person, der slet ikke har nogen forskydning. Da MLS kan måles i alle hjerner, med eller uden patologi, er det blevet en integreret del af evalueringen af hjernebilleder. MLS er imidlertid mindre velegnet til at repræsentere masseeffekt, når der er flere læsioner . På den anden side er perimesencefalsk cisternalkompression i stand til at afsløre masseeffekt i tilfælde af bilaterale, multiple eller posterior fossa-læsioner; men den betragtes i bedste fald som en semi-kvalitativ måling.

1.3. Standardisering af måling af midterlinjeforskydning

For yderligere at mindske variationer i MLS-måling hos TBI-patienter foreslog Brain Trauma Foundation (BTF) i 2006 en standardiseret protokol for CT-billeddannelsesproceduren. Der blev foreslået standardiserede metoder til estimering af hæmatomvolumen ved hjælp af “”-metoden og MLS-måling . De foreslog at anvende 5 mm aksiale (horisontale) snit fra foramen magnum til sellaen og 10 mm snit over sellaen parallelt med orbitomeatal linjen . Da nyere CT-scannere er i stand til at opnå isotrope voxels, der muliggør billedrekonstruktion i ethvert anatomisk plan uden tab af opløsning, anvender mange hospitaler nu 5-mm-snit i hele proceduren .

På et givet aksialt billede måles MLS i niveauet af Monros foramen (FM), som er den kanal, der forbinder FH’erne i de laterale ventrikler med V3, som vist i figur 1 og 2. På FM-niveau kan kun den mest overlegne del af V3 ses, som illustreret i figur 2. Den største anterior-posterior diameter af V3 er normalt caudalt på dette niveau . I BTF-retningslinjerne foreslås det at bestemme MLS (“” i figur 2(a))) ved først at måle bredden af det intrakranielle rum (“”) og derefter at måle afstanden fra knoglen til SP (“”). Derefter kan MLS bestemmes ved at beregne . I retningslinjerne anbefalede BTF også akut kirurgi for ethvert traumatisk epiduralt (EDH), subduralt (SDH) eller intracerebralt hæmatom (ICH), der forårsager et MLS større end 5 mm .

(a)

(b)

(a)
(b)

Figur 2

Bedømmelse af midtlinjeskift (MLS) på et billede af et intracerebralt hæmatom (ICH), der komprimerer hjernen. (a) Selv om bestemmelse af MLS ved først at måle bredden af det intrakranielle rum () blev foreslået i retningslinjen, målte mange neurokirurger den ved først at tegne den ideelle midterlinje (stiplet linje). (b) Vores beregningsmodel for den deformerede midtlinje omfattede en kvadratisk Bezier-kurve (hvid) mellem to linjesegmenter (sort). Tilpasset fra .

Da kraniet ikke altid er symmetrisk, og patienten måske ikke er perfekt justeret under CT-undersøgelsen, måler mange specialister MLS ved først at tegne iML, der forbinder de mest forreste og bageste synlige punkter på falx (stiplet linje i figur 2(a)), og derefter måle det fjerneste punkt på SP (det yderste punkt i det hvide vandrette linjesegment i figur 2(a)) som vinkelret på iML. Denne metode har også vist sig at have en høj interobserveroverensstemmelse hos patienter med spontan ICH . Desuden er det lettere at bestemme iML end at bestemme bredden af det intrakranielle rum, når kraniet er deformeret eller fjernet ved kirurgi eller traume.

Efter at have bevist sin prognostiske værdi hos TBI-patienter anvendes MLS i vid udstrækning til vurdering af neurologiske sygdomme som en indikator for masseeffekt. Da hver sygdom har sin egen naturlige historie, bør måling og analyse af MLS udføres inden for rammerne af den primære diagnose, som det fremgår af tabel 1. I denne artikel gennemgås de almindeligt anvendte billeddannelsesmetoder til måling af MLS og deres anvendelse på forskellige sygdomme i afsnit 2. I afsnit 3 gennemgås algoritmer til automatiseret MLS-måling samt deres fordele og begrænsninger. Nyere anvendelser, herunder målinger af MLS på efterbehandlingsbilleder og udvikling af nye funktioner for masseeffekt, gennemgås i afsnit 4, og til sidst fremsættes afsluttende bemærkninger.

2. Metoder

2.1. Computertomografi

CT anvender en computer til at rekonstruere tværsnitsbilleder ud fra målinger af røntgentransmission gennem tynde skiver af patientens væv . CT-scanning uden kontrast er den foretrukne billeddannelsesmetode i forbindelse med TBI på grund af den udbredte tilgængelighed, den hurtige billedindsamling, den overlegne detaljeringsgrad af knogler, muligheden for helkropsbilleder af mange skadede patienter, de lave omkostninger og kompatibiliteten med de fleste medicinske anordninger, der gør det muligt at undersøge ustabile patienter . På CT-billeder er det muligt at måle MLS ved hjælp af SP, pinealkirtlen eller V3 som et anatomisk landmærke.

Generelt udføres hjerne-CT ved akutte neurologiske tilstande og MRI ved subakutte eller kroniske tilfælde. Ud over TBI er slagtilfælde en anden vigtig akut neurologisk tilstand, der kræver billeddannelse af hjernen. National Institutes of Health Stroke Scale (NIHSS) score anvendes ofte til at kvantificere den neurologiske svækkelse. CT-scanning uden kontrast er den foretrukne indledende billeddannelsesundersøgelse for apopleksipatienter, fordi den kan identificere hyperdense blødning og skelne den fra hjerneinfarkt, hvilket sammen med NIHSS-score giver mulighed for øjeblikkelig intervention. Imidlertid er tidlige tegn på infarkt på CT subtile, og præcis identifikation af det infarkte område er normalt umulig .

Udviklingen af hjernesvulst er den mest frygtede livstruende konsekvens af et iskæmisk slagtilfælde med stort område. Udtrykket malignt infarkt i den midterste hjernearterie (MCA), der blev indført i 1996, blev oprindeligt defineret som infarkt i hele MCA-territoriet eller endog større områder, der optræder som områder med nedsat attenuation (hypodensiteter) på CT inden for 48 timer . Den neurologiske forværring sker normalt hos de fleste patienter inden for 72 til 96 timer, men nogle patienter kan opleve forværring i løbet af de næste par dage . CT er også den foretrukne metode til ustabile patienter med MCA-infarkt med hævelse, der kræver opfølgende billeddannelse. Graden af MLS anvendes almindeligvis som benchmark for radiografisk forværring. Definitionen varierer dog fra undersøgelse til undersøgelse . Når et malignt MCA-infarkt er diagnosticeret, er dekompressiv kraniektomi (DC) med ekspansiv duroplasty den eneste effektive behandling. DC udføres også almindeligvis alene eller i forbindelse med hæmatomfjernelse på patienter med øget ICP efter TBI .

Pullicino et al. målte flere parametre på aksial CT udført inden for 48 timer efter debut hos 118 konsekutive patienter med alvorligt akut hæmisfærisk slagtilfælde . Rå risikofaktorer for 14-dages dødelighed, som indtraf hos 46 patienter, var et læsionsvolumen på 400 ml eller større, en SP MLS på 9 mm eller større, en pineal MLS på 4 mm eller større, intraventrikulær blødning og koma ved indlæggelsen. Kun SP MLS var signifikant korreleret med overlevelse i multivariat analyse, men de to MLS-målinger var stærkt korreleret med en korrelationskoefficient på 0,82.

