脑内出血清除术患者脊髓皮质束成像与运动功能关系研究Corticospinal Tractography and Motor Function in Patients Undergoing Intracerebral Hemorrhage Evacuation | Stroke: Vascular and Interventional Neurology

摘要

背景

随机对照试验证据表明，对适当选择的患者进行微创脑内出血(ICH)清除可以改善预后。然而，仍有必要优化患者选择、手术技术和ICH清除后的预后评估。磁共振弥散张量成像(DTI)可以可视化和量化关键的白质通路。脊髓皮质束DTI(CST-DTI)与运动功能相关，了解这一点可能有助于改善接受ICH清除术患者的治疗和预后。

方法

回顾性分析了接受围手术期DTI检查的ICH清除患者。通过医学研究委员会评分标准(半身最高10分)，将CST指标(分数各向异性、径向扩散率、轴向扩散率、测地线各向异性、纤维计数和通路体积)与术前和术后的对侧运动功能相关联。使用Pearson相关分析估计暴露因素与临床结果之间的关系；通过Wilcox符号秩检验确定随时间推移的运动功能变化。

结果

共纳入17名患者，其中12名有术前和术后DTI数据，7名有匹配的术前和术后DTI数据。术前测地线各向异性与对侧半身术前运动功能(R = 0.616，P = 0.032，Pearson相关)和术后第1天的运动功能(R = 0.606，P = 0.038)显著相关。从术前到术后即刻期，多名患者的变形CST得到恢复。术后轴向扩散率与术后即刻运动功能(R = 0.700，P = 0.011)以及ICH术后中位随访6.3个月时的运动功能(R = 0.608，P = 0.036)相关。从术后第1天到最后一次随访，受影响半身的运动评分有显著提高(中位数，4.0比6.0；P = 0.038，Wilcox符号秩检验)。

结论

术前CST-DTI指标与微创ICH清除术后术前和术后即刻运动功能相关。在部分患者中可以看到ICH清除术后恢复的CST。此外，术后轴向扩散率可能是ICH清除术后长期运动功能的标志物。

图形摘要

脑内出血(ICH)是一种高发病率的卒中形式，相关死亡率>20%，约80%的患者在ICH后3个月有残留症状影响生活质量。ICH的一种有前景的治疗干预是手术清除。尽管ICH历史上主要通过非手术方式管理，但越来越多的文献证明了神经外科干预对ICH的有益作用。Pradilla等人的一项关键多中心随机试验证明了微创ICH清除改善功能预后的价值。然而，最佳患者选择仍不明确。Pradilla等人证明位置可能是一个关键因素：脑叶ICH患者可能从清除中获益，而基底节区ICH患者获益可能有限。其他因素，如手术清除时间，也已被证明与后续临床结果相关。然而，仍有必要进一步优化ICH患者的患者选择、手术技术和预后评估工具。

弥散张量磁共振成像(DTI)可以可视化大脑中的关键白质通路，并可能指导ICH的手术治疗、预后评估和后续康复。脊髓皮质束(CST)是允许人类启动自主运动的主要白质通路。鉴于运动功能对生活质量的重要性，初步文献主要关注ICH后CST与相关运动功能的关系。与粗略的解剖位置(即脑叶与基底节区ICH)相比，不同位置的治疗效果差异可能是因为ICH与关键功能解剖(如CST)之间的关系。CST受压可能是ICH导致运动障碍的主要原因。相反，手术入路对CST的医源性损伤可能会限制清除的益处，而术前DTI的使用可能避免这种情况。因此，我们探索了接受微创ICH清除的患者中CST与运动功能之间的关系。

方法

回顾性分析了2016年至2020年间接受微创ICH清除的连续患者。本研究已获当地机构审查委员会批准(研究编号23-00849)。用于分析的匿名数据可通过联系通讯作者获取。ICH清除的手术方法先前已被描述为立体定向ICH水下血肿抽吸术。简言之，使用立体定向导航引导至血肿的轨迹，该轨迹沿着血肿长轴最大化，同时避免关键的解剖或血管结构。创建1.5厘米钻孔，并在立体定向引导下将抽吸-灌洗装置放置到血肿中。在内窥镜可视化下，对血肿进行灌洗/抽吸，并对任何活动性出血部位进行凝固。纳入了术前和术后均进行磁共振成像(MRI)并包含DTI序列的患者。记录的临床参数包括年龄、生物学性别、影像学特征和神经功能。使用(长度×宽度×高度)/2方法通过计算机断层扫描记录术前和术后的ICH体积。还记录了脑室内出血的存在。清除的手术入路在每种情况下均基于能够清除血肿的最短轨迹确定，同时尽量减少穿过功能组织。

