Pomiar przesunięcia linii środkowej mózgu i jego automatyzacja: A Review of Techniques and Algorithms

1.2. Using Midline Shift as a Quantitative Indicator of Mass Effect to Predict Outcome in Trauma Patients

Już w 1783 roku Alexander Monro wydedukował, że czaszka jest „sztywnym pudełkiem” wypełnionym „prawie nieściśliwym mózgiem” i że jej całkowita objętość ma tendencję do utrzymywania się na stałym poziomie. Zgodnie z doktryną każde zwiększenie objętości zawartości czaszki (np. mózgu, krwi lub płynu mózgowo-rdzeniowego) spowoduje wzrost ciśnienia wewnątrzczaszkowego (ICP). Co więcej, jeśli objętość jednego z tych trzech elementów wzrasta, musi się to odbywać kosztem objętości pozostałych dwóch elementów. W 1824 roku Kellie potwierdził wiele z wczesnych obserwacji Monro. Zgodnie z tą doktryną, ogniskowa patologia wewnątrzczaszkowa może uszkodzić wszystkie struktury wewnątrzczaszkowe poprzez zmniejszenie ich perfuzji w wyniku wzrostu ICP, jeśli wszystkie mechanizmy kompensacyjne zostaną wyczerpane. Takie zjawisko nazywane jest „efektem masy.”

W NIH Traumatic Coma Data Bank, dużym prospektywnym badaniu wieloośrodkowym, autorzy zbadali dane pochodzące z początkowych tomografii komputerowej 753 pacjentów z ciężkim urazowym uszkodzeniem głowy (TBI), zdefiniowanym jako wynik w skali Glasgow Coma (GCS) wynoszący 8 lub mniej. Gdy wyniki tomografii komputerowej były związane z podwyższonym ICP i zgonem, najważniejszymi cechami skanów były MLS, kompresja lub obliteracja cystern okołomózgowych oraz obecność krwi podpajęczynówkowej (krwotok podpajęczynówkowy, SAH). W wielu późniejszych badaniach obecność MLS była związana z podwyższonym ICP i gorszym rokowaniem; istnieją jednak interakcje z obecnością zmian wewnątrzczaszkowych i innymi parametrami TK, co podsumowano w poprzednim przeglądzie. MLS w TK jest nadal nieinwazyjnym wskaźnikiem ICP u pacjentów z TBI, zanim zostanie ono zmierzone podczas operacji i jest uważane za cechę obrazowania wspierającą doktrynę Monro-Kellie. Wykazano zależną od dawki zależność między MLS a wynikami leczenia pacjentów z TBI. Podobny związek istnieje również między MLS a stanem świadomości u pacjentów z ostrą masą półkulową .

Pomimo że schematy klasyfikacji były bardzo zróżnicowane w poprzednich doniesieniach, MLS jest pomiarem ilościowym, który może być wykonany na obrazach nie wzmocnionych lub wzmocnionych kontrastem. To może mieć pozytywne i negatywne wartości i może być zdefiniowane jako 0 w temacie bez żadnej zmiany w ogóle. Ponieważ MLS można zmierzyć w każdym mózgu, z lub bez patologii, stał się on integralną częścią oceny obrazów mózgu. Jednak MLS jest mniej odpowiedni do reprezentowania efektu masy, gdy występują liczne zmiany. Z drugiej strony, okołomózgowa kompresja cysternowa jest w stanie ujawnić efekt masy w obecności zmian obustronnych, mnogich lub w tylnym dole czaszki, ale w najlepszym przypadku jest uważana za pomiar półilościowy.

1.3. Standaryzacja pomiaru przesunięcia linii środkowej

Aby jeszcze bardziej zmniejszyć różnice w pomiarach MLS u pacjentów z TBI, Brain Trauma Foundation (BTF) zaproponowała w 2006 roku standaryzację protokołu procedury obrazowania TK. Zaproponowano znormalizowane metody szacowania objętości krwiaka metodą „” i pomiaru MLS. Zaproponowano użycie 5-mm osiowych (poziomych) przekrojów od otworu wielkiego do kości strzałkowej i 10-mm przekrojów powyżej kości strzałkowej, równolegle do linii oczodołowo-czołowej. Ponieważ nowsze skanery CT są w stanie uzyskać izotropowe woksele umożliwiające rekonstrukcję obrazu w dowolnej płaszczyźnie anatomicznej bez utraty rozdzielczości, wiele szpitali używa obecnie 5-mm plasterków podczas całej procedury .

Na danym obrazie osiowym MLS jest mierzona na poziomie otworu Monro (FM), który jest kanałem łączącym FHs komór bocznych z V3, jak pokazano na ryc. 1 i 2. Na poziomie FM widoczna jest tylko najbardziej górna część V3, jak pokazano na rycinie 2. Największa przednio-tylna średnica V3 znajduje się zwykle ogonowo do tego poziomu. Wytyczne BTF sugerują określenie MLS („” na rycinie 2(a)) poprzez zmierzenie najpierw szerokości przestrzeni wewnątrzczaszkowej („”), a następnie zmierzenie odległości od kości do SP („”). Następnie można wyznaczyć MLS poprzez obliczenie . W wytycznych, BTF zalecił również operację ratunkową dla każdego urazowego krwiaka nadtwardówkowego (EDH), podtwardówkowego (SDH) lub śródmózgowego (ICH) powodującego MLS większe niż 5 mm .

(a)

(b)

(a)
(b)

.

2. Metody

2.1. Tomografia komputerowa

CT wykorzystuje komputer do rekonstrukcji obrazów przekrojowych na podstawie pomiarów transmisji promieniowania rentgenowskiego przez cienkie plasterki tkanki pacjenta. Niekontrastowa tomografia komputerowa jest metodą obrazowania z wyboru w przypadku TBI ze względu na powszechną dostępność, szybką akwizycję obrazu, lepsze odwzorowanie szczegółów kostnych, możliwość obrazowania całego ciała u pacjentów z licznymi obrażeniami, niskie koszty towarzyszące oraz kompatybilność z większością urządzeń medycznych umożliwiających badanie niestabilnych pacjentów. Na obrazach TK możliwy jest pomiar MLS z wykorzystaniem SP, szyszynki lub V3 jako anatomicznego punktu orientacyjnego.

Generalnie TK mózgu wykonuje się w przypadku ostrych stanów neurologicznych, a MRI w przypadkach podostrych lub przewlekłych. Oprócz TBI, udar mózgu jest kolejnym ważnym ostrym stanem neurologicznym wymagającym obrazowania mózgu. Skala National Institutes of Health Stroke Scale (NIHSS) jest często używana do ilościowej oceny upośledzenia neurologicznego. Niekontrastowa tomografia komputerowa jest preferowanym wstępnym badaniem obrazowym u pacjentów z udarem mózgu, ponieważ może zidentyfikować hiperdensyjny krwotok i odróżnić go od zawału mózgu, ukierunkowując natychmiastową interwencję wraz z wynikiem w skali NIHSS. Jednak wczesne objawy zawału w TK są subtelne i dokładna identyfikacja obszaru zawału jest zwykle niemożliwa .

Pojawienie się obrzęku mózgu jest najbardziej obawianym zagrażającym życiu następstwem udaru niedokrwiennego mózgu o dużej średnicy. Termin złośliwy zawał tętnicy środkowej mózgu (MCA), wprowadzony w 1996 roku, został pierwotnie zdefiniowany jako zawał całego terytorium MCA lub nawet większych obszarów, pojawiający się jako obszary o zmniejszonej atenuacji (hipodensje) w CT w ciągu 48 godzin . Pogorszenie stanu neurologicznego występuje zwykle u większości pacjentów w ciągu 72 do 96 godzin, ale u niektórych pacjentów może się pogorszyć w ciągu następnych kilku dni. Tomografia komputerowa jest również metodą z wyboru u niestabilnych pacjentów z zawałem MCA z obrzękiem wymagającym dalszych badań obrazowych. Stopień MLS jest powszechnie stosowany jako punkt odniesienia dla pogorszenia radiograficznego. Jednak definicja różni się w zależności od badań. Po rozpoznaniu złośliwego zawału MCA jedyną skuteczną metodą leczenia jest kraniektomia dekompresyjna (DC) z ekspansywną duroplastyką. DC jest również powszechnie wykonywana samodzielnie lub w połączeniu z usunięciem krwiaka u pacjentów z podwyższonym ICP po TBI .