Lam et al. analyserede træk på aksial CT udført inden for 24 timer efter symptomdebut hos 55 patienter med akut ekstensivt MCA-infarkt . Forfatterne kategoriserede deres MLS-måling i 3 grupper: ingen MLS, MLS mindre end 10 mm, og MLS større end 10 mm. De beskrev heller ikke, hvilket landmærke der blev brugt til at måle MLS. En enkelt forklarende variabelanalyse viste, at NIHSS, tilstedeværelse af MLS, MLS større end 10 mm, infarktets omfang, tilstedeværelse af hydrocephalus, udtømning af subarachnoidalrummet eller cella media og tab af kortikomedullær differentiering var forbundet med 30-dages dødelighed (14 patienter). Logistisk regressionsanalyse viste, at infarktomfanget og NIHSS var de eneste uafhængige prædiktorer. Da hjerneødem normalt udvikles senere, betragtede forfatterne “tidlig” MLS på den første dag som et meget specifikt, men ufølsomt tegn.

Park et al. brugte diffusionsvægtet MRT (DWI) inden for 14 timer og CT 24 ± 4 timer efter apopleksiudbruddet hos 61 patienter til at vurdere infarktvolumen og MLS på SP . Graden af hjerneatrofi blev også vurderet ved hjælp af bicaudate-forholdet. For de patienter, der præsenterede et akut hæmisfærisk infarkt, forudsiger et infarktvolumen større end 220 ml eller MLS større end 3,7 mm på den opfølgende CT ca. 24 timer efter slagtilfældeudbruddet malignt infarkt, hvilket blev konstateret hos 21 patienter. For infarktpatienter med mindre atrofiske hjerner, defineret ved et bicaudate-forhold på mindre end 0,16, er et indledende infarktvolumen større end 160 ml i en DWI inden for 14 timer efter apopleksiudbruddet stærkt prædiktivt for et malignt forløb.

Spontan ICH er den mest almindelige undertype af hæmorrhagisk apopleksi. Beslutningen om, hvorvidt og hvornår ICH skal fjernes kirurgisk, afhænger normalt af hæmatomvolumen og placering . I lighed med traumatiske hæmatomer vurderes volumenet af spontan ICH ved hjælp af ABC-formlen . MLS målt ved SP eller pinealkirtlen bruges også til at kvantificere progressionen af masseeffekten efter ICH . Zazulia et al. fandt 17 tilfælde af MLS-progression, defineret som en stigning på mere end 2 mm, hos 76 patienter med gentagne CT-scanninger efter spontan supratentorial ICH . Blandt dem opstod 10 inden for 2 dage og var forbundet med hæmatomforøgelse, og 7 opstod senere og var forbundet med ødemprogression. Progression af masseeffekten som følge af ødem opstod med større blødningsvolumener. Sammenlignet med den pineale MLS var SP MLS en mere følsom måling. Den kliniske betydning af sent indsættende ødem og patientens resultat blev imidlertid ikke rapporteret.

Song et al. korrelerede koma (GCS-score på 8 eller mindre) og anisokori med CT-fund hos 118 patienter med spontan supratentorial ICH . Univariate analyse afslørede, at hæmatomvolumen, scoren for intraventrikulær blødning og amplituden af MLS var relateret til koma og anisokori. Den gennemsnitlige MLS var henholdsvis 1,3, 5,9 og 10,1 mm hos patienter uden koma, patienter med koma, men uden anisokori og patienter med både koma og anisokori. Forfatterne nævnte ikke, om der blev anvendt et bestemt landmærke til at måle MLS. Dødeligheden efter 30 dage var 33,9 %, og det blev ikke oplyst, om nogen af patienterne blev opereret. Desuden var deres kliniske fund ikke korreleret med resultatet.

Chronic subdural hematoma (cSDH) består af tyk sort væske som motorolie, der indeholder lyserede blodpropper. Det forekommer normalt hos ældre mennesker, og udviklingen fra akut SDH til cSDH tager flere uger . De kliniske symptomer og tegn på cSDH er mindre dramatiske end ved akut SDH, som hurtigt er dødelig, hvis den ikke behandles. På CT-billeder fremstår cSDH som en samling med lav belægning uden for hjernen. MLS kan være betydelig, især hos patienter med atrofiske hjerner. Klinisk set har de fleste patienter med cSDH hovedpine eller let svaghed i lemmerne (hemiparese), selv med store MLS. Bilateral cSDH er almindelig. Når det forekommer, skubbes midterlinjen tilbage til sin normale position, hvilket gør MLS mindre brugbar hos sådanne patienter. Der skal tilføjes andre billeddannende træk for at vurdere masseeffekten tilstrækkeligt.

I stedet for mortalitet er MLS korreleret med andre variabler hos patienter med cSDH. Jukovic og Stojanovic evaluerede 83 patienter med 53 unilaterale og 30 bilaterale cSDH’er for at bestemme MLS-tærsklen for hemiparese . Forfatterne beskrev ikke, hvordan de målte MLS. Deres resultater tyder på, at tærsklen for MLS ved unilateral cSDH kunne ligge på 10 mm; for bilateral cSDH var tærsklen 4,5 mm. Det er interessant, at patienter med unilateral cSDH er mere tilbøjelige til at have både hemiparese (44 patienter) og MLS (48 patienter), men den modtageroperationskarakteristiske kurve var mindre end den, der blev udledt af bilaterale cSDH-patienter. Forfatterne rapporterede ikke, hvordan deres patienter blev behandlet, men fandt hemiparese contralateralt til den side med det tykkere hæmatomlag i bilaterale cSDH’er. Nogle af deres patienter kan have asymmetrisk fordelte “bilaterale” læsioner, som opfører sig som unilaterale cSDH klinisk og radiologisk.

I nogle patienter med cSDH er bevidstheden nedsat. Sucu et al. evaluerede 45 patienter med cSDH, som gennemgik burr-hole eller twist-drill kraniostomi . De sammenlignede patienternes bevidsthedsniveau målt ved GCS-score, MLS ved pinealkirtlen og SP både i den præoperative og tidlige postoperative periode. Hos alle patienter var det pineale MLS næsten altid mindre end SP MLS på både præ- og postoperative CT-billeder. De postoperative CT-skanninger blev evalueret lige efter fjernelse af drænkatetre, 2 til 4 dage postoperativt. Af 45 inkluderede patienter havde 28 patienter nedsat bevidsthed defineret ved GCS-score mindre end 15. Halvdelen af dem havde en GCS-score på 13 (8 patienter) og 14 (6 patienter). Hos patienter med cSDH og svækket bevidsthed fandt de, at sandsynligheden for, at GCS efter operationen kom tilbage til 15, var øget, hvis SP MLS var 10 mm eller større. Forfatterne konkluderede, at det er usandsynligt, at en cSDH-evakuering ikke vil genoprette bevidstheden, hvis det tilhørende MLS ikke er stort nok til at forklare et dårligt bevidsthedsniveau. Med andre ord gør et lille MLS det mere sandsynligt, at der er en separat årsag. I begge undersøgelser af cSDH er MLS-tærskelværdierne betydeligt større end dem, der anvendes til TBI- eller MCA-infarktpatienter. Sådanne forskelle kan forklares med forskellig patofysiologi og højere grad af hjerneatrofi hos cSDH-patienter.

