Mätning av hjärnans mittlinjeförskjutning och dess automatisering: En genomgång av tekniker och algoritmer

Abstract

Hjärnans mittlinjeförskjutning (MLS) är en viktig egenskap som kan mätas med hjälp av olika bildmetoder, bland annat röntgen, ultraljud, datortomografi och magnetresonanstomografi. Förskjutning av intrakraniella strukturer i mittlinjen hjälper till att diagnostisera intrakraniella lesioner, särskilt traumatisk hjärnskada, stroke, hjärntumör och abscess. Eftersom MLS är ett tecken på ökat intrakraniellt tryck är det också en indikator på minskad hjärnperfusion orsakad av en intrakraniell massa eller masseffekt. Vi granskar studier som använt MLS för att förutsäga utfallet för patienter med intrakraniell massa. I vissa studier korrelerades MLS också med kliniska egenskaper. Automatiserade algoritmer för MLS-mätning har betydande potentialer för att hjälpa mänskliga experter att utvärdera hjärnbilder. I symmetribaserade algoritmer upptäcks den deformerade mittlinjen och dess avstånd från den ideala mittlinjen tas som MLS. I landmärkesbaserade algoritmer mäts MLS efter identifiering av specifika anatomiska landmärken. För att validera dessa algoritmer jämfördes mätningar med hjälp av dessa algoritmer med MLS-mätningar gjorda av mänskliga experter. Förutom att mäta MLS på en viss bildundersökning fanns det nyare tillämpningar av MLS som omfattade jämförelse av flera MLS-mätningar före och efter behandling och utveckling av ytterligare funktioner för att indikera masseffekt. Förslag till framtida forskning ges.

1. Introduktion

1.1. Historien om mittlinjeförskjutning som ett bildgivande kännetecken

Det mänskliga huvudet är i stort sett bilateralt symmetriskt. Även om det finns funktionella skillnader mellan hjärnhalvorna följer den grova morfologin regeln . Både cerebrum och cerebellum är symmetriska med lober, ventriklar och djupa kärnor av liknande storlek och form i båda hemisfärerna. Subtil strukturell asymmetri spelar ingen roll vid klinisk diagnostisk neuroradiologi . Genom patologiska undersökningar har läkarna redan vetat att intrakraniell massa kan orsaka hjärnförskjutning, följt av herniation, kompression av hjärnstammen och död. Därför förlitar de sig på att förskjutning av mittlinjestrukturer kan underlätta diagnosen redan från början av neuroavbildningen. Förskjutning av förkalkad tallkottkörtel på vanlig röntgenbild användes inledningsvis, följt av pneumoencefalografi och angiografi .

Efter uppfinningen av ultraljud (US), datortomografi (CT) och magnetisk resonanstomografi (MRI) blir tvärsnittsavbildningar möjliga med kraftigt förbättrad upplösning och vävnadskontrast . Även om den tredje ventrikeln (V3, figur 1) som innehåller cerebrospinalvätska (CSF) är lättare att identifiera på amerikanska bilder, beskriver de flesta författare graden av förskjutning av septum pellucidum (SP, figur 1), ett tunt membran mellan de laterala ventriklarnas främre horn (FH), i förhållande till den ideala mittlinjen (iML) på datortomografiska bilder . Oavsett om man använder sig av tallkottkörteln, V3 eller SP kallas avvikelsen av den givna mittlinjestrukturen från iML för mittlinjeförskjutning (MLS). Eftersom symmetri spelar en nyckelroll vid radiologisk utvärdering av hjärnan antas varje förskjutning av mittlinjestrukturer representera en masslesion på den sida från vilken mittlinjen förskjuts . Av praktiska skäl finns det inga akuta ”sugande” hjärnskador som drar mittlinjen mot sig själva.

Figur 1

En datortomografisk bild från en patient med traumatisk hjärnskada som visar anatomiska landmärken som används för att mäta mittlinjens förskjutning (2 mm i den här bilden) och olika typer av intrakraniella blödningar. SP: septum pellucidum, V3: tredje ventrikeln (endast den mest rostrala delen visas), SDH: subduralt hematom, SAH: subaraknoidalblödning och EDH: epiduralt hematom.

1.2. Användning av Midline Shift som en kvantitativ indikator på massverkan för att förutsäga utfallet hos traumapatienter

Sedan 1783 drog Alexander Monro slutsatsen att kraniet är en ”styv låda” fylld med en ”nästan inkompressibel hjärna” och att dess totala volym tenderar att förbli konstant . Enligt doktrinen kommer varje ökning av volymen av kraniets innehåll (t.ex. hjärna, blod eller CSF) att höja det intrakraniella trycket (ICP). Om en av dessa tre beståndsdelar ökar i volym måste det dessutom ske på bekostnad av volymen i de andra två beståndsdelarna. År 1824 bekräftade Kellie många av Monros tidiga observationer . Enligt denna doktrin kan fokal intrakraniell patologi skada alla intrakraniella strukturer genom att minska deras perfusion på grund av ökat ICP om alla kompensationsmekanismer är uttömda. Ett sådant fenomen kallas ”masseffekt”

I NIH Traumatic Coma Data Bank, en stor prospektiv multicenterstudie, har författarna undersökt data från de första datortomografierna av 753 patienter med allvarlig traumatisk skallskada (TBI), definierad som en Glasgow Coma Scale (GCS)-poäng på 8 eller mindre . När CT-fynden var relaterade till ökat ICP och död var de viktigaste egenskaperna hos skanningarna MLS, kompression eller utplåning av de perimesencefala cisternerna och förekomst av subaraknoidalt blod (subaraknoidalblödning, SAH) . I många efterföljande studier var förekomsten av MLS relaterad till ökat ICP och sämre prognos ; det finns dock en interaktion med förekomsten av intrakraniella lesioner och andra CT-parametrar, vilket sammanfattas i en tidigare översikt . MLS på CT fortsätter att vara en icke-invasiv uppskattning av ICP hos TBI-patienter innan man faktiskt mäter det under operationen och anses vara ett bildgivande kännetecken som stöder Monro-Kellie-doktrinen. Ett dosberoende samband mellan MLS och resultatet för TBI-patienter har påvisats . Liknande samband finns också mellan MLS och medvetande hos patienter med akut hemisfärisk massa .

Och även om klassificeringssystemen var mycket varierande i tidigare rapporter är MLS en kvantitativ mätning som kan göras på oförstärkta eller kontrastförstärkta bilder. Det kan ha positiva och negativa värden och kan definieras som 0 i ett ämne utan någon förskjutning alls. Eftersom MLS kan mätas i alla hjärnor, med eller utan patologi, har det blivit en integrerad del i utvärderingen av hjärnbilder. MLS är dock mindre lämplig för att representera masseffekter när det finns flera lesioner . Å andra sidan kan perimesencefalisk cisternalkompression avslöja massverkan i närvaro av bilaterala, multipla eller bakre fossa-läsioner, men det är i bästa fall en semikvantitativ mätning.

1.3. Standardisering av mätning av mittlinjeförskjutning

För att ytterligare minska variationerna i MLS-mätning hos TBI-patienter föreslog Brain Trauma Foundation (BTF) 2006 ett standardiserat protokoll för CT-avbildningsförfarandet. Standardiserade metoder för uppskattning av hematomvolym med hjälp av ””-metoden och MLS-mätning föreslogs . De föreslog att man skulle använda 5 mm axiella (horisontella) snitt från foramen magnum till sella och 10 mm snitt ovanför sella, parallellt med den orbitomeatala linjen . Eftersom nyare datortomografer kan erhålla isotropa voxlar som möjliggör bildrekonstruktion i alla anatomiska plan utan förlust av upplösning, använder många sjukhus nu 5-mm-skivor under hela proceduren .