Pullicino i wsp. zmierzyli kilka parametrów w osiowej TK wykonanej w ciągu 48 godzin od początku u 118 kolejnych pacjentów z ciężkim ostrym udarem półkulowym . Surowicze czynniki ryzyka 14-dniowej śmiertelności, która wystąpiła u 46 pacjentów, to: objętość zmiany 400 ml lub większa, SP MLS 9 mm lub większa, MLS szyszynki 4 mm lub większa, krwotok śródkomorowy i śpiączka przy przyjęciu. Tylko SP MLS była istotnie skorelowana z przeżyciem w analizie wieloczynnikowej, ale oba pomiary MLS były wysoce skorelowane ze współczynnikiem korelacji 0,82.

Lam i wsp. analizowali cechy w osiowej TK wykonanej w ciągu 24 godzin od wystąpienia objawów u 55 pacjentów z ostrym rozległym zawałem MCA. Autorzy podzielili pomiar MLS na 3 grupy: bez MLS, MLS mniejszy niż 10 mm i MLS większy niż 10 mm. Nie opisali również, który punkt orientacyjny został użyty do pomiaru MLS. Analiza pojedynczych zmiennych objaśniających wykazała, że NIHSS, obecność MLS, MLS większy niż 10 mm, rozległość zawału, obecność wodogłowia, wypłycenie przestrzeni podpajęczynówkowej lub środkowej części ciała oraz utrata różnicowania korowo-czaszkowego były związane z 30-dniową śmiertelnością (14 pacjentów). Analiza regresji logistycznej wykazała, że jedynymi niezależnymi czynnikami predykcyjnymi były rozległość zawału i NIHSS. Ponieważ obrzęk mózgu zwykle rozwija się później, autorzy uznali „wczesny” MLS w pierwszej dobie za objaw wysoce swoisty, ale mało czuły.

Park i wsp. wykorzystali dyfuzyjny rezonans magnetyczny (diffusion-weighted MRI, DWI) w ciągu 14 godzin i tomografię komputerową (CT) 24 ± 4 godziny po wystąpieniu udaru u 61 chorych do oceny objętości zawału i MLS w SP . Oceniano również stopień atrofii mózgu za pomocą wskaźnika bicaudate. W przypadku pacjentów, u których wystąpił ostry zawał półkuli, objętość zawału większa niż 220 ml lub MLS większa niż 3,7 mm w kontrolnym CT około 24 godziny po wystąpieniu udaru zapowiada złośliwy zawał, co stwierdzono u 21 pacjentów. W przypadku pacjentów z zawałem z mniej zanikowym mózgiem, definiowanym przez wskaźnik bicaudate mniejszy niż 0,16, początkowa objętość zawału większa niż 160 ml w DWI w ciągu 14 h od początku udaru jest wysoce predykcyjna dla złośliwego przebiegu.

Spontaniczne ICH jest najczęstszym podtypem udaru krwotocznego. Decyzja o tym, czy i kiedy chirurgicznie usunąć ICH, zależy zwykle od objętości krwiaka i jego lokalizacji. Podobnie jak w przypadku krwiaka pourazowego, objętość samoistnego ICH ocenia się za pomocą formuły ABC. MLS mierzona w SP lub szyszynce jest również używana do ilościowego określenia progresji efektu masy po ICH. Zazulia i wsp. stwierdzili 17 przypadków progresji MLS, definiowanej jako wzrost o więcej niż 2 mm, u 76 pacjentów, u których wykonano powtórną tomografię komputerową po samoistnym, nadtwardówkowym ICH. Spośród nich 10 wystąpiło w ciągu 2 dni i było związane z powiększeniem krwiaka, a 7 wystąpiło później i było związane z progresją obrzęku. Progresja efektu masy spowodowana obrzękiem występowała przy większych objętościach krwotoku. W porównaniu z szyszynkową MLS, SP MLS była bardziej czułym pomiarem. Jednak znaczenie kliniczne obrzęku o późnym początku i wynik leczenia nie zostały przedstawione.

Song i wsp. skorelowali śpiączkę (wynik GCS 8 lub mniej) i anizokorię z wynikami TK u 118 pacjentów z samoistnym nadtwardówkowym ICH. Analiza jednoczynnikowa wykazała, że objętość krwiaka, wynik krwotoku śródkomorowego oraz amplituda MLS były związane ze śpiączką i anizokorią. Średnie MLS wynosiły 1,3, 5,9 i 10,1 mm odpowiednio u pacjentów bez śpiączki, ze śpiączką, ale bez anizokorii, oraz u pacjentów ze śpiączką i anizokorią. Autorzy nie wspomnieli, czy do pomiaru MLS użyto jakiegoś określonego punktu orientacyjnego. Śmiertelność 30-dniowa wyniosła 33,9% i nie podano, czy któryś z pacjentów był operowany. Ponadto, ich wyniki kliniczne nie były skorelowane z wynikami.

Przewlekły krwiak podtwardówkowy (cSDH) składa się z gęstego czarnego płynu jak olej silnikowy, zawierającego zlizany skrzep krwi. Występuje zwykle u osób starszych, a ewolucja od ostrego SDH do cSDH trwa kilka tygodni. Objawy kliniczne i oznaki cSDH są mniej dramatyczne niż w przypadku ostrej SDH, która jest szybko śmiertelna, jeśli nie jest leczona. Na obrazach CT, cSDH pojawia się jako niskoatenuacyjny zbiór poza mózgiem. MLS może być znaczna, zwłaszcza u pacjentów z zanikowym mózgiem. Klinicznie, u większości pacjentów z cSDH, nawet przy dużym MLS, występuje ból głowy lub łagodne osłabienie kończyn (hemiparesis). Obustronne cSDH jest częste. W tym przypadku linia pośrodkowa jest spychana z powrotem do normalnej pozycji, co czyni MLS mniej użytecznym u takich pacjentów. Aby odpowiednio ocenić efekt masy, należy dodać inne cechy obrazowania.

Niezależnie od śmiertelności MLS jest skorelowana z innymi zmiennymi u pacjentów z cSDH. Jukovic i Stojanovic ocenili 83 pacjentów z 53 jednostronnymi i 30 obustronnymi cSDH w celu określenia progu MLS dla niedowładu połowiczego. Autorzy nie opisali sposobu pomiaru MLS. Ich wyniki sugerują, że w jednostronnym cSDH próg MLS może wynosić 10 mm; dla obustronnego cSDH próg ten wynosił 4,5 mm. Co ciekawe, pacjenci z jednostronnym cSDH częściej mają zarówno niedowład połowiczy (44 pacjentów), jak i MLS (48 pacjentów), ale krzywa charakterystyki operacyjnej odbiornika była mniejsza niż ta uzyskana u pacjentów z obustronnym cSDH. Autorzy nie podali, jak byli leczeni ich pacjenci, ale stwierdzili hemiparezę po stronie przeciwnej do strony grubszej warstwy krwiaka w obustronnych cSDH. Niektórzy z ich pacjentów mogą mieć asymetrycznie rozmieszczone zmiany „obustronne”, które klinicznie i radiologicznie zachowują się jak jednostronne cSDH.

W niektórych przypadkach cSDH dochodzi do zaburzeń świadomości. Sucu i wsp. oceniali 45 pacjentów z cSDH, u których wykonano kraniostomię typu burr-hole lub twist-drill. Porównywali poziom świadomości pacjentów mierzony za pomocą skali GCS, MLS w szyszynce i SP zarówno w okresie przedoperacyjnym, jak i we wczesnym okresie pooperacyjnym. U każdego pacjenta MLS szyszynki była prawie zawsze mniejsza niż MLS SP zarówno na przedoperacyjnych, jak i pooperacyjnych obrazach CT. Pooperacyjną tomografię komputerową oceniano tuż po usunięciu cewników drenujących, 2 do 4 dni po operacji. Spośród 45 włączonych do badania pacjentów, 28 miało upośledzoną świadomość definiowaną przez wynik GCS poniżej 15. U połowy z nich wartość GCS wynosiła 13 (8 chorych) i 14 (6 chorych). Stwierdzili, że u chorych z cSDH i zaburzeniami świadomości prawdopodobieństwo powrotu GCS do 15 po operacji wzrastało, jeśli SP MLS wynosiła 10 mm lub więcej. Autorzy doszli do wniosku, że jest mało prawdopodobne, aby ewakuacja cSDH przywróciła świadomość, jeśli związana z nią MLS nie jest wystarczająco duża, aby wyjaśnić słaby poziom świadomości. Innymi słowy, mały MLS zwiększa prawdopodobieństwo istnienia odrębnej przyczyny. W obu badaniach dotyczących cSDH progi MLS są znacznie większe niż te stosowane u pacjentów z TBI lub zawałem MCA. Takie różnice można tłumaczyć odmienną patofizjologią i większym stopniem zaniku mózgu u chorych z cSDH.