Hjerneabscesser defineres som en fokal suppurativ proces i hjerneparenkymet. I tidligere stadier af hjerneabscess kaldet cerebritis, er den suppurative læsion dårligt afgrænset fra den omgivende hjerne. Når absceskapslen dannes i senere stadier, viser kontrastforstærkede CT- og MRI-scanninger en veldefineret, normalt glat og tynd rand af forstærkning (ringforstærkning) . Demir et al. evaluerede retrospektivt CT- og MRI-billeder af 96 patienter med kliniske diagnoser af hjerneabscesser . De indsamlede billeddannelseskarakteristika i form af antallet og placeringen og størrelsen af læsioner og tilstedeværelsen og omfanget af perilesionalt ødem og MLS . Et billeddiagnostisk sværhedsindeks blev konstrueret i overensstemmelse hermed. Blandt disse patienter blev 86 opereret, for det meste ved aspiration (72 patienter). Forfatterne målte sandsynligvis MLS i nærheden af SP eller V3, som det fremgår af deres figurer, men der blev ikke givet nærmere oplysninger. De klassificerede MLS som mildt (mindre end 5 mm), moderat (mellem 5 og 10 mm) eller alvorligt (større end 10 mm) og lagde derefter de scoringer sammen, der var opnået ved hjælp af andre parametre. De viste en negativ korrelation mellem billeddannelsens sværhedsindeks og den oprindelige GCS. Der var en signifikant forskel mellem de kliniske og billeddannelsesparametre hos patienter med en uønsket hændelse sammenlignet med patienter med god bedring.

Efter DC for TBI eller malignt MCA-infarkt har patienterne store kraniedefekter. De gennemgår kranioplastik, efter at hjerneødemet er aftaget af hensyn til beskyttelse og kosmesis. Ud over at bestemme, om DC er påkrævet, blev MLS også brugt til at forudsige neurologisk forbedring efter kranioplastik. Lin et al. indskrev 56 kranioplastikpatienter, 35 med MLS på mellem 1 og 12 mm og 21 uden MLS, og analyserede deres kliniske karakteristika. Fyrre-seks af deres patienter havde DC for TBI eller spontan ICH og 10 for stor infarkt eller intrakraniel infektion . Alle havde gennemgået store unilaterale DC med kraniedefektdiametre større end 100 mm. Der var signifikante forbedringer i GCS, arm muskelkraft og benmuskelkraftscorer et år efter kranioplastik. Der blev observeret en signifikant større forbedring i GCS-score i MLS-gruppen. Otte patienter i MLS-gruppen havde nedsænket hjerne, hvilket indebærer større forudgående læsion forårsaget af TBI eller slagtilfælde. Store hjerneforseelser er ofte forbundet med syndromet af den trephedede (ST) efter DC, når hjerneødem forsvinder med tiden. Forfatterne tilskriver neurologisk forbedring til opløsning af ST, men de rapporterede ikke, hvor mange af de 9 patienter med MLS og GCS-scoreforbedring der havde sunken brain.

2.2. Magnetic Resonance Imaging

MRI er en teknik, der producerer tomografiske billeder ved hjælp af magnetfelter og radiobølger . Den giver en fremragende kontrast til blødt væv og er væsentligt bedre end alle andre billeddannelsesmodaliteter, herunder CT og US. Hos alle patienter, hos hvem intrakraniel neoplasme eller infektion er en overvejelse, er kontrastforstærket MRT den foretrukne undersøgelse, da disse læsioner kan identificeres som unormal forstærkning. Da MRI-signalet er meget svagt, kræves der ofte længerevarende billeddannelsestid og patientens samarbejde, hvilket gør den mindre velegnet til undersøgelse af ustabile patienter. De aksiale MR-billeder er rekonstrueret ved hjælp af ortogonale standardplaner, nemlig aksial, sagittal og koronal, og de aksiale MR-billeder vinkler lidt anderledes end deres CT-modstykker, som er rekonstrueret parallelt med orbitomeatallinjen. På trods af denne forskel er måling af MLS på MRI-billeder og på CT-billeder i det væsentlige den samme proces. Når det snit, der indeholder det relevante anatomiske landmærke, er valgt, kan MLS bestemmes ved at måle afstanden mellem denne struktur og iML eller halvdelen af bredden af det intrakranielle rum, som beskrevet i afsnit 1.3.

Sammenlignet med CT påviser MRI DWI det infarkte volumen inden for de første par timer, hvilket giver mulighed for tidlig identifikation af det involverede område og forudsigelse af hjernesvulst, herunder malignt MCA-infarkt. CT er dog fortsat hovedhjørnestenen i diagnosticering af hjernesvulst ved opfølgende billeddannelse, når der sker en klinisk forværring. I en prospektiv, multicenter, observationel kohorteundersøgelse undersøgte Thomalla et al. patienter med akut MCA-infarkt ved hjælp af MRI-teknikker, herunder DWI, perfusionsafbildning og MR-angiografi inden for 6 timer efter symptomdebut . Af 140 inkluderede patienter udviklede 27 patienter et malignt MCA-infarkt, defineret som forværring af NIHSS-score og stort MCA-infarkt på opfølgende MRI eller CT af mindst to tredjedele af dets territorium med kompression af ventrikler eller MLS. I denne undersøgelse anvendes MLS som et slutpunkt snarere end som en resultatprædiktor. Når det påvises sammen med et stort infarkt på MRI eller CT, kan et malignt MCA-infarkt diagnosticeres. Der blev dog ikke givet en kvantitativ definition af MLS. Selv om CT er den sikreste undersøgelse for ustabile patienter med neurologisk forværring, kan MLS hos nogle patienter påvises på opfølgende MRT før den kliniske forværring. Den præspecificerede tærskelværdi for et DWI-læsionvolumen på mere end 82 ml forudsagde malign infektion med høj specificitet, men sensitiviteten var lav. Forfatterne konkluderede, at der i en undergruppe af patienter med små indledende DWI-læsionsvolumener er behov for gentagne diagnostiske test i en undergruppe af patienter med små indledende DWI-læsioner. Af samme grund blev rutinemæssig CT-opfølgning med MLS-måling også udført af Park et al. som tidligere beskrevet i afsnit 2.1 .

Cerebral venetrombose (CVT) er en sjælden slagtilfælde-subtype med et meget varierende klinisk forløb. Yii et al. gennemførte en retrospektiv undersøgelse af 106 konsekutive patienter med billeddannelsesbekræftet CVT fra 1997 til 2010 . Deres undersøgelse viste, at venøse infarkter og hyperintensitet på DWI var forbundet med klinisk forværring. Andre billeddannende træk, herunder parenkymblødning, vasogent ødem, MLS og tromboseplacering, var ikke prædiktive for klinisk forværring. Disse resultater indikerede, at CVT har en anden naturlig historie end MCA-infarkt.

Intrakraniel neoplasma og absces kan have lignende subakut historie og fokalt neurologisk underskud. Både abscess og tumor har perifokalt (omgivende) ødem, men førstnævnte har tendens til at have ringforstærkning på CT- og MRI-billeder, mens sidstnævnte kan være solid eller cystisk med tyk, uregelmæssig væg. Demir et al. foretog kontrastforstærket MRT på patienter med kliniske diagnoser af hjerneabscesser, når der ikke var nogen kontraindikation . På MRI kan MLS måles ved hjælp af den samme teknik som på CT. Disse resultater kan sammenlignes direkte og samles sammen med henblik på yderligere statistisk analyse, som beskrevet i afsnit 2.1.

Baris et al. gennemgik MRI-billederne af 40 patienter med primære og 40 med metastaserede intra-aksiale supratentorielle hjernetumorer . Supratentorial primær solitær hjernetumorgruppe blev også underopdelt som glioblastoma multiforme (GBM)-undergruppe (24 patienter) og anden end GBM-undergruppe (16 patienter). MLS, tumorvolumen, perifokalt ødemvolumen og forholdet mellem ødem og tumor blev målt. De patologiske diagnoser af andre primære tumorer end GBM omfatter tumorer af lavere grad og mindre aggressiv subtype. Forfatterne anvendte aksiale FLAIR-billeder til at måle subfalcine herniation, som syntes at være synonymt med MLS. De rapporterede dog ikke, om der blev anvendt et specifikt landmærke, f.eks. SP, eller ej. Graden af MLS blev kategoriseret som herniation af grad 1, når MLS var mindre end 5 mm, og som herniation af grad 2, når MLS var større. Deres resultater viste, at MLS og tumorvolumen i primærtumorgruppen var større end i metastasegruppen, mens ødemvolumen i forhold til tumorvolumen var mindre. MLS større end 5 mm var mere almindelig i primære tumorer. Da større tumorer har større MLS og mindre ekstra plads til ødem, kan tumorstørrelsesforskellen mellem grupperne bidrage til disse forskelle.