På en given axiell bild mäts MLS på nivån för Monros foramen (FM), som är den kanal som förbinder FH:erna i de laterala ventriklarna med V3, som visas i figurerna 1 och 2. På nivån för FM kan endast den mest överlägsna delen av V3 ses, vilket illustreras i figur 2. Den största främre-posteriora diametern av V3 ligger vanligtvis kaudalt på denna nivå. I BTF-riktlinjen föreslogs att MLS (”” i figur 2(a)) skulle bestämmas genom att först mäta bredden på det intrakraniella utrymmet (””), följt av att mäta avståndet från benet till SP (””). Därefter kan MLS bestämmas genom att beräkna . I riktlinjerna rekommenderade BTF också akut kirurgi för alla traumatiska epidurala (EDH), subdurala (SDH) eller intracerebrala hematom (ICH) som orsakar ett MLS större än 5 mm .

(a)

(b)

(a)
(b)

Eftersom skallen inte alltid är symmetrisk och patienten kanske inte är helt i linje under CT-undersökningen, mäter många specialister MLS genom att först rita in iML som förenar de mest främre och bakre synliga punkterna på falx (streckad linje i figur 2 a)) och sedan mäta den längst bort belägna punkten på SP (den högra punkten i det vita horisontella linjesegmentet i figur 2 a)) som vinkelrätt från iML. Denna metod har också visat sig ha hög överensstämmelse mellan observatörerna hos patienter med spontan ICH . Dessutom är det lättare att bestämma iML än att bestämma bredden på det intrakraniella utrymmet när skallen är deformerad eller avlägsnad genom kirurgi eller trauma.

Efter att ha bevisat sitt prognostiska värde hos TBI-patienter används MLS i stor utsträckning vid bedömningen av neurologiska sjukdomar som en indikator på masseffekt. Eftersom varje sjukdom har sin egen naturalhistoria bör mätning och analys av MLS utföras inom ramen för den primära diagnosen, enligt tabellerna i tabell 1. I det här dokumentet går vi igenom vanligt förekommande avbildningsmetoder för MLS-mätning och deras tillämpningar på olika sjukdomar i avsnitt 2. I avsnitt 3 går vi igenom algoritmer för automatiserad MLS-mätning och deras fördelar och begränsningar. Nyare tillämpningar, inklusive mätningar av MLS på bilder efter behandling och utveckling av nya funktioner för masseffekt, granskas i avsnitt 4 och avslutningsvis ges avslutande kommentarer.

2. Metoder

2.1. Datortomografi

CT använder en dator för att rekonstruera tvärsnittsbilder från mätningar av röntgentransmission genom tunna skivor av patientvävnad . CT-undersökning utan kontrast är den bilddiagnostikmetod som väljs för TBI på grund av den utbredda tillgängligheten, den snabba bildförvärvet, den överlägsna detaljrikedomen av ben, möjligheten att ta bilder av hela kroppen hos många skadade patienter, de låga kostnaderna och kompatibiliteten med de flesta medicintekniska produkter som gör det möjligt att undersöka instabila patienter . På CT-bilder är det möjligt att mäta MLS med hjälp av SP, tallkottkörteln eller V3 som anatomiskt landmärke.

Generellt utförs hjärn-CT för akuta neurologiska tillstånd och MRT för subakuta eller kroniska fall. Förutom TBI är stroke ett annat viktigt akut neurologiskt tillstånd som kräver hjärnavbildning. National Institutes of Health Stroke Scale (NIHSS) poäng används ofta för att kvantifiera den neurologiska försämringen. En icke-kontrastisk datortomografi är den första bildundersökningen för strokepatienter eftersom den kan identifiera en hyperdens blödning och skilja den från en hjärninfarkt, vilket ger vägledning för ett omedelbart ingripande tillsammans med NIHSS-poängen. Tidiga tecken på infarkter på CT är dock subtila och exakt identifiering av det infarkta området är vanligtvis omöjligt .

Uppkomsten av svullnad i hjärnan är den mest fruktade livshotande konsekvensen av en ischemisk stroke med stort område. Termen malign infarkt i mellersta hjärnartären (MCA), som introducerades 1996, definierades ursprungligen som infarkt i hela MCA-territoriet, eller till och med större områden, som uppträder som områden med minskad attenuering (hypodenser) på CT inom 48 timmar . Neurologisk försämring inträffar vanligtvis hos de flesta patienter inom 72-96 timmar, men vissa patienter kan få en försämring under de följande dagarna . CT är också den bästa metoden för instabila patienter med MCA-infarkt med svullnad som kräver uppföljande avbildning. Graden av MLS används vanligen som riktmärke för radiografisk försämring. Definitionen varierar dock mellan olika studier . När malign MCA-infarkt väl har diagnostiserats är dekompressiv kraniektomi (DC) med expansiv duroplasty den enda effektiva behandlingen. DC utförs också ofta ensam eller i samband med hematomborttagning på patienter med ökat ICP efter TBI .

Pullicino et al. mätte flera parametrar på axial CT som utfördes inom 48 timmar efter insjuknandet hos 118 konsekutiva patienter med allvarlig akut hemisfärisk stroke . Rå riskfaktorer för 14-dagarsdödlighet, som inträffade hos 46 patienter, var en lesionsvolym på 400 ml eller större, en SP MLS på 9 mm eller större, en pineal MLS på 4 mm eller större, intraventrikulär blödning och koma vid intagningen. Endast SP MLS var signifikant korrelerat till överlevnad i multivariat analys men de två MLS-mätningarna var starkt korrelerade med en korrelationskoefficient på 0,82.

Lam et al. analyserade funktioner på axial CT som utfördes inom 24 timmar efter symtomdebut hos 55 patienter med akut extensiv MCA-infarkt . Författarna kategoriserade deras MLS-mätning i 3 grupper: ingen MLS, MLS mindre än 10 mm och MLS större än 10 mm. De beskrev inte heller vilket landmärke som användes för att mäta MLS. En analys av en enda förklarande variabel visade att NIHSS, förekomst av MLS, MLS större än 10 mm, infarktens omfattning, förekomst av hydrocefalus, utglesning av subarachnoidalrummet eller cella media och förlust av kortikomedullär differentiering var associerade med 30-dagarsdödligheten (14 patienter). Logistisk regressionsanalys visade att infarktens omfattning och NIHSS var de enda oberoende prediktorerna. Eftersom hjärnödem vanligtvis utvecklas senare ansåg författarna att ”tidig” MLS den första dagen var ett mycket specifikt men okänsligt tecken.

Park et al. använde diffusionsviktad MRT (DWI) inom 14 timmar och datortomografi 24 ± 4 timmar efter insjuknandet i stroke hos 61 patienter för att bedöma infarktvolymen och MLS vid SP . Graden av hjärnatrofi utvärderades också med hjälp av bicaudatekvoten. För de patienter som presenterade en akut hemisfärisk infarkt förutsäger en infarktvolym större än 220 ml eller MLS större än 3,7 mm på uppföljnings-CT cirka 24 timmar efter insjuknandet i stroke malign infarkt, vilket noterades hos 21 patienter. För infarktpatienter med mindre atrofiska hjärnor, definierade genom en bicaudatekvot på mindre än 0,16, är en initial infarktvolym större än 160 ml i en DWI inom 14 timmar efter insjuknande i stroke mycket förutsägande för ett malignt förlopp.

Spontan ICH är den vanligaste subtypen av hemorragisk stroke. Beslutet om huruvida och när ICH ska avlägsnas kirurgiskt beror vanligen på hematomvolym och läge . I likhet med traumatiska hematom uppskattas volymen av spontan ICH med hjälp av ABC-formeln . MLS som mäts vid SP eller tallkottkörteln används också för att kvantifiera progressionen av masseffekten efter ICH. Zazulia et al. fann 17 fall av MLS-progression, definierat som en ökning på mer än 2 mm, hos 76 patienter med upprepade datortomografier efter spontan supratentoriell ICH . Av dem inträffade 10 inom 2 dagar och var förknippade med hematomförstoring, och 7 inträffade senare och var förknippade med ödemprogression. Progression av masseffekten på grund av ödem inträffade med större blödningsvolymer. Jämfört med pineal MLS var SP MLS en mer känslig mätning. Den kliniska betydelsen av sent uppkommet ödem och patientens resultat rapporterades dock inte.