Ropień mózgu jest definiowany jako ogniskowy proces ropny w obrębie miąższu mózgu. In earlier stages of brain abscess called cerebritis, the suppurative lesion is poorly demarcated from surrounding brain. Kiedy w późniejszych stadiach tworzy się torebka ropnia, w tomografii komputerowej i rezonansie magnetycznym z wzmocnieniem kontrastowym widoczna jest dobrze zdefiniowana, zwykle gładka i cienka, obwódka wzmocnienia (ring enhancement). Demir i wsp. oceniali retrospektywnie obrazy CT i MRI 96 pacjentów z klinicznym rozpoznaniem ropnia mózgu. Zebrali cechy obrazowe w zakresie liczby, lokalizacji i wielkości zmian oraz obecności i rozległości obrzęku okołomózgowego i MLS. Odpowiednio skonstruowano wskaźnik ciężkości obrazowania. Spośród tych chorych 86 poddano operacji, głównie aspiracji (72 chorych). Autorzy prawdopodobnie mierzyli MLS w okolicy SP lub V3, jak pokazano na rycinach, ale szczegółów nie podano. Klasyfikowali MLS jako łagodny (mniejszy niż 5 mm), umiarkowany (między 5 a 10 mm) lub ciężki (większy niż 10 mm), a następnie sumowali wyniki uzyskane z innych parametrów. Wykazali oni ujemną korelację między wskaźnikiem ciężkości obrazowania a wyjściową GCS. Istniała istotna różnica między parametrami klinicznymi i obrazowymi pacjentów z niekorzystnym zdarzeniem w porównaniu z pacjentami z dobrym powrotem do zdrowia.

Po DC z powodu TBI lub złośliwego zawału MCA pacjenci mają duże ubytki w czaszce. Poddaje się ich kranioplastyce po ustąpieniu obrzęku mózgu w celu ochrony i poprawy wyglądu. Poza określeniem, czy konieczna jest DC, MLS był również używany do przewidywania poprawy neurologicznej po kranioplastyce. Lin i wsp. włączyli do badania 56 pacjentów po kranioplastyce, 35 z MLS od 1 do 12 mm i 21 bez MLS, i przeanalizowali ich charakterystykę kliniczną. Czterdziestu sześciu pacjentów miało DC z powodu TBI lub samoistnego ICH, a 10 z powodu dużego zawału lub infekcji wewnątrzczaszkowej. Wszyscy zostali poddani dużej jednostronnej DC z ubytkiem czaszki o średnicy większej niż 100 mm. Stwierdzono istotną poprawę w skali GCS, siły mięśni ramion i siły mięśni nóg w rok po zabiegu kranioplastyki. Istotnie większą poprawę w skali GCS zaobserwowano w grupie MLS. Ośmiu pacjentów w grupie MLS miało zapadnięty mózg, co sugeruje większe zmiany poprzedzające spowodowane TBI lub udarem. Duże obrażenia mózgu są często związane z wystąpieniem zespołu zatopionego mózgu (ST) po DC, kiedy obrzęk mózgu ustępuje z czasem. Autorzy przypisują poprawę neurologiczną do ustąpienia ST, ale nie podali, ilu spośród 9 pacjentów z MLS i poprawą wyniku w skali GCS miało zapadnięty mózg.

2.2. Rezonans magnetyczny

MRI jest techniką, która wytwarza obrazy tomograficzne za pomocą pól magnetycznych i fal radiowych . Zapewnia znakomity kontrast tkanek miękkich, znacznie lepszy niż jakakolwiek inna metoda obrazowania, w tym TK i USG. U każdego pacjenta, u którego rozważa się rozpoznanie nowotworu wewnątrzczaszkowego lub zakażenia, preferowanym badaniem jest MRI z wzmocnieniem kontrastowym, ponieważ zmiany te można zidentyfikować jako nieprawidłowe wzmocnienie. Ponieważ sygnał MRI jest bardzo słaby, często wymagany jest dłuższy czas obrazowania i współpraca pacjenta, co sprawia, że badanie to jest mniej odpowiednie do badania niestabilnych pacjentów. Rekonstrukcja przy użyciu standardowych płaszczyzn ortogonalnych, tj. osiowej, strzałkowej i koronalnej, powoduje, że obrazy osiowe MRI są nachylone nieco inaczej niż ich odpowiedniki z TK, które są rekonstruowane równolegle do linii oczodołowo-czołowej. Pomimo tej różnicy, pomiar MLS na obrazach MRI i CT jest zasadniczo tym samym procesem. Po wybraniu wycinka zawierającego odpowiedni anatomiczny punkt orientacyjny, MLS można określić, mierząc odległość między tą strukturą a iML lub połową szerokości przestrzeni wewnątrzczaszkowej, jak opisano w sekcji 1.3.

W porównaniu z TK, MRI DWI wykrywa objętość zawału w ciągu pierwszych kilku godzin, co pozwala na wczesną identyfikację zajętego obszaru i przewidywanie obrzęku mózgu, w tym złośliwego zawału MCA. Jednak TK pozostaje podstawowym badaniem w diagnostyce obrzęku mózgu w kontrolnych badaniach obrazowych, gdy dochodzi do pogorszenia stanu klinicznego. W prospektywnym, wieloośrodkowym, obserwacyjnym badaniu kohortowym Thomalla i wsp. badali pacjentów z ostrym zawałem MCA, stosując techniki MRI, w tym DWI, obrazowanie perfuzyjne i angiografię MR w ciągu 6 godzin od wystąpienia objawów. Spośród 140 włączonych pacjentów u 27 rozwinął się złośliwy zawał MCA, definiowany jako pogorszenie wyniku w skali NIHSS i duży zawał MCA w kontrolnym badaniu MRI lub CT obejmujący co najmniej dwie trzecie jego terytorium z uciskiem komór lub MLS. W tym badaniu MLS jest wykorzystywany raczej jako punkt końcowy niż predyktor wyniku. Po wykryciu MLS wraz z dużym zawałem w MRI lub CT można rozpoznać złośliwy zawał MCA. Nie podano jednak ilościowej definicji MLS. Chociaż TK jest najbezpieczniejszym badaniem u niestabilnych pacjentów z pogorszeniem stanu neurologicznego, u niektórych chorych MLS może być wykryty w kontrolnym badaniu MRI przed pogorszeniem stanu klinicznego. Wstępnie określony próg objętości zmiany DWI większej niż 82 ml pozwalał przewidzieć złośliwe zakażenie z wysoką swoistością, ale czułość była niska. Autorzy doszli do wniosku, że w podgrupie chorych z małą wyjściową objętością zmian w DWI konieczne są powtórne badania diagnostyczne. Z tego samego powodu rutynowa kontrola TK z pomiarem MLS została również przeprowadzona przez Park i wsp. jak opisano wcześniej w punkcie 2.1 .

Zakrzepica żył mózgowych (CVT) jest rzadkim podtypem udaru mózgu o bardzo zmiennym przebiegu klinicznym. Yii i wsp. przeprowadzili retrospektywne badanie 106 kolejnych pacjentów z CVT potwierdzoną w badaniach obrazowych w latach 1997-2010. W ich badaniu wykazano, że zawały żylne i hiperintensywność w DWI były związane z pogorszeniem stanu klinicznego. Inne cechy obrazowe, w tym krwotok miąższowy, obrzęk naczynioruchowy, MLS i lokalizacja skrzepliny, nie były predykcyjne dla pogorszenia stanu klinicznego. Wyniki te wskazują, że CVT ma inną historię naturalną niż zawał MCA.

Nowotwór wewnątrzczaszkowy i ropień mogą mieć podobny podostry przebieg i ogniskowy deficyt neurologiczny. Zarówno ropień, jak i guz mają okołoogniskowy (otaczający) obrzęk, ale pierwszy z nich ma tendencję do pierścieniowego wzmocnienia na obrazach CT i MRI, podczas gdy drugi może być lity lub torbielowaty z grubą, nieregularną ścianą. Demir i wsp. wykonali MRI z wzmocnieniem kontrastowym u pacjentów z klinicznym rozpoznaniem ropnia mózgu, gdy nie było przeciwwskazań. W MRI, MLS może być mierzone przy użyciu tej samej techniki co w CT. Wyniki te mogą być bezpośrednio porównywane i zebrane razem do dalszej analizy statystycznej, jak opisano w sekcji 2.1.