Sammenlignet med maligne tumorer har benigne hjernetumorer forskellig biologisk adfærd og naturlig historie. Zeidman et al. gennemgik 21, der havde serielle MRI-hjerneskanninger for at bestemme væksthastigheden af ikke-opererede meningiomer . Beslutningen om ikke at blive opereret omfattede fravær af relaterede neurologiske symptomer eller tegn og bekymring for høj operativ risiko for neurologisk svækkelse. De konkluderede, at den gennemsnitlige volumetriske vækstrate var signifikant større end den planimetriske vækstrate. Selv om de også registrerede særlige billeddannelseskarakteristika, herunder forkalkning, T2-hypointensitet, dural hale, masseeffekt og MLS, var ingen af dem korreleret med vækstrate. Da meningiomer for det meste er benigne langsomt voksende tumorer, forbliver ICP normal, indtil tumoren bliver meget stor. Derfor spiller MLS kun en lille rolle i forbindelse med opfølgning af meningiompatienter.

2.3. Ultralyd

US-billeddannelse udføres ved hjælp af puls-ekko-teknik. Den amerikanske transducer konverterer elektrisk energi til en kort højfrekvent lydpuls, der transmitteres ind i patientens væv, og derefter bliver den en modtager, der registrerer ekkoer af reflekteret lydenergi. I stedet for at tage billeder af hele det anatomiske volumen og rekonstruere standardiserede aksiale, sagittale og koronale skiver fremstilles der amerikanske billeder i ethvert anatomisk plan ved at justere transducerens orientering og vinkling og patientens position. Visualisering af anatomiske strukturer ved hjælp af US er begrænset af knogle og af gasholdige strukturer som f.eks. kraniet og tarmene.

Med undtagelse af spædbørn er US ikke det diagnostiske værktøj i første række til billeddannelse af hjernen. Patienter med neurologiske tilstande gennemgår først en CT- eller MRI-undersøgelse. Derefter kan US anvendes til at evaluere carotiderne eller til at evaluere de intrakranielle kar med transkraniel farvedopplersonografi (TCCS) teknikker. En vigtig fordel ved US er bekvemmeligheden ved bedside-undersøgelse, hvilket er nyttigt for ustabile patienter, som kan have respiratorer, monitorer og intravenøse pumper, hvilket gør transporten både besværlig og risikabel .

Seidel et al. udførte bedside TCCS undersøgelse for at studere MCA flowmønstre hos apopleksipatienter . De konkluderede, at TCCS kan give hurtige og pålidelige data vedrørende slagtilfælde subtype og mekanisme umiddelbart efter debut, men undersøgelsen kunne ikke udføres på grund af utilstrækkeligt tidsmæssigt akustisk vindue hos 17 af deres 84 patienter. Desuden var de også pionerer inden for MLS-måling ved hjælp af US, støttet af TCCS . Efter at have identificeret arterierne i Willis-cirklen blev dybden af insonationsvinduet justeret, således at mellemhjernen i midten af billedet og det kontralaterale kranium blev synlige. Fra denne position blev transduceren vendt 10 grader opad for at identificere V3 ved hjælp af dens hyperechoiske rande og den omgivende hypoekkogene thalamus og den hyperechoiske pinealkirtel. Selv om det amerikanske scanningsplan er noget skævt, er det omtrent vandret. Afstanden mellem den amerikanske sonde og centrum af V3 blev målt fra begge sider af hovedet. Disse to afstande, og , kan derefter anvendes til at beregne MLS i henhold til formlen . Matematisk set er denne formel den samme som MLS-formlen, der er beskrevet i afsnit 1.3.

I hjerner med degenerative sygdomme er det muligt at finde V3 og måle dens diameter ved hjælp af et transkranielt B-mode-billede . Når ventriklerne er komprimerede, hjælper TCCS imidlertid med at finde V3 og måle MLS. Derfor bruger vi udtrykket “US” til at repræsentere hele måleprocessen, herunder identifikation af arteriel strøm ved hjælp af TCCS, i de følgende afsnit. For at validere MLS-målingen ved hjælp af US anvendes et tilsvarende CT-billede inden for et givet tidsvindue, som regel timer, som guldstandard . Da det amerikanske scanningsplan er omtrent horisontalt, blev sonografiske MLS-målinger og CT MLS-målinger normalt sammenlignet direkte uden nogen transformation eller konvertering.

Stolz et al. rekrutterede prospektivt 61 patienter med supratentorielt infarkt (45 patienter) eller intracerebral blødning (16 patienter) . I alt 122 sonografiske målinger af MLS på sengekanten blev sammenlignet med CT-data i et 12-timers tidsvindue. Den samlede korrelationskoefficient var 0,93. For de 50 US-målinger, der blev foretaget inden for et 3-timers vindue, var korrelationen endnu bedre. Det samlede 95 % konfidensinterval for MLS-forskellen mellem TCCS og CT-målinger var ±1,78 mm. Alle forskelle var mindre end 2 mm. Ud over at validere deres resultater konkluderede forfatterne, at US er særligt velegnet til kritisk syge patienter, som ikke er egnet til transport. De rapporterede ikke, om nogen patient blev udelukket på grund af utilstrækkeligt temporalt akustisk vindue.

Efter at have bekræftet nøjagtigheden af sonografisk MLS-måling indskrev disse forfattere 42 med akut, alvorligt hemisfærisk slagtilfælde defineret som havende scorer på den skandinaviske slagtilfælde-skala på mindre end 35 point . CT og carotis duplex sonografi blev udført ved indlæggelsen. TCCS blev udført 8 ± 3, 16 ± 3, 24 ± 3, 32 ± 3 og 40 ± 3 timer efter slagtilfældeudbruddet. Infarktstørrelsen blev bestemt ud fra opfølgende CT. Tolv af deres patienter døde som følge af hjernebrok, og 28 overlevede. To mænd fik DC 27 og 30 timer efter slagtilfælde og overlevede. De blev udelukket fra yderligere analyse. MLS var signifikant højere i herniationsgruppen så tidligt som 16 timer efter slagtilfælde. Mortaliteten var 100 %, når den sonografiske MLS var større end 2,5, 3,5, 4,0 og 5,0 mm efter henholdsvis 16, 24, 32 og 40 timer. 16 ud af 42 patienter var bedøvet og kunstigt ventileret i løbet af de første 48 timer, hvilket gjorde klinisk overvågning yderst vanskelig. Forfatterne foreslog, at bedside TCCS overvågning af MLS er et diagnostisk alternativ hos kritisk syge patienter, som ellers ikke kan overvåges tilstrækkeligt.