非标准缩写和首字母缩写词

CST：脊髓皮质束

DTI：弥散张量磁共振成像

ICH：脑内出血

临床视角

新发现：

• 弥散张量成像参数与脑内出血清除后的即刻和长期运动结果相关。

临床意义：

• 弥散张量成像可能有助于指导手术干预，并帮助接受手术干预的脑内出血患者的长期预后评估。

术前(手术清除前)、术后第1天和最后一次临床随访时记录神经功能。运动功能根据医学研究委员会评分标准进行评分，从0(无运动)到5(完全力量)。根据上肢和下肢最弱肌群，在受影响的半身(出血侧对侧)分配运动评分。结合上肢(最高5分)和下肢(最高5分)，运动评分范围从0(受影响半身无运动)到10(受影响半身完全力量)。所有患者在出血侧对侧都有运动缺陷。

MRI-DTI数据使用手术规划软件(Modus Plan，Synaptive Medical，多伦多，加拿大)进行分析。对T1或T2加权成像进行自动颅骨剥离。对DTI数据进行运动伪影、涡流畸变和磁场不均匀性校正。在剥离颅骨的解剖图像和后处理的DTI数据之间执行线性共配准。实施确定性束成像，使用自动束聚类算法生成CST图，从全脑白质束图创建患者特异性CST分割。生成CST定量指标，包括分数各向异性、径向扩散率、轴向扩散率、测地线各向异性、纤维计数和通路体积。报告并分析沿受出血影响的CST部分的定量DTI指标的平均值。使用Pearson相关确定CST指标、其他临床参数与每个时间点运动功能之间的关联程度和显著性。对于这项探索性回顾性研究，没有一个DTI指标被视为主要指标。使用Wilcox符号秩检验确定CST指标和运动功能随时间的变化。所有统计比较均使用R软件进行。还分析了潜在的临床混杂因素或效应修饰因素对运动结果的影响，包括初始ICH体积、清除程度和年龄。通过Pearson相关分析验证这些因素与感兴趣结果无关(P>0.05)。由于所有临床变量均为非正态分布，因此以中位数和四分位距报告。使用Pearson相关来估计连续变量之间的关系。鉴于数据非正态分布，成对统计比较使用Wilcox符号秩检验，而非成对比较使用Mann-Whitney U检验。纳入了接受立体定向ICH水下血吸术并进行了术前MRI和DTI检查的所有患者(尽管其中一部分患者MRI质量不可用)；因此，未进行样本量计算。DTI数据的可用性由MRI技术人员使用的MRI采集序列决定(而非临床参数)，因此，任何不可用的术前或术后DTI数据点均从分析中排除。无论随访时间长短，均纳入所有患者(所有患者的术后随访均>10天)。进行数据提取和分析的人员独立于所有患者的临床提供者，以限制潜在的偏倚来源。鉴于队列样本量小，未对多重比较进行统计调整。由于缺乏显著混杂因素和样本量小，未进行多变量分析和混杂因素/效应修饰因素调整。

结果

临床特征

纳入了17名具有可用围手术期DTI数据的患者。12名患者(70.6%)为男性，患者中位年龄为70.8岁(四分位距[IQR]，55.4-74.9岁)。清除前ICH平均体积为45.1立方厘米(cc)(IQR，26.9-57.3 cc)，清除后为8.8 cc(IQR，3.5-23.3 cc)，清除体积中位数为82.0 cc(IQR，69.6-82.8 cc)。5名患者(29.4%)存在脑室内出血，其中2名需要放置外部脑室引流管进行治疗。11例(64.7%)影响右半球。受影响半身的术前运动评分(上下肢正常力量最高10分)在入院时为中位数4(IQR，1-6)，在术后第1天为4(IQR，1-5)，在最后一次随访时为6(IQR，2-10)。临床随访中位数为6.3个月(IQR，1.3-24.6个月)；除1名患者外，所有患者至少有1个月的临床随访。基本人口统计学和临床信息见表1。