Baris i wsp. dokonali przeglądu obrazów MRI 40 pacjentów z pierwotnymi i 40 z przerzutami wewnątrzosiowymi nadnamiotowymi guzami mózgu. Grupa pierwotnych samotnych, nadtwardówkowych guzów mózgu została również podzielona na podgrupę glioblastoma multiforme (GBM) (24 pacjentów) i podgrupę other-than-GBM (16 pacjentów). Zmierzono MLS, objętość guza, objętość obrzęku okołoogniskowego oraz stosunek obrzęku do guza. Rozpoznania patologiczne guzów pierwotnych innych niż GBM obejmują guzy o niższym stopniu zaawansowania i mniej agresywnym podtypie. Autorzy użyli osiowych obrazów FLAIR do pomiaru przepukliny podklinowej, która wydawała się być synonimem MLS. Nie podali jednak, czy użyto jakiegoś konkretnego punktu orientacyjnego, np. SP. Stopień MLS został sklasyfikowany jako stopień 1, gdy MLS był mniejszy niż 5 mm i jako stopień 2, gdy MLS był większy. Wyniki badań wykazały, że MLS i objętość guza w grupie guza pierwotnego były większe niż w grupie przerzutów, podczas gdy objętość obrzęku w stosunku do objętości guza była mniejsza. MLS większy niż 5 mm był częstszy w guzach pierwotnych. Since larger tumors have larger MLS and smaller additional space for edema, tumor size difference between groups may contribute to these differences.

Compared to malignant tumors, benign brain tumors have different biological behavior and natural history. Zeidman i wsp. dokonali przeglądu 21 pacjentów, którzy mieli seryjne badania MRI mózgu w celu określenia tempa wzrostu nieoperowanych oponiaków. Decyzja o nieoperowaniu obejmowała brak powiązanych objawów lub oznak neurologicznych oraz obawę o wysokie ryzyko operacyjne upośledzenia neurologicznego. Stwierdzili, że średnie objętościowe tempo wzrostu było znacznie większe niż tempo wzrostu planimetrycznego. Odnotowywano również szczególne cechy obrazowe, takie jak zwapnienie, hipointensywność T2, ogon opony twardej, efekt masy i MLS, ale żadna z nich nie była skorelowana z tempem wzrostu. Ponieważ oponiaki są w większości łagodnymi, wolno rosnącymi guzami, ICP pozostaje prawidłowe, dopóki guz nie stanie się bardzo duży. Dlatego MLS odgrywa niewielką rolę w obserwacji pacjentów z oponiakami.

2.3. Obrazowanie ultrasonograficzne

US wykonuje się techniką echa impulsowego. Przetwornik USG przekształca energię elektryczną w krótki impuls dźwiękowy o wysokiej częstotliwości, który jest transmitowany do tkanek pacjenta, a następnie staje się odbiornikiem, wykrywającym echa odbitej energii dźwiękowej. Zamiast obrazowania całej objętości anatomicznej i rekonstrukcji standaryzowanych przekrojów osiowych, strzałkowych i koronowych, obrazy USG uzyskuje się w dowolnej płaszczyźnie anatomicznej, dostosowując orientację i kąt nachylenia przetwornika oraz pozycję pacjenta. Wizualizacja struktur anatomicznych przez US jest ograniczona przez kości i struktury zawierające gaz, takie jak czaszka i jelita.

Z wyjątkiem niemowląt, US nie jest narzędziem diagnostycznym pierwszego rzutu w obrazowaniu mózgu. Pacjenci ze schorzeniami neurologicznymi najpierw poddawani są badaniu TK lub MRI. Następnie można wykorzystać USG do oceny tętnic szyjnych lub do oceny naczyń wewnątrzczaszkowych za pomocą techniki przezczaszkowej kolorowej sonografii dopplerowskiej (TCCS). Ważną zaletą USG jest wygoda badania przyłóżkowego, co jest pomocne u niestabilnych pacjentów, którzy mogą mieć respiratory, monitory i pompy dożylne, co czyni transport uciążliwym i ryzykownym.

Seidel i wsp. wykonali przyłóżkowe badanie TCCS w celu zbadania wzorców przepływu w MCA u pacjentów z udarem mózgu. Stwierdzili, że TCCS może dostarczyć szybkich i wiarygodnych danych dotyczących podtypu i mechanizmu udaru bezpośrednio po jego wystąpieniu, ale badanie nie mogło być wykonane z powodu niewystarczającego czasowego okna akustycznego u 17 z 84 pacjentów. Ponadto byli oni pionierami pomiaru MLS za pomocą USG, wspomaganego przez TCCS. Po zidentyfikowaniu tętnic koła Willisa, głębokość okna insonacyjnego ustawiano tak, aby widoczny był śródmózgowie w centrum obrazu i kontralateralna czaszka. Z tej pozycji pochylono głowicę o 10 stopni w górę, aby zidentyfikować V3 na podstawie jego hiperechogenicznych brzegów oraz otaczającego hipoechogenicznego wzgórza i hiperechogenicznej szyszynki. Chociaż nieco pochylona, płaszczyzna skanowania USG jest w przybliżeniu pozioma. Odległości między sondą USG a środkiem V3 zostały zmierzone z obu stron głowy. Te dwie odległości, i , mogą być następnie użyte do obliczenia MLS zgodnie ze wzorem . Matematycznie wzór ten jest taki sam jak wzór MLS opisany w sekcji 1.3.

W mózgach z chorobami zwyrodnieniowymi możliwe jest znalezienie V3 i zmierzenie jego średnicy przy użyciu przezczaszkowego obrazu B-mode . Jednakże, gdy komory są ściśnięte, TCCS nie pomaga w znalezieniu V3 i pomiarze MLS. Dlatego w kolejnych rozdziałach używamy terminu „US” do przedstawienia całego procesu pomiarowego, w tym identyfikacji przepływu tętniczego za pomocą TCCS. Aby zweryfikować pomiar MLS za pomocą USG, jako złoty standard stosuje się odpowiadający mu obraz TK w określonym oknie czasowym, zwykle godzinnym. Ponieważ płaszczyzna skanowania US jest w przybliżeniu pozioma, sonograficzne pomiary MLS i CT MLS były zwykle porównywane bezpośrednio bez żadnej transformacji lub konwersji.

Stolz i wsp. prospektywnie rekrutowali 61 pacjentów z zawałem nadtwardówkowym (45 pacjentów) lub krwotokiem śródmózgowym (16 pacjentów) . W sumie 122 przyłóżkowe pomiary sonograficzne MLS zostały porównane z danymi TK w 12-godzinnym oknie czasowym. Ogólny współczynnik korelacji wyniósł 0,93. Dla 50 pomiarów USG wykonanych w 3-godzinnym oknie czasowym korelacja była jeszcze lepsza. Ogólny 95% przedział ufności dla różnicy MLS między pomiarami TCCS i CT wynosił ±1,78 mm. Wszystkie różnice były mniejsze niż 2 mm. Oprócz walidacji swoich wyników autorzy stwierdzili, że USG jest szczególnie przydatne u krytycznie chorych pacjentów, którzy nie nadają się do transportu. Nie podali, czy jakikolwiek pacjent został wykluczony z powodu niewystarczającego czasowego okna akustycznego.

Po potwierdzeniu dokładności sonograficznego pomiaru MLS autorzy ci włączyli do badania 42 chorych z ostrym, ciężkim udarem półkulowym, zdefiniowanym jako posiadający punktację w skandynawskiej skali udaru mniejszą niż 35 punktów. Przy przyjęciu do szpitala wykonano TK i dupleksową ultrasonografię tętnic szyjnych. TCCS przeprowadzono 8 ± 3, 16 ± 3, 24 ± 3, 32 ± 3 i 40 ± 3 godziny po wystąpieniu udaru. Wielkość zawału określano na podstawie kontrolnej tomografii komputerowej. Dwunastu chorych zmarło w wyniku przepukliny mózgowej, a 28 przeżyło. Dwóch mężczyzn otrzymało DC 27 i 30 godzin po udarze i przeżyło. Zostali oni wykluczeni z dalszej analizy. MLS była znamiennie wyższa w grupie z przepukliną mózgową już po 16 godzinach od wystąpienia udaru. Śmiertelność wynosiła 100%, gdy sonograficzna MLS była większa niż 2,5, 3,5, 4,0 i 5,0 mm odpowiednio po 16, 24, 32 i 40 godzinach. Szesnastu z 42 pacjentów było poddanych sedacji i sztucznej wentylacji w ciągu pierwszych 48 godzin, co znacznie utrudniało monitorowanie kliniczne. Autorzy zasugerowali, że przyłóżkowe monitorowanie MLS za pomocą TCCS jest alternatywą diagnostyczną u krytycznie chorych pacjentów, którzy nie mogą być w inny sposób odpowiednio monitorowani.