Tang et al. evaluerede 51 konsekutive patienter med akut spontan supratentorial ICH ved hjælp af US . 18 patienter blev udelukket på grund af dårlige temporale akustiske knoglevinduer på mindst den ene side af kraniet. Ud over MLS målte de også MCA’s pulsatilitetsindeks (PI) og sammenlignede det med CT-data, herunder MLS og hæmatomvolumen beregnet ved hjælp af formlen . Korrelationskoefficienten mellem MLS ved US og ved CT var 0,91. Sammenlignet med ICH-volumen mindre end 25 mL havde de med større volumen større MLS og højere PI af den ipsilaterale MCA. Ved anvendelse af US var MLS mere følsom og specifik end PI med hensyn til at påvise store ICH og forudsige dårligt udfald. Forfatterne bekræftede nøjagtigheden af sonografisk MLS-måling og konkluderede også, at overvågning af MLS ved hjælp af US kan påvise hæmatomudvidelse og forudsige funktionelt resultat på kort sigt. De gav en patient, hvis hæmatomaekspansion blev påvist ved US og bekræftet ved opfølgende CT, men om der var andre patienter med lignende forløb blev ikke rapporteret.

Llompart Pou et al. gennemførte prospektivt 60 bedside TCCS undersøgelser hos 41 TBI-patienter med et gennemsnitligt tidsinterval mellem kranie-CT og TCCS undersøgelser på 322 ± 216 min . I henhold til Marshall (TCDB) klassifikation var 11 af deres 60 CT-undersøgelser af type V (evakueret masse). Forfatterne rapporterede dog ikke yderligere detaljer om de udførte operationer. Ingen patient blev udelukket på grund af et utilstrækkeligt akustisk vindue. Korrelationskoefficienten mellem MLS målt ved CT og ved TCCS var 0,88. Forskellene mellem dem varierede fra +2,33 til -2,07 mm med et gennemsnit på 0,12 mm. Der var ingen statistisk signifikante forskelle i nogen af undergrupperne. Forfatterne nåede frem til en lignende konklusion om, at sonografisk MLS-måling er nøjagtig og egnet til overvågning på sengeafsnittet hos TBI-patienter.

Sonografisk MLS-måling med V3 som landmærke er nøjagtig sammenlignet med CT-skiver på niveau med V3 . Direkte sammenligning af sonografiske MLS-data med CT MLS-data målt ved SP er imidlertid uhensigtsmæssig, fordi den maksimale anterior-posterior diameter af V3 er caudal (inferior) og posteriort i forhold til SP. Motuel et al. gennemførte en prospektiv undersøgelse af 52 konsekutive patienter på neurokirurgiske intensivafdelinger, og af dem var 31 indlagt for alvorlig TBI . Syv patienter var blevet opereret for at fjerne intrakraniel masse. Sonografisk MLS blev målt så hurtigt som muligt før eller efter CT med V3 som pejlemærke. Ud over at sammenligne dem med CT MLS-data ved V3 (metode 1), sammenlignede forfatterne også deres sonografiske MLS-data med “standard” CT MLS-data ved SP (metode 2). Korrelationskoefficienten var 0,76 for metode 1 og 0,81 for metode 2. Forskellen mellem US- og CT-målinger var i gennemsnit 0,1 mm for metode 1 og 0,9 mm for metode 2.

Og selv om det ikke var statistisk signifikant, rapporterede forfatterne om lidt mindre MLS målt ved CT med V3 som landmærke (4,2 ± 5,5 mm) sammenlignet med MLS opnået ved hjælp af SP (4,7 ± 6,7 mm). Forholdet mellem MLS og ICP blev undersøgt ved at undersøge resultaterne fra de 30 patienter med invasiv ICP-overvågning. Der blev ikke fundet nogen signifikant korrelation mellem ICP og MLS som vurderet ved hjælp af alle tre metoder. Sådanne resultater tyder på, at MLS ikke er ensartet i hele det subfalcine rum, og at anatomiske begrænsninger spiller en rolle ved bestemmelsen af MLS ved forskellige anatomiske markører. På samme måde var der også forskelle mellem MLS bestemt ved hjælp af SP og MLS ved hjælp af pinealkirtlen som målt på CT-billeder, selv når de er på det samme skive . På baggrund af disse resultater synes MLS-målinger kun at være sammenlignelige, når der anvendes det samme landmærke.

3. Algoritmer til automatiseret måling af midtlinjeskift

Computerstøttede billeddiagnosesystemer har betydelige potentialer til at assistere menneskelige eksperter i vurderingen af hjernebilleder. Ud over identifikation af intrakranielle læsioner bør måling af MLS være en vigtig komponent i disse systemer. I dette afsnit gennemgås algoritmer, der kan måle MLS automatisk. De fleste af dem er baseret på CT-billeder, men kan let modificeres til at fungere på MRI-billeder.

For en menneskelig specialist er det forholdsvis ligetil at måle MLS på billeder af en given undersøgelse. Efter at have valgt det rigtige aksialskive eller niveau og fundet referencepunktet bestemt enten af iML eller af midtpunktet af bredden af det intrakranielle rum, kan MLS måles som den vinkelrette afstand mellem landmærket (SP eller pinealkirtlen) og referencepunktet. Det er let for et computersystem at måle afstande på digitale billeder. Der skal imidlertid anvendes specialiserede teknikker til forbehandling og udtræk af funktioner for at finde de relevante punkter på indgangsbillederne, før MLS kan måles. En række metoder, der registrerer det intakte midsagittale plan (iMSP) på en komplet CT-undersøgelse af hjernen, kan anvendes til at give oplysninger om iML på det enkelte snit, der anvendes til måling af MLS. For at måle det “standardiserede” MLS på FM-niveau skal det korrekte skive desuden identificeres korrekt manuelt eller automatisk.

Algoritmer, der måler MLS, klassificeres i to typer: symmetri-baserede og landmark-baserede algoritmer. I symmetri-baserede algoritmer er genkendelse af specifikke anatomiske landmærker unødvendig. I stedet søges der efter en kurve, der forbinder alle forskudte og deformerede strukturer. Da nogle strukturer såsom SP og pinealkirtlen er forskudt af en intrakraniel masse, mens andre såsom ventriklerne og corpus callosum er deformeret, bruger vi udtrykket “deformeret midterlinje (dML)” til samlet at beskrive denne kurve . I landmærke-baserede algoritmer genkendes specifikke strukturer, ofte dele af de laterale ventrikler, først. Inden for de givne (ventrikulære) områder identificeres SP eller et andet landmærke, og MLS måles i overensstemmelse hermed.

3.1. Symmetri-baserede metoder

Liao et al. foreslog en automatiseret metode til at genkende dML på CT-skiver på niveauet af FM . Som vist i figur 2(b) blev dML dekomponeret i tre segmenter: det øverste og det nederste lige segment (sorte linjer), der repræsenterer dele af den hårde falx cerebri, der adskiller de to hjernehalvdele, og det centrale buede segment, der er dannet af en kvadratisk Bezier-kurve (hvid kurve), og som repræsenterer det mellemliggende bløde hjernevæv. Forfatterne antog, at dML er den kurve med maksimal bilateral symmetri, beregnet ved at minimere det summerede kvadrat af forskellene på tværs af alle midterlinjepixels over et horisontalt (venstre-højre) område på 24 mm. For yderligere at forenkle beregningen blev det antaget, at de øvre og nedre falx-segmenter var ubevægelige, hvilket gjorde dem til lodrette linjer. Der blev anvendt en genetisk algoritme til at udlede de optimale værdier for de fire variabler, der bestemmer positionerne for de tre kontrolpunkter på Bezier-kurven. Algoritmen blev gentaget tre gange med de maksimalt tilladte værdier for MLS sat til 15, 22,5 og 30 mm. Hvis resultaterne var stabile, kunne MLS let bestemmes ved hjælp af det centrale kontrolpunkts position efter at have registreret dML. Ellers blev de betragtet som fiaskoer.