Song et al. korrelerade koma (GCS poäng 8 eller mindre) och anisokori med CT-fynd hos 118 patienter med spontan supratentoriell ICH . Univariatanalys visade att hematomvolym, poäng för intraventrikulär blödning och amplituden av MLS var relaterade till koma och anisokori. Den genomsnittliga MLS var 1,3, 5,9 och 10,1 mm hos patienter utan koma, patienter med koma men utan anisokori och patienter med både koma och anisokori. Författarna nämnde inte om något specificerat landmärke användes för att mäta MLS. Dödligheten efter 30 dagar var 33,9 % och huruvida någon patient opererades rapporterades inte. Dessutom var deras kliniska fynd inte korrelerade med resultatet.

Chronic subdural hematoma (cSDH) består av tjock svart vätska likt motorolja som innehåller en lyserad blodpropp. Det förekommer vanligen hos äldre personer och utvecklingen från akut SDH till cSDH tar flera veckor . Kliniska symtom och tecken på cSDH är mindre dramatiska än vid akut SDH, som snabbt är dödligt om det inte behandlas. På datortomografiska bilder framträder cSDH som en samling med låg belysningsgrad utanför hjärnan. MLS kan vara betydande, särskilt hos patienter med atrofiska hjärnor. Kliniskt sett uppvisar de flesta patienter med cSDH huvudvärk eller lindrig lemssvaghet (hemipares) även med stora MLS. Bilateral cSDH är vanligt. När det inträffar trycks mittlinjen tillbaka till sitt normala läge, vilket gör MLS mindre användbart hos sådana patienter. Andra avbildningsegenskaper måste läggas till för att bedöma masseffekten på ett adekvat sätt.

Istället för mortalitet korreleras MLS med andra variabler hos patienter med cSDH. Jukovic och Stojanovic utvärderade 83 patienter med 53 unilaterala och 30 bilaterala cSDH för att fastställa MLS-tröskeln för hemipares . Författarna beskrev inte hur de mätte MLS. Deras resultat tyder på att tröskeln för MLS vid unilateral cSDH kan ligga på 10 mm; för bilateral cSDH var tröskeln 4,5 mm. Intressant nog är det mer sannolikt att patienter med unilateral cSDH har både hemipares (44 patienter) och MLS (48 patienter), men den mottagaroperativa karakteristiska kurvan var mindre än den som härrör från bilaterala cSDH-patienter. Författarna rapporterade inte hur deras patienter behandlades men fann hemiparesis kontralateralt till den sida där det tjockare hematomskiktet fanns i bilaterala cSDH. Vissa av deras patienter kan ha asymmetriskt fördelade ”bilaterala” lesioner som kliniskt och radiologiskt beter sig som unilaterala cSDH.

I vissa patienter med cSDH är medvetandet nedsatt. Sucu et al. utvärderade 45 patienter med cSDH som genomgick burr-hole eller twist-drill kraniostomi . De jämförde patienternas medvetandenivå mätt med GCS poäng, MLS vid tallkottkörteln och SP både under den preoperativa och tidiga postoperativa perioden. Hos varje patient var pineal MLS nästan alltid mindre än SP MLS på både pre- och postoperativa CT-bilder. De postoperativa CT-bilderna utvärderades strax efter avlägsnande av dräneringskatetrar, 2-4 dagar postoperativt. Av 45 inkluderade patienter hade 28 patienter nedsatt medvetande definierat med en GCS-score mindre än 15. Hälften av dem hade GCS poäng på 13 (8 patienter) och 14 (6 patienter). Hos patienter med cSDH och nedsatt medvetande fann de att sannolikheten för att GCS skulle återgå till 15 efter operationen ökade om SP MLS var 10 mm eller större. Författarna drog slutsatsen att det är osannolikt att en cSDH-evakuering återställer medvetandet om den associerade MLS inte är tillräckligt stor för att förklara en dålig medvetandenivå. Med andra ord gör ett litet MLS det mer sannolikt att det finns en separat orsak. I båda studierna om cSDH är MLS-trösklarna betydligt större än de som används för TBI- eller MCA-infarktpatienter. Sådana skillnader kan förklaras av olika patofysiologi och högre grad av hjärnatrofi hos cSDH-patienter.

Hjärnabscess definieras som en fokal suppurativ process inom hjärnparenkymet. I tidigare stadier av hjärnabscess som kallas cerebritis är den suppurativa lesionen dåligt avgränsad från den omgivande hjärnan. När abscesskapseln bildas i senare stadier visar kontrastförstärkt datortomografi och magnetröntgen en väldefinierad, vanligen slät och tunn, förstärkningsring (ringförstärkning) . Demir et al. utvärderade retrospektivt CT- och MRT-bilder av 96 patienter med kliniska diagnoser av hjärnabscesser . De samlade in bildgivande egenskaper i form av antalet och lokaliseringen och storleken på lesionerna samt förekomsten och omfattningen av perilesionalt ödem och MLS. Ett index för bilddiagnostikens allvarlighetsgrad konstruerades i enlighet med detta. Av dessa patienter genomgick 86 en operation, oftast aspiration (72 patienter). Författarna mätte troligen MLS nära SP eller V3, vilket framgår av deras figurer, men detaljerna gavs inte. De klassificerade MLS som mild (mindre än 5 mm), måttlig (mellan 5 och 10 mm) eller svår (större än 10 mm) och summerade sedan poäng som erhållits från andra parametrar. De visade en negativ korrelation mellan imaging severity index och initial GCS. Det fanns en signifikant skillnad mellan de kliniska och bildgivande parametrarna hos patienter med en negativ händelse jämfört med patienter med god återhämtning.

Efter DC för TBI eller malign MCA-infarkt har patienterna stora skalldefekter. De genomgår kranioplastik efter att hjärnödemet avtagit för skydd och kosmos. Förutom att avgöra om DC krävs användes MLS också för att förutsäga neurologisk förbättring efter kranioplastik. Lin et al. rekryterade 56 kranioplastikpatienter, 35 med MLS på mellan 1 och 12 mm och 21 utan MLS, och analyserade deras kliniska egenskaper. Fyrtiosex av deras patienter hade DC för TBI eller spontan ICH och 10 för stor infarkt eller intrakraniell infektion . Alla hade genomgått stora unilaterala DC med skalldefektdiametrar som var större än 100 mm. Det fanns signifikanta förbättringar av GCS, arm muskelstyrka och benmuskelstyrka ett år efter kranioplastik. En signifikant större förbättring av GCS-poängen observerades i MLS-gruppen. Åtta patienter i MLS-gruppen hade nedsänkt hjärna, vilket innebär större antecedent lesion orsakad av TBI eller stroke. Stora hjärninsatser är ofta relaterade till syndrom av trepinade (ST) efter DC när hjärnödemet försvinner med tiden. Författarna tillskriver neurologisk förbättring till upplösning av ST, men de rapporterade inte hur många av de 9 patienterna med MLS och förbättring av GCS-score som hade sunken brain.

2.2. Magnetic Resonance Imaging

MRI är en teknik som producerar tomografiska bilder med hjälp av magnetfält och radiovågor . Den ger en enastående mjukdelskontrast, som är betydligt bättre än alla andra avbildningsmodaliteter, inklusive CT och US. Hos alla patienter där intrakraniell neoplasm eller infektion är en fråga är kontrastförstärkt MRT att föredra eftersom dessa lesioner kan identifieras som onormal förstärkning. Eftersom MR-signalen är mycket svag krävs ofta en förlängd bildtagningstid och patientens medverkan, vilket gör den mindre lämplig för undersökning av instabila patienter. De axiella MRT-bilderna är rekonstruerade med hjälp av ortogonala standardplan, nämligen axialt, sagittalt och koronalt, och de axiella MRT-bilderna har en något annorlunda vinkel än deras motsvarigheter till CT-bilderna, som rekonstrueras parallellt med den orbitomeatala linjen. Trots denna skillnad är mätningen av MLS på MR-bilder och på CT-bilder i huvudsak samma process. När det skikt som innehåller relevanta anatomiska landmärken väljs ut kan MLS bestämmas genom att mäta avståndet mellan den strukturen och iML, eller halva bredden av det intrakraniella utrymmet, enligt beskrivningen i avsnitt 1.3.