Tang i wsp. ocenili 51 kolejnych pacjentów z ostrym samoistnym nadtwardówkowym ICH za pomocą USG. Osiemnastu pacjentów zostało wykluczonych z powodu słabych okien akustycznych kości skroniowej po co najmniej jednej stronie czaszki. Oprócz MLS zmierzono również wskaźnik pulsacyjności (PI) MCA i porównano go z danymi TK, w tym MLS i objętością krwiaka obliczoną według wzoru. Współczynnik korelacji między MLS w USG i CT wynosił 0,91. W porównaniu z objętością ICH mniejszą niż 25 mL, osoby z większą objętością miały większą MLS i wyższe PI ipsilateralnego MCA. Dzięki zastosowaniu USG, MLS był bardziej czuły i specyficzny niż PI w wykrywaniu dużego ICH i przewidywaniu złego wyniku leczenia. Autorzy potwierdzili dokładność sonograficznego pomiaru MLS, a także stwierdzili, że monitorowanie MLS za pomocą USG może wykryć ekspansję krwiaka i przewidzieć krótkoterminowy wynik czynnościowy. Przedstawili przypadek pacjenta, u którego ekspansję krwiaka wykryto za pomocą USG i potwierdzono w kontrolnym badaniu TK, ale nie podano, czy byli inni pacjenci o podobnym przebiegu.

Llompart Pou i wsp. prospektywnie przeprowadzili 60 przyłóżkowych badań TCCS u 41 pacjentów z TBI, przy czym średni odstęp czasowy między badaniami TK czaszki i TCCS wynosił 322 ± 216 min. Według klasyfikacji Marshalla (TCDB) 11 z 60 wykonanych badań TK było typu V (masa ewakuowana). Autorzy nie podali jednak dalszych szczegółów na temat wykonanych operacji. Żaden z pacjentów nie został wykluczony z powodu niewystarczającego okna akustycznego. Współczynnik korelacji pomiędzy MLS mierzonym za pomocą CT i TCCS wyniósł 0,88. Różnice między nimi wahały się od +2,33 do -2,07 mm, przy średniej 0,12 mm. Nie stwierdzono istotnych statystycznie różnic w żadnej podgrupie. Autorzy doszli do podobnego wniosku, że sonograficzny pomiar MLS jest dokładny i nadaje się do monitorowania przyłóżkowego u pacjentów z TBI.

Sonograficzny pomiar MLS z wykorzystaniem V3 jako punktu orientacyjnego jest dokładny w porównaniu z plastrami CT na poziomie V3 . Jednak bezpośrednie porównanie sonograficznych danych MLS z danymi CT MLS mierzonymi na SP jest niewłaściwe, ponieważ maksymalna przednio-tylna średnica V3 znajduje się ogonowo (poniżej) i za SP. Motuel i wsp. przeprowadzili prospektywne badanie na 52 kolejnych pacjentach oddziału intensywnej terapii neurochirurgicznej, z których 31 zostało przyjętych z powodu ciężkiego TBI. U 7 pacjentów wykonano operację usunięcia masy wewnątrzczaszkowej. MLS w badaniu sonograficznym mierzono jak najszybciej przed lub po CT, używając V3 jako punktu orientacyjnego. Oprócz porównania z danymi CT MLS w V3 (metoda 1), autorzy porównali również swoje sonograficzne dane MLS ze „standardowymi” danymi CT MLS w SP (metoda 2). Współczynnik korelacji wyniósł 0,76 dla metody 1 i 0,81 dla metody 2. Różnica między pomiarami USG i CT wynosiła średnio 0,1 mm dla metody 1 i 0,9 mm dla metody 2.

Ale nieistotnie statystycznie, autorzy donieśli o nieco mniejszych MLS mierzonych przez CT przy użyciu V3 jako punktu orientacyjnego (4,2 ± 5,5 mm) w porównaniu z MLS uzyskanymi przy użyciu SP (4,7 ± 6,7 mm). Zależność między MLS a ICP badano analizując wyniki uzyskane od 30 pacjentów z inwazyjnym monitorowaniem ICP. Nie stwierdzono istotnej korelacji między ICP a MLS ocenianą za pomocą wszystkich trzech metod. Wyniki te sugerują, że MLS nie jest jednolita w całej przestrzeni podklinicznej, a ograniczenia anatomiczne odgrywają rolę w określaniu MLS w różnych markerach anatomicznych. Podobnie, istniały również różnice pomiędzy MLS wyznaczoną przy użyciu SP i MLS przy użyciu szyszynki, jak zmierzono na obrazach CT, nawet jeśli znajdują się one na tym samym wycinku. W oparciu o te wyniki, pomiary MLS wydają się być porównywalne tylko wtedy, gdy używany jest ten sam punkt orientacyjny.

3. Algorithms for Automated Midline Shift Measurement

Systemy diagnostyki obrazowej wspomagane komputerowo mają znaczący potencjał w zakresie wspomagania ludzkich ekspertów w ocenie obrazów mózgu. Poza identyfikacją zmian wewnątrzczaszkowych, pomiar MLS powinien być ważnym elementem tych systemów. W tym rozdziale dokonujemy przeglądu algorytmów, które mogą automatycznie mierzyć MLS. Większość z nich bazuje na obrazach TK, ale można je łatwo zmodyfikować do pracy na obrazach MRI.

Dla ludzkiego specjalisty pomiar MLS na obrazach z danego badania jest dość prosty. Po wybraniu odpowiedniego osiowego wycinka lub poziomu i znalezieniu punktu odniesienia określonego albo przez iML albo przez punkt środkowy szerokości przestrzeni wewnątrzczaszkowej, MLS może być mierzony jako prostopadła odległość między punktem orientacyjnym (SP lub szyszynką) a punktem odniesienia. Pomiar odległości na obrazach cyfrowych jest łatwy do wykonania przez system komputerowy. Jednakże, specjalistyczne techniki wstępnego przetwarzania i ekstrakcji cech muszą być zastosowane w celu znalezienia odpowiednich punktów na obrazach wejściowych przed faktycznym pomiarem MLS. Wiele metod, które wykrywają nienaruszoną płaszczyznę pośrodkową (iMSP) na kompletnym badaniu CT mózgu, może być wykorzystanych do dostarczenia informacji o iML na pojedynczym skrawku używanym do pomiaru MLS. Ponadto, aby zmierzyć „standaryzowaną” MLS na poziomie FM, właściwy plaster musi być prawidłowo zidentyfikowany ręcznie lub automatycznie.

Algorytmy mierzące MLS dzielą się na dwa typy: oparte na symetrii i oparte na punktach orientacyjnych. W algorytmach opartych na symetrii, rozpoznawanie specyficznych anatomicznych punktów orientacyjnych jest zbędne. Zamiast tego poszukuje się krzywej łączącej wszystkie przemieszczone i zdeformowane struktury. Ponieważ niektóre struktury, takie jak SP i szyszynka, są przemieszczone przez masę wewnątrzczaszkową, a inne, takie jak komory i ciało modzelowate, są zdeformowane, używamy terminu „zdeformowana linia środkowa (dML)”, aby zbiorczo opisać tę krzywą. W algorytmach opartych na punktach orientacyjnych, najpierw rozpoznawane są określone struktury, często części komór bocznych. W obrębie danych (komorowych) regionów identyfikowany jest SP lub inny punkt orientacyjny i odpowiednio mierzona jest MLS.

3.1. Symmetry-Based Methods

Liao i wsp. zaproponowali zautomatyzowaną metodę rozpoznawania dML na skrawkach CT na poziomie FM . Jak pokazano na Rysunku 2(b), dML został zdekomponowany na trzy segmenty: górny i dolny prosty segment (czarne linie) reprezentujące części twardego falx cerebri oddzielającego dwie półkule mózgowe, oraz środkowy zakrzywiony segment utworzony przez kwadratową krzywą Beziera (biała krzywa), reprezentujący interweniującą miękką tkankę mózgową. Autorzy założyli, że dML jest krzywą o maksymalnej symetrii dwustronnej, obliczoną przez zminimalizowanie zsumowanego kwadratu różnic pomiędzy wszystkimi pikselami linii środkowej w zakresie 24 mm w poziomie (lewo-prawo). W celu dalszego uproszczenia obliczeń przyjęto, że górny i dolny segment falx są nieruchome, zamieniając je w linie pionowe. Do wyznaczenia optymalnych wartości czterech zmiennych określających położenie trzech punktów kontrolnych krzywej Beziera zastosowano algorytm genetyczny. Algorytm powtórzono trzykrotnie z maksymalnymi dopuszczalnymi wartościami MLS ustalonymi na 15, 22,5 i 30 mm. Jeśli wyniki były stabilne, MLS była łatwo wyznaczana na podstawie pozycji centralnego punktu kontrolnego po wykryciu dML. W przeciwnym razie uznawano je za niepowodzenie.