Vores algoritme blev evalueret på patologiske billeder fra 81 på hinanden følgende patienter, der blev behandlet på et enkelt institut over en periode på et år. Fireoghalvtreds af disse patienter havde TBI og 25 havde spontan ICH. Vores algoritme var i stand til at måle MLS hos 65 (80 %) patienter. Hos 62 (95 %) af dem var forskellen mindre end 1 mm. Alle tre upræcise resultater opstod i billeder med MLS større end 10 mm. Selv om succesraten for MLS-målinger faldt med stigende MLS, blev de fleste patienter med MLS større end 5 mm målt korrekt. En væsentlig ulempe ved vores algoritme var den højere fejlfrekvens i billeder af spontan ICH, som ofte forekommer ved basale ganglier nær midterlinjen. Ved hjælp af manuelt og automatisk målte MLS-data udførte vi også en analyse af resultaterne hos TBI-patienter . Selv om det ikke var statistisk signifikant, syntes MLS at være en prædiktor for dødelighed. Forudsigelse af død ved hjælp af en MLS på 3,5 mm som tærskelværdi var 76 % følsom (13/17) og 71 % (24/34) specifik. Ved forudsigelse af dødelighed klarede vores automatiserede algoritme sig ikke dårligere end manuel MLS-måling.

Chen et al. foreslog en automatisk metode til at estimere dML på MRI-billeder hos gliom-patienter . Forfatterne konstruerede en forbedret Voigt-model, som forudsagde placeringen af dML på den aksiale skive med maksimal tumordiameter ved hjælp af læsionens størrelse og placering. De anvendte en elasticitetskoefficient og en viskositetskoefficient for hjernevæv fra litteraturen. Der foreslås en sammensat lokal symmetrimetrik, der kombinerer lokal intensitetssymmetri og lokal intensitetsgradientsymmetri, til at forfine den forudsagte midterlinje inden for et lokalt vindue, hvis størrelse bestemmes i henhold til en pinhole-kameramodel. Uden teoretisk bevis har forfatterne prøvet forskellige værdier af modulationsfaktoren empirisk, og den kandidat med den maksimale sum af sammensat lokal symmetri blev i hvert enkelt tilfælde behandlet som den “forudsagte” dML. Derefter blev denne dML raffineret og udglattet i henhold til lokal symmetri.

Den foreslåede metode blev valideret på 30 MRI-datasæt fra Multimodal Brain Tumor Segmentation challenge på MICCAI 2013-konferencen. Forfatterne valgte manuelt det aksiale skive med maksimal MLS, mens de anser det for at svare til skiven med maksimal tumor-til-hjerne-forhold. MLS på disse MRI-skiver varierede mellem 0 og 6 mm. Selv om den afgrænsede dML ikke var på det niveau, der almindeligvis anvendes til “standardiseret” MLS-evaluering og resultatvurdering, opnåede forfatteren nøjagtige resultater. Sammenlignet med manuelt sporede dML’er gav deres metode en gennemsnitlig forskel på 0,61 ± 0,27 mm og en gennemsnitlig maksimal forskel på 1,89 ± 1,18 mm.

3.2. Landmark-Based Methods

Yuh et al. udviklede en række computeralgoritmer i MATLAB 7.0.1 programmeringsmiljøet til at evaluere CT for tegn på TBI . Algoritmen syntes at opdage kraniet og iMSP først, men der blev ikke givet nærmere oplysninger. Derefter blev blod- og CSF-pixels registreret ved hjælp af passende CT-tærskelværdier for tæthed, rumlig filtrering og klyngeanalyse. Når pixels, der indeholder blod, er identificeret, er de klassificeret som EDH, SDH, ICH, SAH eller IVH i henhold til deres placering i forhold til kraniet. For at beregne MLS blev symmetrien af cerebrospinalvæskepixlerne i de laterale ventrikler vurderet i forhold til den iML, der er bestemt af kraniets symmetriakse. Volumenet af klyngen af basale CSF-pixels blev beregnet for at bestemme status for de basale cisterner. Forfatterne rapporterede dog ikke, hvordan CSF-pixelerne blev identificeret som ventrikler eller cisterner. Softwaren blev derefter anvendt på en valideringsprøve af mere end 200 patienter, der blev evalueret for mistanke om akut TBI. Automatiseret påvisning af tilstedeværelsen af mindst ét radiologisk tegn på akut TBI viste en høj sensitivitet på 98 %. Forfatterne rapporterede ikke kvantitative MLS-måleresultater. De rapporterede en sensitivitet på 100 % og en specificitet på 98 % for påvisning af MLS større end 5 mm. Da der kun var 9 patienter med sådanne fund, og yderligere 4 patienter har falske positive resultater, var den positive forudsigelsesrate for deres MLS-detektionsmetode kun 70 %.

Xiao et al. foreslog en procedure, der kan måle MLS ved at genkende SP inden for den givne CT-undersøgelse . Alle skiver af undersøgelsen blev indlæst i et forbehandlingssystem, der genkendte kraniet og iMSP og fjernede alle ekstrakranielle regioner ved hjælp af en kombination af filtre i en tilgang med flere opløsninger. Derefter blev det snit, der indeholdt FH’erne og SP’erne, udvalgt fra alle ventrikulære regioner ved hjælp af ekspertregler og en binær multiopløsningsmetode med binær niveauindstilling. iML blev defineret som skæringspunktet mellem iMSP, beregnet ved hjælp af Lius metode , og det pågældende snittes plan. Endelig genkendes SP som et isodense linjesegment inden for hypodense FH’er ved hjælp af Hough-transformation, vægtet ved gentagen morfologisk erosion. Det fjerneste punkt på SP som vinkelret på iML blev brugt til at måle MLS. Normalt var det det mest posteriore punkt.

Vores system blev testet på billeder fra 96 på hinanden følgende patienter, der blev indlagt på den neurokirurgiske intensivafdeling . Resultaterne er evalueret af menneskelige eksperter. Vores algoritme kunne ikke genkende FH’er i billeder af 16 patienter, alle med store intrakranielle hæmatomer (13 SDH’er, 1 EDH og 2 ICH’er) med markant deformation af hjernen. I 2 tilfælde med cavum septum pellucidum, hvor SP har en adskillelse mellem sine to foldere, genkendte vores algoritme kun den ene af de to foldere. Hos de resterende 78 patienter er den gennemsnitlige forskel mellem automatiske og manuelle MLS-målinger 0,23 ± 0,52 mm. Markant afvigende SP blev genkendt med succes, og MLS på op til 30 mm blev målt nøjagtigt. Forskellen mellem automatisk målt og manuelt målt MLS var mindre end 1 mm i 70 ud af 78 tilfælde og mindre end 0,5 mm i 60 tilfælde. Fejlen steg ikke med større MLS. Vores metode er robust og kan anvendes i akut- og rutinemæssige situationer. Tredive patienter gennemgik en operation. Deres gennemsnitlige MLS var meget større end dem uden kirurgi (9,2 ± 7,1 mod 1,7 ± 1,3 mm, ), hvilket bekræfter anvendeligheden af MLS til at vejlede omgående kirurgisk indgreb.

Chen et al. præsenterede et automatiseret system baseret på CT-billeder, der kan estimere MLS og screene for øget ICP . Deres metode var baseret på deres tidligere arbejde med ventrikeldetektion . CSF-pixelerne blev detekteret ved hjælp af en Gaussisk blandingsmodel for hvert CT-skive for at klassificere pixels i fire vævstyper: knogle eller hæmatom, grå substans, hvid substans og CSF. Ved hjælp af disse pixels blev ventriklerne påvist ved hjælp af kriterier for størrelse og placering. For at estimere MLS foretog forfatterne først en iML-estimation baseret på kraniesymmetri, falx og interhemisfærisk sulcus. Derefter blev der foretaget segmentering af ventriklerne fra CT-scanningen, som blev brugt som vejledning til identifikation af dML gennem formtilpasning. Forfatterne anså disse processer for at efterligne lægers måleproces og viste lovende resultater i evalueringen.