Till skillnad från CT upptäcker MRI DWI den infarktade volymen inom de första timmarna, vilket gör det möjligt att tidigt identifiera det involverade reviret och förutsäga hjärnsvullnad, inklusive malign MCA-infarkt. CT förblir dock huvudstödet för att diagnostisera hjärnsvullnad vid uppföljande avbildning när klinisk försämring inträffar. I en prospektiv, multicenter, observationell kohortstudie studerade Thomalla et al. patienter med akut MCA-infarkt med hjälp av MRT-tekniker, inklusive DWI, perfusionsavbildning och MR-angiografi inom 6 timmar efter symtomdebut . Av 140 inkluderade patienter utvecklade 27 maligna MCA-infarkter, definierade som en försämring av NIHSS-poängen och en stor MCA-infarkt på uppföljande MRT eller CT av minst två tredjedelar av MCA-territoriet med kompression av ventriklar eller MLS. I den här studien används MLS som en slutpunkt snarare än en resultatprediktor. När den upptäcks tillsammans med stor infarkt på MRT eller CT kan malign MCA-infarkt diagnostiseras. En kvantitativ definition av MLS gavs dock inte. Även om CT är den säkraste undersökningen för instabila patienter med neurologisk försämring kan MLS hos vissa patienter upptäckas på uppföljande MRT före klinisk försämring. Det förspecificerade tröskelvärdet för en DWI-lesionsvolym större än 82 ml förutspådde malign infektion med hög specificitet men sensitiviteten var låg. Författarna drog slutsatsen att i en undergrupp av patienter med små initiala DWI-lesionsvolymer krävs upprepade diagnostiska tester. Av samma anledning utfördes också rutinmässig CT-uppföljning med MLS-mätning av Park et al. som tidigare beskrivits i avsnitt 2.1 .

Cerebral venös trombos (CVT) är en sällsynt strokesubtyp med ett mycket varierande kliniskt förlopp. Yii et al. genomförde en retrospektiv studie av 106 konsekutiva patienter med bilddiagnostiskt bekräftad CVT från 1997 till 2010 . Deras studie visade att venösa infarkter och hyperintensitet på DWI var förknippade med klinisk försämring. Andra bildgivande egenskaper, inklusive parenkymalblödning, vasogent ödem, MLS och trombosens placering, var inte prediktiva för klinisk försämring. Dessa resultat tyder på att CVT har en annan naturlig historia än MCA-infarkt.

Intrakraniell neoplasm och abscess kan ha liknande subakut historia och fokalt neurologiskt underskott. Både abscess och tumör har perifokalt (omgivande) ödem, men den förstnämnda tenderar att ha ringförstärkning på CT- och MRT-bilder medan den sistnämnda kan vara solid eller cystisk med tjock, oregelbunden vägg. Demir et al. gjorde kontrastförstärkt MRT på patienter med kliniska diagnoser av hjärnabscess när det inte fanns någon kontraindikation . På MRT kan MLS mätas med samma teknik som på CT. Dessa resultat kan jämföras direkt och samlas ihop för vidare statistisk analys, enligt beskrivningen i avsnitt 2.1.

Baris et al. granskade MRT-bilderna av 40 patienter med primära och 40 med metastatiska intraaxiala supratentoriella hjärntumörer . Gruppen supratentoriella primära solitära hjärntumörer delades också in i en undergrupp för glioblastoma multiforme (GBM) (24 patienter) och en undergrupp för andra än GBM (16 patienter). MLS, tumörvolym, perifokal ödemvolym och förhållandet mellan ödem och tumör mättes. De patologiska diagnoserna för primära tumörer som inte är GBM omfattar tumörer av lägre grad och mindre aggressiv subtyp. Författarna använde axiella FLAIR-bilder för att mäta subfalcine herniation, vilket verkade vara synonymt med MLS. De rapporterade dock inte om något specifikt landmärke, till exempel SP, användes. Graden av MLS kategoriserades som herniation av grad 1 när MLS var mindre än 5 mm och som herniation av grad 2 när MLS var större. Deras resultat visade att MLS och tumörvolym i primärtumorgruppen var större än i metastasegruppen medan ödemvolymen i förhållande till tumörvolymen var mindre. MLS större än 5 mm var vanligare i primära tumörer. Eftersom större tumörer har större MLS och mindre extra utrymme för ödem kan skillnaden i tumörstorlek mellan grupperna bidra till dessa skillnader.

Vid sidan av maligna tumörer har benigna hjärntumörer olika biologiskt beteende och naturlig historia. Zeidman et al. granskade 21 som hade seriella MRT-hjärnscanningar för att bestämma tillväxthastigheten hos icke-opererade meningiom . Beslutet att inte operera omfattade avsaknad av relaterade neurologiska symtom eller tecken och oro för hög operativ risk för neurologisk försämring. De drog slutsatsen att den genomsnittliga volymetriska tillväxten var betydligt större än den planimetriska tillväxten. Även om de också registrerade särskilda bildgivande egenskaper, inklusive förkalkning, T2-hypointensitet, dural svans, masseffekt och MLS, var ingen av dem korrelerad med tillväxthastigheten. Eftersom meningiom oftast är godartade långsamt växande tumörer förblir ICP normalt tills tumören blir mycket stor. Därför spelar MLS liten roll när man följer meningiompatienter.

2.3. Ultraljud

US-avbildning utförs med hjälp av pulsechoteknik. Den amerikanska transduktorn omvandlar elektrisk energi till en kort högfrekvent ljudpuls som sänds in i patientens vävnader, och sedan blir den en mottagare som upptäcker ekon av reflekterad ljudenergi. I stället för att avbilda hela den anatomiska volymen och rekonstruera standardiserade axiella, sagittala och koronala skikt, framställs amerikanska bilder i vilket anatomiskt plan som helst genom att justera transducerns orientering och vinkling och patientens position. Visualisering av anatomiska strukturer med US begränsas av ben och av gasinnehållande strukturer som skallen och tarmarna.

Med undantag för spädbarn är US inte det första diagnostiska verktyget för avbildning av hjärnan. Patienter med neurologiska tillstånd genomgår först en CT- eller MRT-undersökning. Därefter kan US användas för att utvärdera karotiderna eller för att utvärdera de intrakraniella kärlen med transkraniell färgdopplersonografiteknik (TCCS). En viktig fördel med US är att det är bekvämt att göra en undersökning vid sängen, vilket är till hjälp för instabila patienter som kan ha respiratorer, monitorer och intravenösa pumpar, vilket gör transporten både besvärlig och riskabel .

Seidel et al. utförde en TCCS-undersökning vid sängen för att studera MCA-flödesmönster hos strokepatienter . De drog slutsatsen att TCCS kan ge snabba och tillförlitliga uppgifter om strokesubtyp och mekanism omedelbart efter insjuknandet, men undersökningen kunde inte utföras på grund av otillräckligt tidsmässigt akustiskt fönster hos 17 av deras 84 patienter. Dessutom var de också pionjärer när det gällde MLS-mätning med hjälp av US, med stöd av TCCS . Efter att ha identifierat artärerna i Willis-cirkeln justerades insonationsfönstrets djup så att mellanhjärnan i mitten av bilden och den kontralaterala skallen blev synliga. Från denna position lutades transduktorn 10 grader uppåt för att identifiera V3 med hjälp av dess hyperechoiska marginaler och den omgivande hypoechogena thalamus och hyperechoiska tallkottkörteln. Även om det amerikanska skanningsplanet är något lutat är det ungefär horisontellt. Avstånden mellan den amerikanska sonden och V3:s centrum mättes från båda sidor av huvudet. Dessa två avstånd, och , kan sedan användas för att beräkna MLS enligt formeln . Matematiskt sett är denna formel densamma som MLS-formeln som beskrivs i avsnitt 1.3.

I hjärnor med degenerativa sjukdomar är det möjligt att hitta V3 och mäta dess diameter med hjälp av transkraniell B-modebild . När ventriklarna är komprimerade hjälper dock TCCS till att hitta V3 och mäta MLS. Därför använder vi termen ”US” för att beskriva hela mätprocessen, inklusive identifiering av det arteriella flödet med hjälp av TCCS, i följande avsnitt. För att validera MLS-mätningen med hjälp av US används en motsvarande CT-bild inom ett givet tidsfönster, vanligtvis timmar, som guldstandard . Eftersom det amerikanska skanningsplanet är ungefär horisontellt jämfördes vanligtvis sonografiska MLS-mätningar och CT MLS-mätningar direkt utan någon omvandling eller konvertering.