Nasz algorytm oceniano na obrazach patologicznych pochodzących od 81 kolejnych pacjentów leczonych w jednym instytucie przez okres jednego roku. Pięćdziesięciu czterech z tych pacjentów miało TBI, a 25 miało spontaniczne ICH. Nasz algorytm był w stanie zmierzyć MLS u 65 (80%) pacjentów. U 62 (95%) z nich różnica była mniejsza niż 1 mm. Wszystkie trzy niedokładne wyniki wystąpiły w obrazach z MLS większym niż 10 mm. Mimo że odsetek udanych pomiarów MLS zmniejszał się wraz ze wzrostem MLS, większość pacjentów z MLS większym niż 5 mm została prawidłowo zmierzona. Główną wadą naszego algorytmu był wyższy odsetek niepowodzeń w obrazach spontanicznego ICH, który często występuje w zwojach podstawy w pobliżu linii środkowej. Używając ręcznie i automatycznie mierzonych danych MLS, przeprowadziliśmy również analizę wyników u pacjentów z TBI. Chociaż nie było to istotne statystycznie, MLS wydawał się być predyktorem śmiertelności. Przewidywanie zgonu przy użyciu MLS 3,5 mm jako progu było czułe w 76% (13/17) i specyficzne w 71% (24/34). Dla przewidywania śmiertelności, nasz automatyczny algorytm działał nie gorzej niż ręczny pomiar MLS.

Chen i wsp. zaproponowali automatyczną metodę szacowania dML na obrazach MRI u pacjentów z glejakiem. Autorzy skonstruowali ulepszony model Voigta, który przewidywał lokalizację dML na osiowym skrawku o maksymalnej średnicy guza, wykorzystując rozmiar i lokalizację zmiany. Wykorzystali współczynnik sprężystości i współczynnik lepkości tkanki mózgowej z literatury. Zaproponowano złożoną metrykę symetrii lokalnej, łączącą symetrię lokalnej intensywności i symetrię lokalnego gradientu intensywności, w celu doprecyzowania przewidywanej linii środkowej w obrębie lokalnego okna, którego rozmiar jest określany zgodnie z modelem kamery otworkowej. Bez teoretycznego dowodu, autorzy wypróbowali empirycznie różne wartości współczynnika modulacji, a kandydat z maksymalną sumą złożonej symetrii lokalnej był traktowany jako „przewidywana” dML w każdym przypadku. Następnie, ten dML został dopracowany i wygładzony zgodnie z symetrią lokalną.

Zaproponowana metoda została zwalidowana na 30 zestawach danych MRI z Multimodal Brain Tumor Segmentation challenge w konferencji MICCAI 2013. Autorzy ręcznie wybrali osiowy wycinek z maksymalnym MLS, przy czym uznali, że odpowiada on wycinkowi z maksymalnym stosunkiem guza do mózgu. MLS na tych skrawkach MRI wahał się między 0 a 6 mm. Chociaż wyznaczony dML nie był na poziomie powszechnie używanym do „standaryzowanej” oceny MLS i oceny wyników, autorzy uzyskali dokładne wyniki. W porównaniu z ręcznie nakreślonymi dML, ich metoda dała średnią różnicę 0,61 ± 0,27 mm i średnią maksymalną różnicę 1,89 ± 1,18 mm.

3.2. Landmark-Based Methods

Yuh i wsp. opracowali zestaw algorytmów komputerowych, w środowisku programistycznym MATLAB 7.0.1, do oceny CT pod kątem dowodów TBI . Wydawało się, że algorytm wykrywał najpierw czaszkę i iMSP, ale nie podano szczegółów. Następnie wykryto piksele krwi i płynu mózgowo-rdzeniowego, stosując odpowiednie progi gęstości TK, filtrowanie przestrzenne i analizę skupień. Po zidentyfikowaniu pikseli zawierających krew, klasyfikowano je jako EDH, SDH, ICH, SAH lub IVH, w zależności od ich położenia względem czaszki. W celu obliczenia MLS oceniono symetrię pikseli płynu mózgowo-rdzeniowego w komorach bocznych w odniesieniu do iML wyznaczonej przez oś symetrii czaszki. Objętość skupiska bazalnych pikseli płynu mózgowo-rdzeniowego obliczano w celu określenia stanu cystern bazalnych. Autorzy nie podali jednak, w jaki sposób piksele płynu mózgowo-rdzeniowego zostały zidentyfikowane jako komory lub cysterny. Oprogramowanie zostało następnie zastosowane w próbie walidacyjnej ponad 200 pacjentów ocenianych pod kątem podejrzenia ostrego TBI. Automatyczne wykrywanie obecności przynajmniej jednego radiologicznego objawu ostrego TBI wykazało wysoką czułość wynoszącą 98%. Autorzy nie przedstawili ilościowych wyników pomiaru MLS. Odnotowali czułość 100% i swoistość 98% w wykrywaniu MLS większych niż 5 mm. Ponieważ tylko 9 pacjentów miało takie wyniki, a dodatkowo 4 pacjentów miało wyniki fałszywie dodatnie, wskaźnik pozytywnej predykcji ich metody wykrywania MLS wynosił tylko 70%.

Xiao i wsp. zaproponowali procedurę, która może mierzyć MLS poprzez rozpoznawanie SP w obrębie danego badania TK. Wszystkie wycinki badania zostały wprowadzone do systemu wstępnego przetwarzania, który rozpoznał czaszkę, iMSP i usunął wszystkie regiony pozaczaszkowe za pomocą kombinacji filtrów w podejściu wielorozdzielczym. Następnie z wszystkich obszarów komorowych wybrano wycinek zawierający FHs i SP za pomocą reguł eksperckich i metody wielorozdzielczych binarnych zbiorów poziomów. iML zdefiniowano jako punkt przecięcia iMSP, obliczonego metodą Liu, z płaszczyzną tego wycinka. Wreszcie, SP jest rozpoznawany jako izodensyjny segment liniowy w obrębie hipodensyjnych FHs przy użyciu transformaty Hougha, ważony przez wielokrotną erozję morfologiczną. Najdalszy punkt na SP jako prostopadły do iML został użyty do pomiaru MLS. Zazwyczaj był to najbardziej tylny punkt.

Nasz system został przetestowany na obrazach 96 kolejnych pacjentów przyjętych na oddział intensywnej opieki neurochirurgicznej. Wyniki zostały ocenione przez ludzkich ekspertów. Nasz algorytm nie rozpoznał FHs na obrazach 16 pacjentów, wszystkich z dużymi krwiakami wewnątrzczaszkowymi (13 SDHs, 1 EDH, i 2 ICHs) z wyraźną deformacją mózgu. W 2 przypadkach z cavum septum pellucidum, gdzie SP ma rozdzielenie pomiędzy dwoma płatkami, nasz algorytm rozpoznał tylko jeden z dwóch płatków. U pozostałych 78 pacjentów średnia różnica pomiędzy automatycznym i ręcznym pomiarem MLS wynosiła 0,23 ± 0,52 mm. Wyraźnie odchylona SP została rozpoznana z powodzeniem, a MLS do 30 mm została dokładnie zmierzona. Różnica pomiędzy automatycznie zmierzonym i ręcznie zmierzonym MLS była mniejsza niż 1 mm w 70 z 78 przypadków i mniejsza niż 0,5 mm w 60. Błąd nie wzrastał wraz z większymi MLS. Nasza metoda jest solidna i może być stosowana zarówno w nagłych wypadkach, jak i w rutynowych sytuacjach. Trzydziestu pacjentów zostało poddanych operacji. Ich średnia MLS była znacznie większa niż u osób bez operacji (9,2 ± 7,1 w porównaniu z 1,7 ± 1,3 mm, ), potwierdzając przydatność MLS do kierowania natychmiastową interwencją chirurgiczną.

Chen i wsp. przedstawili zautomatyzowany system oparty na obrazach CT, który może oszacować MLS i przesiewać dla zwiększonego ICP . Ich metoda była oparta na ich wcześniejszej pracy z wykrywaniem komór. Piksele płynu mózgowo-rdzeniowego zostały wykryte przy użyciu modelu mieszaniny Gaussa dla każdego wycinka CT, aby zaklasyfikować piksele do czterech typów tkanek: kości lub krwiaka, istoty szarej, istoty białej i płynu mózgowo-rdzeniowego. Na podstawie tych pikseli wykrywano komory, stosując kryteria wielkości i lokalizacji. Aby oszacować MLS, autorzy przeprowadzili najpierw estymację iML na podstawie symetrii czaszki, faleksu i bruzdy międzypółkulowej. Następnie przeprowadzono segmentację komór z tomografii komputerowej, która posłużyła jako wskazówka do identyfikacji dML poprzez dopasowanie kształtu. Autorzy uznali te procesy za naśladujące proces pomiaru przez lekarzy i wykazali obiecujące wyniki w ocenie.