CT-datasæt indeholdende 391 skiver fra 17 TBI-patienter blev testet med henblik på iML- og dML-detektion samt MLS-måling og ICP-estimation. I de fleste skiver (over 80 %) var fejlene mellem den iML, der blev estimeret af deres metoderamme, og den manuelle annotation omkring 2 pixels eller ca. 1 mm. For dML har over 80 % mindre end 2,25 mm forskel, forudsat at kvaliteten af den ventrikulære segmentering er relativt god, defineret som et segmenteringsresultat, der muliggør manuel MLS-måling. Med andre ord mislykkedes metoden også, når ventriklerne ikke kunne identificeres på grund af markant hjernedeformation.

Liu et al. præsenterede en anden landmærkebaseret metode til automatisk detektering og kvantificering af MLS forskydning på TBI CT-billeder . Efter diskretisering af histogrammet blev pixels med billederne klassificeret som kranium, hæmatoma, hjerne eller CSF. Den “midterste skive”, sandsynligvis skiven på FM-niveau, blev detekteret fra alle billeder i den givne undersøgelse ved hjælp af et sandsynlighedskort, der indeholder FH’erne, V3 og den perimesencephale cisterne. På dette snit blev de forreste og bageste falxtilhæftninger påvist inden for et givet interval baseret på kranietykkelse. Der blev anvendt en Gaussisk blandingsklyngeproces til at detektere CSF-regionerne og landmærkepixels inden for dem. Flere kandidater af falx-kandidater blev opdaget ved hjælp af retningsbestemt enkelt forbundet kæde efter kantdetektion. De rumlige relationer mellem disse markører blev trænet ud fra data fra 200 patienter. Sandsynlighedsfordelingen er lært fra træningsdata fra det midterste skive af 200 patienter ved hjælp af en Gaussisk blandingsmodel.

Forfatterne testede deres metode på et eksperimentelt datasæt, der indeholdt 565 patienter med ca. 12 CT-skiver pr. patient. Hvorvidt træningsdataene overlapper med testdataene blev ikke rapporteret. Mere end 100 patienter havde MLS større end 5 mm. Deres metode opnåede en maksimal afstandsfejl på 4,7 ± 5,1 mm. Forfatteren konkluderede, at deres metode klarede sig bedre end tidligere metoder, især i tilfælde af store ICH og manglende ventrikler.

4. Nyere anvendelser: Ud over hjælp til diagnosticering og vejledning i behandling

4.1. Måling af midtlinjeforskydning efter behandling

Intrakranielle læsioner, der er diagnosticeret på CT eller andre billeder, udvikler sig over tid. Deres form og størrelse ændres også ved medicinsk eller kirurgisk behandling. Efter disse behandlinger kan MLS stadig måles ved hjælp af de samme metoder, som er beskrevet i afsnit 1.3. Patienter, der gennemgår DC, får fjernet dele af deres kranie, hvilket gør det vanskeligt at måle bredden af det intrakranielle rum. Imidlertid kan iML stadig identificeres og anvendes til at måle MLS. Efter en vellykket behandling bør MLS falde. Vi definerede midtlinjens tilbagevenden (MLR) på følgende måde: MLR = , hvor og betegner MLS målt fra henholdsvis billeder efter behandlingen og billeder fra basislinjen . Desuden foreslog vi nogle kvantitative billeddannelsesparametre til evaluering af dekompressive bestræbelser og dekompressive virkninger. DC-indsatsen, kraniektomivolumenet, kan vurderes ved hjælp af ABC-metoden . På den anden side modelleres det transcalvariale hjernebrokvolumen (TCH), der svarer til den behandlingseffekt, der skabes ved kraniefjernelse og ekspansiv duroplasty, som forskellen mellem to kugleformede hætter .

Takeuchi et al. gennemgik retrospektivt præoperative og postoperative CT-billeder af 186 på hinanden følgende patienter, der blev opereret for TBI, og undersøgte de prognostiske faktorer for nye CT-fund, der optræder mindre end 24 timer efter operationen . Selv om der ikke var nogen standardiseret eller etableret regel for tidspunktet for postoperativ scanning, fik 139 af 186 patienter CT inden for 1 time efter operationen, herunder 138 rutinemæssig opfølgning. I alt 30 nye fund på postoperativ CT blev observeret hos 29 patienter (15,6 %), herunder SDH hos 11 patienter (10 kontralaterale, 1 ipsilateral), hjernekontusioner hos 11 (9 kontralaterale, 2 ipsilaterale), kontralateral EDH hos 5 og helhjerneiskæmi hos 3. Forfatterne rapporterede ikke om postoperativ MLS på opfølgende CT-undersøgelser. Ti patienter med nye fund gennemgik i alt 11 efterfølgende operationer, og 7 af dem havde DC. En univariat analyse viste, at GCS-score på 8 eller mindre, SDH som den primære indikation for operation, MLS, oblitereret basalcisterne og DC var signifikant forbundet med højere risiko for nye fund. Da DC blev udført som den første procedure hos 26 ud af 29 patienter med nye fund, havde 24 af dem fjernelse af SDH med masseeffekt, herunder stor (9,0 ± 5,7 mm) MLS og obliteration af basalcisternen, og disse faktorer var faktisk tæt forbundet. Multipel logistisk regressionsanalyse afslørede DC, lav GCS og basal cistern obliteration som signifikante risikofaktorer.

Sucu et al. evaluerede 45 patienter med cSDH, som gennemgik burr-hul eller twist-drill kraniostomi . Selv om MLS blev målt både i de præoperative og i de tidlige postoperative CT-billeder, var det kun den præoperative MLS, der korrelerede med forbedring hos 28 patienter med nedsat bevidsthed før operationen. Forfatterne observerede dog MLS-reduktion eller MLR ved både SP og pinealkirtlen hos de fleste patienter. MLR bidrager sandsynligvis til forbedringer af andre symptomer end bevidsthedsgenoprettelse, som f.eks. hemiparese eller hovedpine. Måling af postoperativ MLS alene spiller sandsynligvis en mindre rolle i cSDH, fordi der kan opnås klinisk forbedring selv med delvis evakuering, der efterlader resterende cSDH og MLS .

Jeon et al. undersøgte 70 patienter med malignt MCA-infarkt, som gennemgik DC . MLS blev målt ved SP og pinealkirtlen på de sidste præoperative og postoperative CT-billeder med et gennemsnitligt medianinterval på 8,3 timer. Reduktion i MLS, eller MLR, var forbundet med højere postoperative GCS-scorer og lavere dødelighed 6 måneder efter slagtilfælde efter justering for alder, køn, NIHSS-score og præoperativ MLS. De anterior-posterior diametre af de knoglelapper, der blev skabt ved DC, var ca. 130 mm. Det “ekstrakranielle udbulingsvolumen”, dvs. hjernevævets volumen uden for den overflade, der dannes af kranievinduets kant, som blev skabt ved DC, var signifikant relateret til MLS-reduktionen. I gennemsnit har patienter med MLS-reduktion det mindste infarktvolumen, og patienter med MLS-progression har det største. Forskellen var dog ikke signifikant. Det er fortsat uvist, om større DC kan føre til større MLS-reduktion. I stedet for at måle det ekstrakranielle udbulingsvolumen kan vores geometriske model af TCH give et mere præcist skøn over den dekompressive effekt .