Stolz et al. rekryterade prospektivt 61 patienter med supratentoriell infarkt (45 patienter) eller intracerebral blödning (16 patienter) . Totalt 122 sonografiska mätningar av MLS vid sängen jämfördes med CT-data inom ett tidsfönster på 12 timmar. Den totala korrelationskoefficienten var 0,93. För de 50 US-mätningar som gjordes inom ett 3 timmars fönster var korrelationen ännu bättre. Det övergripande 95-procentiga konfidensintervallet för MLS-differensen mellan TCCS- och CT-mätningar var ±1,78 mm. Alla skillnader var mindre än 2 mm. Förutom att validera sina resultat drog författarna slutsatsen att US är särskilt lämplig för kritiskt sjuka patienter som inte kan transporteras. De rapporterade inte om någon patient uteslutits på grund av otillräckligt temporalt akustiskt fönster.

Efter att ha bekräftat noggrannheten hos sonografisk MLS-mätning rekryterade dessa författare 42 personer med akut, allvarlig hemisfärisk stroke som definierades som att de hade poäng på den skandinaviska strokeskalendern på mindre än 35 poäng . CT och duplexsonografi av karotis utfördes vid intagningen. TCCS utfördes 8 ± 3, 16 ± 3, 24 ± 3, 32 ± 3 och 40 ± 3 timmar efter insjuknandet i stroke. Infarktens storlek fastställdes med hjälp av uppföljande CT. Tolv av deras patienter dog till följd av cerebral herniation och 28 överlevde. Två män fick DC 27 och 30 timmar efter stroke och överlevde. De uteslöts från vidare analys. MLS var signifikant högre i herniationsgruppen redan 16 timmar efter insjuknandet i stroke. Dödligheten var 100 % när den sonografiska MLS var större än 2,5, 3,5, 4,0 och 5,0 mm efter 16, 24, 32 respektive 40 timmar. Sexton av 42 patienter var sederade och artificiellt ventilerade under de första 48 timmarna, vilket gjorde den kliniska övervakningen extremt svår. Författarna föreslog att TCCS-övervakning av MLS vid sängen är ett diagnostiskt alternativ hos kritiskt sjuka patienter som annars inte kan övervakas på ett adekvat sätt.

Tang et al. utvärderade 51 konsekutiva patienter med akut spontan supratentoriell ICH med hjälp av US . Arton patienter exkluderades på grund av dåliga temporala akustiska benfönster på minst en sida av skallen. Förutom MLS mätte de även MCA:s pulsatilitetsindex (PI) och jämförde det med CT-data, inklusive MLS och hematomvolym beräknad med hjälp av formeln . Korrelationskoefficienten mellan MLS med US och CT var 0,91. Jämfört med ICH-volym mindre än 25 ml hade de med större volym större MLS och högre PI för den ipsilaterala MCA. Med hjälp av US var MLS mer känslig och specifik än PI för att upptäcka stor ICH och förutsäga dåligt resultat. Författarna bekräftade noggrannheten hos sonografisk MLS-mätning och drog också slutsatsen att övervakning av MLS med hjälp av US kan upptäcka hematomexpansion och förutsäga funktionellt utfall på kort sikt. De gav en patient vars hematomexpansion upptäcktes med US och bekräftades med uppföljande CT, men om det fanns andra patienter med liknande förlopp rapporterades inte.

Llompart Pou et al. genomförde prospektivt 60 TCCS-studier vid sängen hos 41 TBI-patienter med ett genomsnittligt tidsintervall mellan kranie-CT och TCCS-studier på 322 ± 216 min . Enligt Marshalls (TCDB) klassificering var 11 av deras 60 CT-studier av typ V (evakuerad massa). Författarna rapporterade dock inte ytterligare detaljer om de operationer som utförts. Ingen patient uteslöts på grund av otillräckligt akustiskt fönster. Korrelationskoefficienten mellan MLS mätt med CT och TCCS var 0,88. Skillnaderna mellan dem varierade från +2,33 till -2,07 mm med ett genomsnitt på 0,12 mm. Det fanns inga statistiskt signifikanta skillnader i någon undergrupp. Författarna kom fram till en liknande slutsats att sonografisk MLS-mätning är noggrann och lämplig för övervakning vid sängen hos TBI-patienter.

Sonografisk MLS-mätning med V3 som landmärke är noggrann jämfört med CT-skivor i nivå med V3 . En direkt jämförelse av sonografiska MLS-data med CT MLS-data uppmätta vid SP är dock olämplig eftersom den maximala främre-posteriora diametern av V3 är kaudal (under) och posteriort till SP. Motuel et al. genomförde en prospektiv studie på 52 konsekutiva patienter på neurokirurgiska intensivvårdsavdelningar, och av dem var 31 inlagda för allvarlig TBI . Sju patienter hade opererats för att avlägsna intrakraniell massa. Sonografisk MLS mättes så snart som möjligt före eller efter CT med V3 som landmärke. Förutom att jämföra dem med CT MLS-data vid V3 (metod 1) jämförde författarna också sina sonografiska MLS-data med ”standard” CT MLS-data vid SP (metod 2). Korrelationskoefficienten var 0,76 för metod 1 och 0,81 för metod 2. Skillnaden mellan US- och CT-mätningar var i genomsnitt 0,1 mm för metod 1 och 0,9 mm för metod 2.

Och även om det inte var statistiskt signifikant rapporterade författarna något mindre MLS som uppmättes med CT med V3 som landmärke (4,2 ± 5,5 mm) jämfört med MLS som erhölls med SP (4,7 ± 6,7 mm). Förhållandet mellan MLS och ICP undersöktes genom att undersöka resultaten från de 30 patienterna med invasiv ICP-övervakning. Ingen signifikant korrelation hittades mellan ICP och MLS som bedömdes med alla tre metoderna. Sådana resultat tyder på att MLS inte är enhetligt över det subfalcina rummet och att anatomiska begränsningar spelar en roll för att bestämma MLS vid olika anatomiska markörer. På samma sätt fanns det också skillnader mellan MLS som bestämdes med hjälp av SP och MLS med hjälp av tallkottkörteln som mättes på CT-bilder, även när de är på samma skiva . Baserat på dessa resultat verkar MLS-mätningar vara jämförbara endast när samma landmärke används.

3. Algoritmer för automatiserad mätning av mittlinjeförskjutning

Datorstödda bilddiagnostiksystem har betydande potentialer för att hjälpa mänskliga experter att utvärdera hjärnbilder. Förutom att identifiera intrakraniella lesioner bör mätning av MLS vara en viktig komponent i dessa system. I det här avsnittet går vi igenom algoritmer som kan mäta MLS automatiskt. De flesta av dem är baserade på CT-bilder men kan lätt modifieras för att fungera på MRI-bilder.

För en mänsklig specialist är det ganska okomplicerat att mäta MLS på bilder av en viss undersökning. Efter att ha valt rätt axialskiva eller nivå och hittat referenspunkten som bestäms antingen av iML eller av mittpunkten av det intrakraniella rummets bredd, kan MLS mätas som det vinkelräta avståndet mellan landmärket (SP eller tallkottkörteln) och referenspunkten. Det är lätt för ett datorsystem att mäta avstånd på digitala bilder. Specialiserade tekniker för förbehandling och extraktion av egenskaper måste dock tillämpas för att hitta de relevanta punkterna på de ingående bilderna innan MLS faktiskt mäts. Ett antal metoder som upptäcker det intakta midsagittalplanet (iMSP) på en komplett CT-studie av hjärnan kan användas för att ge information om iML på det enda skikt som används för att mäta MLS. För att mäta den ”standardiserade” MLS på FM-nivå måste dessutom rätt skiva identifieras korrekt manuellt eller automatiskt.