Zestawy danych TK zawierające 391 plasterków od 17 pacjentów z TBI zostały przetestowane pod kątem wykrywania iML i dML, a także pomiaru MLS i szacowania ICP. W większości plasterków (ponad 80%), błędy między iML oszacowanym przez ich metodę ramową a ręczną adnotacją wynosiły około 2 pikseli, czyli około 1 mm. Dla dML ponad 80% ma mniej niż 2,25 mm różnicy, pod warunkiem, że jakość segmentacji komory jest stosunkowo dobra, zdefiniowana jako wynik segmentacji pozwalający na ręczny pomiar MLS. Innymi słowy, metoda zawiodła również wtedy, gdy komory nie mogły być zidentyfikowane z powodu wyraźnej deformacji mózgu.

Liu i wsp. przedstawili inną, opartą na punktach orientacyjnych metodę automatycznego wykrywania i ilościowego określania przesunięcia MLS na obrazach CT TBI. Po dyskretyzacji histogramu, piksele z obrazów zostały sklasyfikowane jako czaszka, krwiak, mózg lub płyn mózgowo-rdzeniowy. Środkowy plasterek”, prawdopodobnie plasterek na poziomie FM, był wykrywany ze wszystkich obrazów w danym badaniu przy użyciu mapy prawdopodobieństwa zawierającej FHs, V3 i cysternę okołomózgową. Na tym wycinku wykrywano przednie i tylne przyczepy falksa w określonym zakresie opartym na grubości czaszki. Proces klasteryzacji mieszaniny Gaussa został użyty do wykrycia regionów CSF i charakterystycznych pikseli w ich obrębie. Wielokrotne kandydatury faleksu były wykrywane przy użyciu kierunkowego pojedynczego połączonego łańcucha po detekcji krawędzi. Zależności przestrzenne pomiędzy tymi markerami zostały wytrenowane na podstawie danych pochodzących od 200 pacjentów. Rozkład prawdopodobieństwa został wyuczony z danych treningowych z środkowego plastra 200 pacjentów przy użyciu modelu mieszaniny Gaussa.

Autorzy przetestowali swoją metodę na eksperymentalnym zestawie danych zawierającym 565 pacjentów z około 12 plasterkami CT na pacjenta. Nie podano, czy dane treningowe pokrywają się z danymi testowymi. Ponad 100 pacjentów miało MLS większe niż 5 mm. Ich metoda osiągnęła maksymalny błąd odległości wynoszący 4,7 ± 5,1 mm. Autorzy stwierdzili, że ich metoda przewyższa poprzednie metody, zwłaszcza w przypadkach dużego ICH i brakujących komór.

4. Nowsze zastosowania: Beyond Aiding Diagnosis and Guiding Treatment

4.1. Measurement of Posttreatment Midline Shift

Zmiany wewnątrzczaszkowe rozpoznane w tomografii komputerowej lub na innych obrazach zmieniają się w czasie. Ich kształt i wielkość zmieniają się również pod wpływem leczenia medycznego lub chirurgicznego. Po tych zabiegach MLS można nadal mierzyć za pomocą tych samych metod, które opisano w rozdziale 1.3. Pacjenci poddawani DC mają usunięte części czaszki, co utrudnia pomiar szerokości przestrzeni wewnątrzczaszkowej. Jednak iML można nadal zidentyfikować i wykorzystać do pomiaru MLS. Po skutecznym leczeniu MLS powinna się zmniejszyć. Zdefiniowaliśmy powrót linii środkowej (MLR) w następujący sposób: MLR = , gdzie i oznaczają MLS mierzoną z obrazów po leczeniu i tę z obrazów wyjściowych, odpowiednio . Dodatkowo zaproponowaliśmy kilka ilościowych parametrów obrazowych do oceny wysiłku dekompresyjnego i efektów dekompresji. Wysiłek DC, objętość kraniektomii, może być oszacowany przy użyciu metody ABC . Z drugiej strony, objętość przezkrętarzowej przepukliny mózgowej (TCH), odpowiadająca efektowi leczenia stworzonemu przez usunięcie czaszki i ekspansywną duroplastykę, jest modelowana jako różnica między dwiema czapkami sferycznymi .

Takeuchi i wsp. retrospektywnie przejrzeli przedoperacyjne i pooperacyjne obrazy CT 186 kolejnych pacjentów, którzy przeszli operację z powodu TBI i zbadali czynniki prognostyczne nowych wyników CT pojawiających się mniej niż 24 godziny po operacji . Chociaż nie istniała żadna standardowa lub ustalona reguła dotycząca czasu wykonania skanu pooperacyjnego, 139 ze 186 pacjentów miało wykonaną TK w ciągu 1 godziny po operacji, w tym 138 rutynowo. Łącznie u 29 pacjentów (15,6%) zaobserwowano 30 nowych wyników pooperacyjnej tomografii komputerowej, w tym SDH u 11 pacjentów (10 kontralateralnych, 1 ipsilateralny), stłuczenia mózgu u 11 (9 kontralateralnych, 2 ipsilateralne), kontralateralną EDH u 5 i niedokrwienie całego mózgu u 3. Autorzy nie zgłosili pooperacyjnych MLS w kolejnych badaniach TK. Dziesięciu pacjentów z nowymi wynikami poddano łącznie 11 kolejnym operacjom, a u 7 z nich wykonano DC. Analiza jednoczynnikowa wykazała, że wynik w skali GCS 8 lub mniejszy, SDH jako pierwotne wskazanie do operacji, MLS, zatarta cysterna podstawna i DC były istotnie związane z większym ryzykiem wystąpienia nowych zmian. Ponieważ DC wykonano jako pierwszy zabieg u 26 z 29 pacjentów z nowymi wynikami, u 24 z nich usunięto SDH z efektem masy, w tym duży (9,0 ± 5,7 mm) MLS i obliterację cystern podstawnych, czynniki te były rzeczywiście ściśle powiązane. Wielokrotna analiza regresji logistycznej ujawniła DC, niski GCS i obliterację cystern podstawnych jako istotne czynniki ryzyka.

Sucu i wsp. ocenili 45 pacjentów z cSDH, u których wykonano kraniostomię metodą burr-hole lub twist-drill. Chociaż MLS mierzono zarówno w przedoperacyjnych, jak i we wczesnych pooperacyjnych obrazach TK, tylko przedoperacyjna MLS korelowała z poprawą u 28 pacjentów z zaburzeniami świadomości przed operacją. Autorzy zaobserwowali jednak redukcję MLS, czyli MLR, zarówno w SP, jak i w szyszynce u większości pacjentów. MLR prawdopodobnie przyczynia się do poprawy w zakresie objawów innych niż odzyskanie świadomości, takich jak niedowład połowiczy czy ból głowy. Pomiar samej pooperacyjnej MLS prawdopodobnie odgrywa mniejszą rolę w cSDH, ponieważ poprawa kliniczna może być osiągnięta nawet przy częściowej ewakuacji z pozostawieniem resztek cSDH i MLS .

Jeon i wsp. badali 70 pacjentów ze złośliwym zawałem MCA, u których wykonano DC . MLS mierzono w SP i szyszynce na ostatnich przedoperacyjnych i pooperacyjnych obrazach CT ze średnią medianą odstępu 8,3 godziny. Zmniejszenie MLS, czyli MLR, wiązało się z wyższą punktacją w pooperacyjnym GCS i mniejszą śmiertelnością w 6 miesięcy po udarze, po dostosowaniu do wieku, płci, wyniku w skali NIHSS i przedoperacyjnej MLS. Średnice przednio-tylne płatów kostnych utworzonych za pomocą DC wynosiły około 130 mm. Objętość „zewnątrzczaszkowego wybrzuszenia”, objętość tkanki mózgowej poza powierzchnią utworzoną przez krawędź okna czaszki utworzonego przez DC, była istotnie związana z redukcją MLS. Pacjenci z redukcją MLS mieli średnio najmniejszą objętość zawału, a ci z progresją MLS największą. Różnica ta nie była jednak istotna. Czy większe DC może prowadzić do większej redukcji MLS pozostaje nieznane. Zamiast pomiaru objętości zewnątrzczaszkowego wybrzuszenia, nasz model geometryczny TCH może zapewnić bardziej precyzyjne oszacowanie efektu dekompresji .