Missori et al. evaluerede præoperative og tidlige postoperative CT-billeder af 73 patienter med unilateral DC . Den tidlige postoperative MLS blev målt på billeder, der blev opnået inden for 3 postoperative dage. Årsagerne til DC var hæmoragisk eller iskæmisk slagtilfælde hos 48, TBI hos 22 og infektion hos 3. Den eneste faktor, der var forbundet med overlevelse 12 måneder efter operationen, var en reduceret postoperativ MLS ved SP fra et præoperativt gennemsnit på 9,2 ± 3,8 mm til 2,3 ± 2,7 mm hos 42 overlevende patienter. På den anden side blev MLS reduceret mindre effektivt, fra 11,5 ± 4,8 mm til 4,7 ± 4,8 mm, hos 31 afdøde patienter. Forfatterne fjernede relativt små knoglelapper med et overfladeareal på 7643 mm2 hos de overlevende patienter og 7372 mm2 hos de afdøde patienter. De foreslog, at nogle patienter burde have fået en bredere DC for at øge sandsynligheden for overlevelse, sandsynligvis ved yderligere at sænke ICP og reducere MLS. Som hjælp til præ- og intraoperativ beslutningstagning giver vores formel en nem metode til at estimere volumenet af den foreslåede knogleflap, dvs. den dekompressive indsats .

Ud over DC blev MLS også anvendt som en neuroanatomisk prædiktor for opvågning hos akut komatøse patienter. Kowalski et al. udførte en prospektiv observationsundersøgelse, som omfattede alle nyopståede komapatienter, der blev indlagt på Neurosciences Critical Care Unit i løbet af 12 på hinanden følgende måneder . CT-scanninger blev analyseret uafhængigt af hinanden ved comaopstår, efter opvågning og ved opfølgning. MLS blev målt ved SP og pinealkirtlen. Ud af de 85 undersøgte patienter var gennemsnitsalderen 58 ± 16 år, 51 % var kvinder, og 78 % havde cerebrovaskulær ætiologi for komaen. Forfatterne beskrev ikke, hvordan de behandlede disse patienter, hverken medicinsk eller kirurgisk. I alt 43 patienter vågnede op. På CT, der blev undersøgt ved comaens indtræden, var omfanget af pineal MLS mindre udtalt hos de patienter, der vågnede op. Den tid, der gik mellem CT ved komaudbrud og opfølgende CT, var ens for de patienter, der vågnede (median 4 dage), og de patienter, der ikke vågnede (median 3 dage). Ved opfølgende CT var MLS mindre end 6 mm ved SP og pinealkirtlen forbundet med komaopståen. Omvendelse eller begrænsning af lateral hjerneforflytning er forbundet med akut opvågnen hos komatøse patienter. Forfatterne foreslog, at MLS kan være en objektiv parameter til at styre prognose og behandling hos disse patienter. Yderligere uafhængige prædiktorer for opvågning var yngre alder, højere GCS-score ved komaudbruddet og ikke-traumatisk koma-ætiologi.

4.2. Udvikling af nye billeddannelseselementer for masseeffekt

Der stammer fra TBI-undersøgelser, perimesencefalisk cisternalkompression og MLS er billeddannelseselementer, der repræsenterer masseeffekt. Masseeffekt, som i sig selv forårsager øget ICP og nedsat cerebral perfusion, er pr. definition sekundær til intrakraniel masse såsom EDH eller SDH. En sådan “sekundær skade” er patofysiologisk forskellig fra den skade, der er forårsaget af den intrakranielle masse, eller “primær skade”. Derfor behandles egenskaber ved en intrakraniel masse, som f.eks. dens volumen eller tykkelse, og egenskaberne ved masseeffekten som forskellige variabler, der påvirker patientens resultater uafhængigt af hinanden, og de er opført som separate punkter i en retningslinje . Mizutani et al. udførte en multipel regressionsanalyse for at undersøge forholdet mellem indledende ICP og resultaterne af den første CT-scanning for 100 på hinanden følgende moderate til svære TBI-patienter . De var i stand til at estimere ICP hos 80 % af patienterne. CT-funktioner, der bidrog til ICP-skønnet, er i rækkefølge efter betydning: cisternal kompression, SDH-størrelse, ventrikulær størrelse, status for SAH, status for cerebral kontusion, MLS og ventrikulært indeks. Disse variabler kan grupperes i dem, der repræsenterer primær skade, og dem, der repræsenterer sekundær skade.

Derimod fandt Quattrocchi et al. en interaktion mellem hæmatomstørrelse og MLS . Når patientens udfald og dødelighedsprocenterne tages i betragtning, viste deres undersøgelse, at et MLS, der var ude af proportion med tykkelsen af den intrakranielle blødning, målt radialt fra kraniets indre bord, var en meget nyttig prædiktor for dårligt patientudfald efter TBI. Et lignende samspil blev genopdaget af Bartels et al. . De fandt, at MLS i forhold til SDH-tykkelse forudsagde dødelighed. I alt 59 patienter, der gennemgik SDH-evakuering og intensiv behandling for øget ICP, blev inkluderet, hvoraf 29 døde. De fandt en stærk korrelation mellem en MLS, der oversteg hæmatomtykkelsen med 3 mm eller mere, og efterfølgende dødelighed. Hos disse 8 patienter viste det sig, at traumet resulterede i mere skade end blot en akut SDH. I lighed med store MCA-infarkter får denne yderligere skade hjernen til at svulme op, hvilket forværrer MLS. Forfatterne konkluderede, at forholdet mellem MLS og hæmatomtykkelse kunne indgå som en separat faktor til forudsigelse af udfaldet.

Da MLS måles ved SP, påvirkes den helt sikkert af ændringer i ventrikulære former og størrelser. Toth et al. udførte en retrospektiv i 76 voksne med alvorlig stump TBI, der krævede en ventrikulostomi . De kvantificerede venstre og højre laterale ventrikulære volumener ved hjælp af computerassisterede manuelle volumetriske målinger. Seks patienter havde ingen eller små (mindre end 5 mm) MLS på den første CT-scanning. Af disse udviklede 15 patienter efterfølgende MLS større end 5 mm. Det blev vist, at et lateralt ventrikulært størrelsesforhold (LVR) på mere end 1,67 ved indlæggelsen kunne forudsige efterfølgende store MLS med en sensitivitet på 73,3 % og en specificitet på 73,3 %. De konkluderede, at LVR-analyse er enkel og hurtigt udført og kan gøre det muligt at foretage tidligere indgreb for at dæmpe senere MLS. Hvorvidt ventrikulostomi ville ændre deres måling blev ikke diskuteret.

5. Konklusioner og fremtidige retningslinjer

Midline shift er et velafprøvet sammensat billeddannelsestegn, der kan måles på CT, MRI og US. Standardisering af MLS-måling letter kommunikation og sammenligning mellem forskellige bedømmere og muliggør yderligere automatisering. Vi har opsummeret den aktuelle teknologiske status for MLS-måling og dens relation til andre kliniske og billeddannende parametre. Karakteristika, begrænsninger og validering af automatiserede algoritmer, der hjælper med at måle MLS, blev gennemgået. Vi har også fremhævet nye billeddannelsesparametre eller deres kombinationer, som kan føre til en bedre forståelse af hjernens forskydning og deformation samt deres kliniske konsekvenser. Ud over at forfine den nuværende praksis for MLS-måling på aksiale CT-, MRI- og US-billeder vil evaluering af MLS på koronale skiver eller 3-dimentionelle volumener give yderligere oplysninger, der kan bruges til at optimere medicinske eller kirurgiske behandlinger af intrakraniel masse og dens masseeffekt.

Interessekonflikter

Forfatterne erklærer, at der ikke er nogen interessekonflikter i forbindelse med offentliggørelsen af denne artikel.

Anerkendelser

Dette arbejde blev støttet af Taiwans ministerium for videnskab og teknologi (Grant 106-2314-B-002-082).