Algoritmer som mäter MLS klassificeras i två typer: symmetribaserade och landmärkesbaserade. I symmetribaserade algoritmer är det inte nödvändigt att känna igen specifika anatomiska landmärken. I stället söks en kurva som förbinder alla förskjutna och deformerade strukturer. Eftersom vissa strukturer, t.ex. SP och tallkottkörteln, är förskjutna av en intrakraniell massa, medan andra, t.ex. ventriklarna och corpus callosum, är deformerade, använder vi termen ”deformerad mittlinje (dML)” för att kollektivt beskriva denna kurva . I landmärkesbaserade algoritmer känns specifika strukturer, ofta delar av de laterala ventriklarna, först igen. Inom de givna (ventrikulära) regionerna identifieras SP eller ett annat landmärke och MLS mäts därefter.

3.1. Symmetribaserade metoder

Liao et al. föreslog en automatiserad metod för att känna igen dML på CT-skivor i nivå med FM . Som framgår av figur 2(b) delades dML upp i tre segment: de övre och nedre raka segmenten (svarta linjer) som representerar delar av den hårda falx cerebri som skiljer de två hjärnhalvorna åt, och det centrala böjda segmentet som bildas av en kvadratisk Bezier-kurva (vit kurva) och som representerar den mellanliggande mjuka hjärnvävnaden. Författarna antog att dML är kurvan med maximal bilateral symmetri, beräknad genom att minimera den summerade kvadraten av skillnaderna mellan alla pixlar i mittlinjen över ett horisontellt (vänster-högre) område på 24 mm. För att ytterligare förenkla beräkningen antogs de övre och nedre falxsegmenten vara orörliga, vilket gjorde dem till vertikala linjer. En genetisk algoritm användes för att ta fram de optimala värdena för de fyra variabler som bestämmer positionerna för de tre kontrollpunkterna i Bezier-kurvan. Algoritmen upprepades tre gånger med de maximalt tillåtna värdena för MLS fastställda till 15, 22,5 och 30 mm. Om resultaten var stabila kunde MLS enkelt bestämmas genom den centrala kontrollpunktens position efter det att dML upptäckts. I annat fall betraktades de som misslyckanden.

Vår algoritm utvärderades på patologiska bilder från 81 konsekutiva patienter som behandlades på ett enda institut under ett år. Femtiofyra av dessa patienter hade TBI och 25 hade spontan ICH. Vår algoritm kunde mäta MLS hos 65 (80 %) patienter. Hos 62 (95 %) av dem var skillnaden mindre än 1 mm. Alla tre felaktiga resultat inträffade i bilder med MLS större än 10 mm. Även om framgångsfrekvensen för MLS-mätningar minskade med ökande MLS, kunde de flesta patienter med MLS större än 5 mm mätas korrekt. En stor nackdel med vår algoritm var den högre felprocenten i bilder av spontan ICH, som ofta uppstår vid basala ganglier nära mittlinjen. Med hjälp av manuellt och automatiskt uppmätta MLS-data utförde vi också resultatanalyser av TBI-patienter . Även om det inte var statistiskt signifikant verkade MLS vara en prediktor för mortalitet. Förutsägelse av död med ett MLS på 3,5 mm som tröskelvärde var 76 % känslig (13/17) och 71 % (24/34) specifik. För dödlighetsprediktion presterade vår automatiserade algoritm inte sämre än manuell MLS-mätning.

Chen et al. föreslog en automatisk metod för att uppskatta dML på MRT-bilder hos gliompatienter . Författarna konstruerade en förbättrad Voigt-modell som förutspådde placeringen av dML på det axiella skiktet med maximal tumördiameter med hjälp av lesionens storlek och placering. De använde en elasticitetskoefficient och en viskositetskoefficient för hjärnvävnad från litteraturen. Ett sammansatt lokalt symmetrimetriskt mått som kombinerar lokal intensitetssymmetri och lokal intensitetsgradientsymmetri föreslås för att förfina den förutspådda mittlinjen inom ett lokalt fönster vars storlek bestäms enligt en hålkameramodell. Utan teoretiska bevis har författarna empiriskt prövat olika värden på moduleringsfaktorn, och den kandidat med maximal summa av sammansatt lokal symmetri behandlades som den ”förutspådda” dML i varje enskilt fall. Därefter förfinades och utjämnades denna dML enligt lokal symmetri.

Den föreslagna metoden validerades på 30 MRI-datauppsättningar från Multimodal Brain Tumor Segmentation challenge vid MICCAI 2013-konferensen. Författarna valde manuellt ut den axiella skivan med maximal MLS, samtidigt som de anser att den motsvarar skivan med maximal tumör-till-hjärnförhållande. MLS på dessa MRI-skivor varierade mellan 0 och 6 mm. Även om den avgränsade dML inte var på den nivå som vanligen används för ”standardiserad” MLS-utvärdering och resultatbedömning, fick författaren korrekta resultat. Jämfört med manuellt spårade dML gav deras metod en genomsnittlig skillnad på 0,61 ± 0,27 mm och en genomsnittlig maximal skillnad på 1,89 ± 1,18 mm.

3.2. Landmark-Based Methods

Yuh et al. utvecklade en uppsättning datoralgoritmer i programmeringsmiljön MATLAB 7.0.1 för att utvärdera datortomografi med avseende på tecken på TBI . Algoritmen tycktes upptäcka skallen och iMSP först, men några detaljer gavs inte. Därefter upptäcktes blod- och CSF-pixlar med hjälp av lämpliga tröskelvärden för CT-täthet, rumslig filtrering och klusteranalys. När pixlar som innehåller blod har identifierats klassificeras de som EDH, SDH, ICH, SAH eller IVH beroende på deras placering i förhållande till skallen. För att beräkna MLS bedömdes symmetrin hos pixlarna för cerebrospinalvätska i de laterala ventriklarna i förhållande till iML som bestäms av skallens symmetriaxel. Volymen av klustret av basala CSF-pixlar beräknades för att bestämma statusen för de basala cisternerna. Författarna rapporterade dock inte hur CSF-pixlarna identifierades som ventriklar eller cisterner. Programvaran tillämpades sedan på ett valideringsurval av mer än 200 patienter som utvärderades för misstanke om akut TBI. Automatiserad upptäckt av förekomsten av minst ett radiologiskt tecken på akut TBI uppvisade en hög känslighet på 98 %. Författarna rapporterade inte kvantitativa MLS-mätningsresultat. De rapporterade en sensitivitet på 100 % och en specificitet på 98 % för att upptäcka MLS större än 5 mm. Eftersom det endast fanns 9 patienter med sådana fynd och ytterligare 4 patienter har falskt positiva resultat, var den positiva förutsägelsefrekvensen för deras metod för upptäckt av MLS endast 70 %.

Xiao et al. föreslog ett förfarande som kan mäta MLS genom att känna igen SP inom den givna CT-studien . Alla skivor av studien matades in i ett förbehandlingssystem som kände igen skallen och iMSP och tog bort alla extrakraniella regioner med hjälp av en kombination av filter i ett tillvägagångssätt med flera upplösningar. Därefter valdes det skikt som innehöll FH och SP ut från alla ventrikulära regioner med hjälp av expertregler och en binär nivåuppsättningsmetod med flera upplösningar. iML definierades som skärningspunkten mellan iMSP, beräknad med Lius metod , och planet på det skivan. Slutligen känns SP igen som ett isodent linjesegment inom hypodens FHs med hjälp av Hough-transform, viktad genom upprepad morfologisk erosion. Den mest avlägsna punkten på SP som är vinkelrätt mot iML användes för att mäta MLS. Vanligtvis var det den mest posteriora punkten.