Missori i wsp. ocenili przedoperacyjne i wczesne pooperacyjne obrazy CT 73 pacjentów z jednostronnym DC . Wczesna pooperacyjna MLS była mierzona na obrazach uzyskanych w ciągu 3 dni pooperacyjnych. Przyczynami DC były udar krwotoczny lub niedokrwienny u 48, TBI u 22 i infekcja u 3. Jedynym czynnikiem związanym z przeżyciem 12 miesięcy po operacji było zmniejszenie pooperacyjnej MLS w SP z przedoperacyjnej średniej 9,2 ± 3,8 mm do 2,3 ± 2,7 mm u 42 pacjentów, którzy przeżyli. Z drugiej strony, MLS zmniejszyła się mniej efektywnie, z 11,5 ± 4,8 mm do 4,7 ± 4,8 mm, u 31 zmarłych pacjentów. Autorzy usunęli stosunkowo małe płaty kostne o powierzchni 7643 mm2 u chorych, którzy przeżyli i 7372 mm2 u chorych zmarłych. Zasugerowali, że u niektórych pacjentów należało zastosować szerszy DC, aby zwiększyć prawdopodobieństwo przeżycia, prawdopodobnie poprzez dalsze obniżenie ICP i zmniejszenie MLS. Aby pomóc w podejmowaniu decyzji przed- i śródoperacyjnych, nasz wzór dostarcza łatwej metody szacowania objętości proponowanego płata kostnego, czyli wysiłku dekompresyjnego .

Oprócz DC, MLS był również używany jako neuroanatomiczny predyktor wybudzenia u pacjentów w ostrej śpiączce. Kowalski i wsp. przeprowadzili prospektywne badanie obserwacyjne, do którego włączono wszystkich pacjentów w śpiączce o nowym początku, przyjętych na oddział krytycznej opieki neurologicznej w ciągu 12 kolejnych miesięcy. Tomografię komputerową analizowano niezależnie od siebie na początku śpiączki, po wybudzeniu i w czasie obserwacji. MLS mierzono w SP i szyszynce. Spośród 85 badanych pacjentów średni wiek wynosił 58 ± 16 lat, 51% stanowiły kobiety, a 78% miało mózgowo-naczyniową etiologię śpiączki. Autorzy nie opisali, w jaki sposób leczyli tych chorych, ani farmakologicznie, ani chirurgicznie. Łącznie wybudziło się 43 chorych. W badaniu TK wykonanym na początku śpiączki rozległość MLS szyszynki była mniej wyraźna u tych chorych, którzy się obudzili. Czas, jaki upłynął od początku śpiączki do kontrolnego badania TK był podobny u pacjentów, którzy się obudzili (mediana 4 dni) i u tych, którzy się nie obudzili (mediana 3 dni). W kontrolnym badaniu TK MLS mniejszy niż 6 mm w SP i szyszynce był związany z wystąpieniem śpiączki. Odwrócenie lub ograniczenie przemieszczenia bocznego mózgu wiąże się z ostrym wybudzeniem u chorych w śpiączce. Autorzy zasugerowali, że MLS może być obiektywnym parametrem, który może być wskazówką dla rokowania i leczenia u tych pacjentów. Dodatkowymi niezależnymi predyktorami wybudzenia były: młodszy wiek, wyższy wynik w skali GCS na początku śpiączki oraz etiologia śpiączki nieurazowej.

4.2. Development of Novel Imaging Features of Mass Effect

Derived from TBI studies, perimesencephalic cisternal compression and MLS are imaging features representing mass effect. Z definicji efekt masy, który sam w sobie powoduje wzrost ICP i upośledzenie perfuzji mózgowej, jest wtórny do masy wewnątrzczaszkowej, takiej jak EDH lub SDH. Taki „uraz wtórny” jest patofizjologicznie różny od uszkodzenia spowodowanego przez masę wewnątrzczaszkową, czyli „urazu pierwotnego”. Dlatego cechy masy wewnątrzczaszkowej, takie jak jej objętość lub grubość, oraz cechy efektu masy są traktowane jako różne zmienne, które wpływają na wyniki leczenia niezależnie i są wymienione jako oddzielne pozycje w wytycznych. Mizutani i wsp. przeprowadzili analizę regresji wielokrotnej w celu zbadania zależności między początkowym ICP a wynikami pierwszego badania TK u 100 kolejnych pacjentów z TBI o nasileniu od umiarkowanego do ciężkiego. Byli w stanie oszacować ICP u 80% pacjentów. Wymienione w kolejności ważności cechy TK, które przyczyniły się do oszacowania ICP, to ucisk cystern, wielkość SDH, wielkość komór, stan SAH, stan stłuczenia mózgu, MLS i wskaźnik komorowy. Zmienne te można pogrupować na te reprezentujące uraz pierwotny i te reprezentujące uraz wtórny.

Jednakże Quattrocchi i wsp. znaleźli interakcję pomiędzy wielkością krwiaka a MLS . Kiedy rozważa się wyniki pacjentów i wskaźniki śmiertelności, ich badanie wskazało, że MLS nieproporcjonalny do grubości krwotoku wewnątrzczaszkowego, mierzony promieniście od wewnętrznego stołu czaszki, był wysoce użytecznym predyktorem złego wyniku pacjenta po TBI. Podobna interakcja została ponownie odkryta przez Bartelsa i wsp. Stwierdzili oni, że MLS w stosunku do grubości SDH prognozuje śmiertelność. Do badania włączono 59 chorych poddanych ewakuacji SDH i intensywnemu leczeniu z powodu podwyższonego ICP, z których 29 zmarło. Stwierdzili oni silną korelację między MLS przekraczającym grubość krwiaka o 3 mm lub więcej a późniejszą śmiertelnością. U tych 8 chorych okazało się, że uraz spowodował więcej uszkodzeń niż tylko ostry SDH. Podobnie jak w przypadku dużych zawałów MCA, to dodatkowe uszkodzenie powoduje obrzęk mózgu, pogłębiając MLS. Autorzy doszli do wniosku, że zależność między MLS a grubością krwiaka może być uwzględniona jako oddzielny czynnik predykcji wyniku.

Ponieważ MLS jest mierzona w SP, z pewnością mają na nią wpływ zmiany kształtu i wielkości komór. Toth i wsp. przeprowadzili retrospektywne badanie u 76 dorosłych z ciężkim tępym TBI wymagającym wentrykulostomii. Dokonali oceny ilościowej objętości lewej i prawej komory bocznej za pomocą wspomaganych komputerowo ręcznych pomiarów wolumetrycznych. Sześćdziesięciu pacjentów nie miało MLS lub miało małe (mniej niż 5 mm) MLS na początkowym badaniu CT. Spośród nich u 15 pacjentów rozwinęła się później MLS większa niż 5 mm. Wykazano, że wstępny stosunek wielkości komór bocznych (LVR) większy niż 1,67 pozwala przewidzieć późniejszy duży MLS z czułością 73,3% i swoistością 73,3%. Stwierdzili, że analiza LVR jest prosta i szybka do wykonania i może pozwolić na wcześniejszą interwencję w celu złagodzenia późniejszego MLS. Nie dyskutowano, czy ventriculostomia zmodyfikowałaby ich pomiar.

5. Wnioski i przyszłe kierunki

Przesunięcie linii środkowej jest dobrze sprawdzonym złożonym objawem obrazowym, który można zmierzyć za pomocą CT, MRI i US. Standaryzacja pomiaru MLS ułatwia komunikację i porównania między różnymi oceniającymi oraz pozwala na dalszą automatyzację. Podsumowaliśmy obecny stan wiedzy na temat pomiaru MLS i jego związku z innymi parametrami klinicznymi i obrazowymi. Omówiono charakterystykę, ograniczenia i walidację zautomatyzowanych algorytmów wspomagających pomiar MLS. Zwróciliśmy również uwagę na nowe parametry obrazowania lub ich kombinacje, które mogą prowadzić do lepszego zrozumienia przemieszczeń i deformacji mózgu oraz ich implikacji klinicznych. Oprócz udoskonalenia obecnej praktyki pomiaru MLS na osiowych obrazach TK, MRI i USG, ocena MLS na plastrach koronowych lub trójwymiarowych objętościach dostarczy dalszych informacji, które mogą być wykorzystane do optymalizacji medycznych lub chirurgicznych metod leczenia masy wewnątrzczaszkowej i jej efektu masowego.

Konflikt interesów

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów w związku z publikacją tej pracy.

Podziękowania

Ta praca była wspierana przez Tajwańskie Ministerstwo Nauki i Technologii (Grant 106-2314-B-002-082).