Vårt system testades på bilder från 96 konsekutiva patienter som lagts in på den neurokirurgiska intensivvårdsavdelningen . Resultaten utvärderas av mänskliga experter. Vår algoritm misslyckades med att känna igen FHs i bilder av 16 patienter, alla med stora intrakraniella hematom (13 SDHs, 1 EDH och 2 ICHs) med markerad hjärndeformation. I 2 fall med cavum septum pellucidum, där SP har en separation mellan sina två bladdelar, kände vår algoritm bara igen en av de två bladdelarna. Hos de återstående 78 patienterna är den genomsnittliga skillnaden mellan automatiska och manuella MLS-mätningar 0,23 ± 0,52 mm. Markant avvikande SP identifierades framgångsrikt och MLS upp till 30 mm mättes noggrant. Skillnaden mellan automatiskt uppmätt och manuellt uppmätt MLS var mindre än 1 mm i 70 av 78 fall och mindre än 0,5 mm i 60 fall. Felet ökade inte med större MLS. Vår metod är robust och kan tillämpas både i akut- och rutinmiljöer. Trettio patienter genomgick en operation. Deras genomsnittliga MLS var mycket större än de utan kirurgi (9,2 ± 7,1 jämfört med 1,7 ± 1,3 mm, ), vilket bekräftar användbarheten av MLS för att vägleda omedelbar kirurgisk intervention.

Chen et al. presenterade ett automatiserat system baserat på datortomografiska bilder som kan skatta MLS och screena för ökat ICP . Deras metod baserades på deras tidigare arbete med ventrikelavkänning . CSF-pixlarna upptäcktes med hjälp av en Gaussisk blandningsmodell för varje CT-skiva för att klassificera pixlarna i fyra vävnadstyper: ben eller hematom, grå substans, vit substans och CSF. Med hjälp av dessa pixlar upptäcktes ventriklarna med hjälp av kriterier för storlek och placering. För att uppskatta MLS utförde författarna först en iML-skattning baserad på skallsymmetri, falx och interhemisfärisk sulcus. Därefter utfördes segmentering av ventriklarna från datortomografin och användes som vägledning för identifiering av dML genom formmatchning. Författarna ansåg att dessa processer efterliknar läkares mätningsprocess och visade lovande resultat i utvärderingen.

CT-datauppsättningar som innehöll 391 skikt från 17 TBI-patienter testades för iML- och dML-detektering, samt MLS-mätning och ICP-bedömning. I de flesta skikt (över 80 %) var felen mellan den iML som uppskattades av deras metodram och den manuella anteckningen cirka 2 pixlar, eller cirka 1 mm. För dML har över 80 % mindre än 2,25 mm skillnad förutsatt att kvaliteten på den ventrikulära segmenteringen är relativt god, definierad som ett segmenteringsresultat som möjliggör manuell MLS-mätning. Med andra ord misslyckades metoden också när ventriklarna inte kunde identifieras på grund av markerad hjärndeformation.

Liu et al. presenterade en annan landmärkesbaserad metod för att automatiskt upptäcka och kvantifiera MLS-förskjutning på TBI CT-bilder . Efter diskretisering av histogrammet klassificerades pixlar med bilderna som skalle, hematom, hjärna eller CSF. Den ”mittersta skivan”, troligen skivan på FM-nivå, upptäcktes från alla bilder i den aktuella studien med hjälp av en sannolikhetskarta som innehöll FHs, V3 och den perimesencefaliska cisternen. På den skivan upptäcktes de främre och bakre falxfästena inom ett givet intervall baserat på skallens tjocklek. En Gaussian mixture clustering process användes för att upptäcka CSF-regioner och landmärkespixlar inom dem. Flera kandidater av falxkandidater upptäcktes med hjälp av riktad enkelkopplad kedja efter kantdetektering. De rumsliga relationerna mellan dessa markörer tränades med hjälp av data från 200 patienter. Sannolikhetsfördelningen lärs in från träningsdata från den mellersta skivan från 200 patienter med hjälp av en Gaussisk blandningsmodell.

Författarna testade sin metod på en experimentell datamängd som innehöll 565 patienter med cirka 12 CT-skivor per patient. Huruvida träningsdata överlappar med testdata rapporterades inte. Mer än 100 patienter hade MLS som var större än 5 mm. Deras metod uppnådde ett maximalt avståndsfel på 4,7 ± 5,1 mm. Författaren drog slutsatsen att deras metod överträffade tidigare metoder, särskilt när det gällde stora ICH och saknade ventriklar.

4. Nyare tillämpningar: Utöver att hjälpa till med diagnosen och vägleda behandlingen

4.1. Mätning av Midline Shift efter behandling

Intrakraniella lesioner som diagnostiserats på CT eller andra bilder utvecklas med tiden. Deras form och storlek förändras också av medicinsk eller kirurgisk behandling. Efter dessa behandlingar kan MLS fortfarande mätas med samma metoder som beskrivs i avsnitt 1.3. Patienter som genomgår DC får delar av skallen borttagen, vilket gör det svårt att mäta bredden på det intrakraniella utrymmet. IML kan dock fortfarande identifieras och användas för att mäta MLS. Efter framgångsrik behandling bör MLS minska. Vi definierade mittlinjens återgång (MLR) på följande sätt: MLR = , där och betecknar MLS uppmätt från bilder efter behandling respektive från baselinebilder . Dessutom föreslog vi några kvantitativa bildparametrar för utvärdering av dekompressiva ansträngningar och dekompressiva effekter. DC-ansträngningen, kraniektomivolymen, kan uppskattas med hjälp av ABC-metoden . Å andra sidan modelleras den transkalvariella hjärnbråckvolymen (TCH), som motsvarar den behandlingseffekt som skapas av skalleavlägsnande och expansiv duroplasty, som skillnaden mellan två sfäriska kapslar .

Takeuchi et al. granskade retrospektivt preoperativa och postoperativa datortomografiska bilder av 186 konsekutiva patienter som genomgick en kirurgisk operation för TBI och undersökte de prognostiska faktorerna för nya datortomografiska fynd som uppträdde mindre än 24 timmar efter operationen . Även om det inte fanns någon standardiserad eller etablerad regel för tidpunkten för postoperativ skanning hade 139 av 186 patienter CT inom 1 timme efter operationen, inklusive 138 rutinuppföljningar. Totalt 30 nya fynd på postoperativ CT observerades hos 29 patienter (15,6 %), inklusive SDH hos 11 patienter (10 kontralaterala, 1 ipsilateral), hjärnkontusioner hos 11 (9 kontralaterala, 2 ipsilaterala), kontralateral EDH hos 5 och ischemi i hela hjärnan hos 3. Författarna rapporterade inte om postoperativa MLS vid uppföljande CT-undersökningar. Tio patienter med nya fynd genomgick sammanlagt 11 efterföljande operationer, och 7 av dem hade DC. En univariat analys visade att GCS-score på 8 eller mindre, SDH som primär indikation för operation, MLS, oblitererad basalcistern och DC var signifikant förknippade med högre risk för nya fynd. Eftersom DC utfördes som det första ingreppet hos 26 av 29 patienter med nya fynd, hade 24 av dem avlägsnande av SDH med masseffekt inklusive stor (9,0 ± 5,7 mm) MLS och obliteration av basalcistern, och dessa faktorer var verkligen nära relaterade. Multipel logistisk regressionsanalys avslöjade DC, låg GCS och basal cistern obliteration som signifikanta riskfaktorer.

Sucu et al. utvärderade 45 patienter med cSDH som genomgick burr-hole eller twist-drill kraniostomi . Även om MLS mättes både i de preoperativa och i de tidiga postoperativa CT-bilderna var det endast det preoperativa MLS som korrelerade med förbättring hos 28 patienter med nedsatt medvetande före operationen. Författarna observerade dock MLS-reduktion, eller MLR, vid både SP och tallkottkörteln hos de flesta patienter. MLR bidrar troligen till förbättringar av andra symtom än medvetandeåterhämtning, t.ex. hemipares eller huvudvärk. Att enbart mäta postoperativ MLS spelar förmodligen en mindre roll vid cSDH eftersom klinisk förbättring kan uppnås även med partiell evakuering som lämnar kvarvarande cSDH och MLS .

Jeon et al. studerade 70 patienter med malign MCA-infarkt som genomgick DC . MLS mättes vid SP och tallkottkörteln på de sista preoperativa och postoperativa CT-bilderna med ett genomsnittligt medianintervall på 8,3 timmar. Minskning av MLS, eller MLR, var förknippad med högre postoperativ GCS poäng och lägre dödlighet vid 6 månader efter stroke efter justering för ålder, kön, NIHSS poäng och preoperativ MLS. Den främre-posteriora diametern hos de benflikar som skapades med DC var cirka 130 mm. Den ”extrakraniella utbuktningsvolymen”, volymen av hjärnvävnad utanför den yta som bildas av skallfönsterkanten som skapats genom DC, var signifikant relaterad till MLS-reduktionen. I genomsnitt har patienter med MLS-reduktion den minsta infarktvolymen och de med MLS-progression den största. Skillnaden var dock inte signifikant. Huruvida större DC kan leda till större MLS-reduktion är fortfarande okänt. I stället för att mäta den extrakraniella utbuktningsvolymen kan vår geometriska modell av TCH ge en mer exakt uppskattning om den dekompressiva effekten .

Missori et al. utvärderade preoperativa och tidiga postoperativa datortomografiska bilder av 73 patienter med unilateral DC . Den tidiga postoperativa MLS mättes på bilder som erhölls inom 3 postoperativa dagar. Orsakerna till DC var hemorragisk eller ischemisk stroke hos 48, TBI hos 22 och infektion hos 3. Den enda faktorn som var förknippad med överlevnad 12 månader efter operationen var en minskad postoperativ MLS vid SP från ett preoperativt genomsnitt på 9,2 ± 3,8 mm till 2,3 ± 2,7 mm hos 42 överlevande patienter. Å andra sidan minskade MLS mindre effektivt, från 11,5 ± 4,8 mm till 4,7 ± 4,8 mm, hos 31 avlidna patienter. Författarna avlägsnade relativt små benflak, med ytor på 7643 mm2 hos överlevande patienter och 7372 mm2 hos avlidna patienter. De föreslog att vissa patienter borde ha fått en bredare DC för att öka sannolikheten för överlevnad, troligen genom att ytterligare sänka ICP och minska MLS. För att underlätta pre- och intraoperativt beslutsfattande ger vår formel en enkel metod för att uppskatta volymen av den föreslagna benfliken, det vill säga den dekompressiva ansträngningen .

Förutom DC användes MLS också som en neuroanatomisk prediktor för uppvaknande hos akut komatösa patienter. Kowalski et al. utförde en prospektiv observationsstudie som omfattade alla nytillkomna komapatienter som togs in på neurovetenskapliga intensivvårdsavdelningen under 12 på varandra följande månader . Datortomografier analyserades oberoende av varandra vid koma, efter uppvaknande och vid uppföljning. MLS mättes vid SP och tallkottkörteln. Av de 85 studerade patienterna var medelåldern 58 ± 16 år, 51 % var kvinnor och 78 % hade cerebrovaskulär etiologi för koma. Författarna beskrev inte hur de behandlade dessa patienter, vare sig medicinskt eller kirurgiskt. Sammanlagt 43 patienter vaknade upp. På CT som undersöktes vid komautbrottet var utbredningen av pineal MLS mindre uttalad hos de patienter som vaknade upp. Tiden mellan CT vid koma och uppföljnings-CT var likartad för patienter som vaknade (median 4 dagar) och de som inte vaknade (median 3 dagar). Vid uppföljnings-CT var MLS mindre än 6 mm vid SP och tallkottkörteln förknippad med uppkomsten av koma. Omvändning eller begränsning av lateral hjärnförskjutning är förknippad med akut uppvaknande hos komatösa patienter. Författarna föreslog att MLS kan vara en objektiv parameter för att vägleda prognos och behandling hos dessa patienter. Ytterligare oberoende prediktorer för uppvaknande var yngre ålder, högre GCS-score vid komautbrottet och icke-traumatisk koma etiologi.

4.2. Utveckling av nya bildgivande egenskaper för masseffekt

Härledd från TBI-studier är perimesencefalisk cisternalkompression och MLS bildgivande egenskaper som representerar masseffekt. Massverkan, som i sig själv orsakar ökad ICP och försämrad cerebral perfusion, är per definition sekundär till intrakraniell massa såsom EDH eller SDH. En sådan ”sekundär skada” skiljer sig patofysiologiskt från den skada som orsakas av den intrakraniella massan, eller ”primär skada”. Därför behandlas egenskaper hos en intrakraniell massa, t.ex. volym eller tjocklek, och egenskaper hos massverkan som olika variabler som påverkar patientens resultat oberoende av varandra och anges som separata punkter i en riktlinje . Mizutani et al. utförde en multipel regressionsanalys för att undersöka förhållandet mellan initialt ICP och resultaten av den första datortomografin för 100 på varandra följande patienter med måttlig till svår TBI . De kunde uppskatta ICP hos 80 % av patienterna. De CT-funktioner som bidrog till ICP-skattningen var i prioritetsordning följande: cisternkompression, SDH-storlek, ventrikulär storlek, status för SAH, status för cerebral kontusion, MLS och ventrikulärt index. Dessa variabler kan delas in i sådana som representerar primär skada och sådana som representerar sekundär skada.

Däremot fann Quattrocchi et al. en interaktion mellan hematomstorlek och MLS . När man tar hänsyn till patientutfall och dödlighet visade deras studie att ett MLS som inte står i proportion till tjockleken på den intrakraniella blödningen, mätt radiellt från skallens inre bord, var en mycket användbar prediktor för dåligt patientutfall efter TBI. Ett liknande samspel upptäcktes på nytt av Bartels et al. . De fann att MLS i förhållande till SDH-tjocklek förutsade mortalitet. Sammanlagt 59 patienter som genomgick SDH-evakuering och intensiv behandling för ökad ICP ingick i studien, varav 29 avled. De fann en stark korrelation mellan ett MLS som översteg hematomtjockleken med 3 mm eller mer och efterföljande dödlighet. Hos dessa 8 patienter verkade det som om traumat resulterade i mer skada än bara en akut SDH. I likhet med stora MCA-infarkter får denna ytterligare skada hjärnan att svälla, vilket förvärrar MLS. Författarna drog slutsatsen att förhållandet mellan MLS och hematomtjocklek skulle kunna inkluderas som en separat faktor för utfallsprediktion.

Då MLS mäts vid SP påverkas den säkerligen av förändringar i ventrikulära former och storlekar. Toth et al. utförde en retrospektiv i 76 vuxna med allvarlig trubbig TBI som krävde ventrikulostomi . De kvantifierade vänstra och högra laterala ventrikulära volymer genom datorstödda manuella volymetriska mätningar. Sextio patienter hade inga eller små (mindre än 5 mm) MLS på den första datortomografin. Av dessa utvecklade 15 patienter senare MLS som var större än 5 mm. En lateral ventrikulär storlekskvot (LVR) på mer än 1,67 vid antagning visade sig kunna förutsäga senare stora MLS med en sensitivitet på 73,3 % och en specificitet på 73,3 %. De drog slutsatsen att LVR-analys är enkel och snabbt genomförd och kan möjliggöra tidigare ingrepp för att dämpa senare MLS. Huruvida ventrikulostomi skulle ändra deras mätning diskuterades inte.

5. Slutsatser och framtida riktlinjer

Midline shift är ett välbeprövat sammansatt bildsignal som kan mätas på CT, MRI och US. Standardisering av MLS-mätning underlättar kommunikation och jämförelse mellan olika bedömare och möjliggör ytterligare automatisering. Vi har sammanfattat den nuvarande tekniken för MLS-mätning och dess förhållande till andra kliniska och bildgivande parametrar. Egenskaper, begränsningar och validering av automatiserade algoritmer som hjälper till att mäta MLS har granskats. Vi har också lyft fram nya avbildningsparametrar eller kombinationer av dem som kan leda till en bättre förståelse av hjärnans förskjutning och deformation samt deras kliniska konsekvenser. Förutom att förfina nuvarande praxis för MLS-mätning på axiella CT-, MR- och US-bilder kommer utvärdering av MLS på koronala skivor eller tredimensionella volymer att ge ytterligare information som kan användas för att optimera medicinska eller kirurgiska behandlingar av intrakraniell massa och dess masseffekt.

Intressekonflikter

Författarna förklarar att det inte finns några intressekonflikter avseende publiceringen av denna artikel.

Acknowledgments

Detta arbete stöddes av Taiwans ministerium för vetenskap och teknik (Grant 106-2314-B-002-082).