表1. 基线人口统计学和临床变量

EVD表示外部脑室引流；ICH，脑内出血；IQR，四分位距；NIHSS，美国国立卫生研究院卒中量表。

CST参数和统计分析

12名患者各有术前和术后DTI，7名具有匹配的术前和术后DTI。术前测地线各向异性与对侧半身术前运动功能(R = 0.616，P = 0.032，Pearson相关)和术后第1天的运动功能(R = 0.606，P = 0.038)显著相关。从术前到术后即刻期，多名患者的变形CST得到恢复(图1)。尽管术前和术后即刻运动评分相似(图2)，但从术后第1天到最后一次随访，受影响半身的运动评分有显著提高(中位数，4.0比6.0；P = 0.038，Wilcox符号秩检验)。术后轴向扩散率与术后即刻运动功能(R = 0.700，P = 0.011)相关，并与ICH术后中位随访6.3个月时的长期运动功能相关(R = 0.608，P = 0.036；图3)。术前ICH体积与术前运动评分之间无显著关联(R = 0.111，P = 0.671)。术后ICH体积与术后第1天的运动评分(R = -0.174，P = 0.504)或最终随访时的运动评分(R = -0.196，P = 0.451)之间无关联。其他术后束成像参数仅与术后第1天的即刻术后运动评分相关：平均扩散率(R = 0.718，P = 8.55E-3)、径向扩散率(R = 0.702，P = 0.011)和总CST体积(R = -0.615，P = 0.033)(表2)。

图1. 接受ICH清除的患者的术前和术后CST。第一列表示术前CST，第二列表示6名接受微创ICH清除的患者的术后CST。(A, B) 冠状面术前成像显示2名不同患者的CST向内侧移位，清除后形态改善。(C, D) 2名不同患者的术前CST中断，术后CST恢复。(E) 一名在轴向成像上显示CST向内侧移位的患者。(F) 另一名患者在ICH清除后CST中断得到恢复。CST表示脊髓皮质束成像；ICH表示脑内出血。

图2. 微创清除后ICH患者的运动功能。运动评分从术前到术后第1天大致稳定。在ICH清除后中位数>6个月的术后第1天和最终随访之间观察到显著改善(平均，3.8±3.5 vs 6.3±6.8；P = 0.038)。Max表示最大值。ICH表示脑内出血。

图3. 术后运动评分与ICH清除后术后轴向扩散率相关。左侧面板显示术后磁共振成像上的轴向扩散率与术后第1天半身运动评分之间存在显著相关性(R = 0.700，P = 0.011)。术后即刻轴向扩散率仍与ICH清除后中位随访6.3个月时的长期运动评分相关(R = 0.608，P = 0.036)。ICH表示脑内出血。

表2. 围手术期脊髓皮质束成像与运动功能的关联

*显著相关。

由于在两个时间点均具有DTI数据的患者数量少(n = 7)，从术前到术后期间DTI指标的统计显著变化有限。所有比较均未达到统计学显著性(P>0.05)，包括与运动功能相关的参数。

讨论

在接受微创ICH清除的患者中，我们发现术前CST测地线各向异性与术前和术后即刻运动功能显著相关。轴向扩散率与ICH清除后的即刻和长期运动功能相关。轴向扩散率是沿感兴趣通路平行的水扩散的度量，因此较大的轴向扩散率反映了CST方向上白质通路的保存。在卒中患者中，轴向扩散率先前被发现与急性和长期运动缺陷最相关。我们的初步工作表明，术后轴向扩散率也可能有助于评估ICH清除后CST的完整性，从而评估运动功能。

先前的工作探讨了ICH患者和运动结果的束成像参数。然而，这些工作大多针对非手术管理的患者，且尚未有研究评估术前和术后束成像。几组研究已证明，CST分数各向异性可以相当准确地预测非手术管理患者的长期运动功能。CST完整性在ICH手术治疗后的研究更为有限。此外，Lee等人证明了手术和非手术病例之间的显著差异，这可能限制了从非手术ICH文献中得出的发现对接受微创清除治疗的患者的普遍适用性。非手术管理中的血肿体积增加和水肿增加等因素可能为手术和非手术管理之间的CST指标和运动功能提供重要差异。

手术过程中发生的几个局部解剖变化可以解释运动功能与术前束成像变量(测地线各向异性)与术后束成像变量(轴向扩散率)之间的相关性差异。此外，我们队列的定量指标表明出血侧的CST高度受损，清除前后平均分数各向异性值均<0.30(表2)。先前文献表明，分数各向异性>0.50可能表示通路完整。在非手术环境中，符合此标准的CST组织比例在ICH后1个月内大幅增加。ICH清除后CST指标的这种纵向变化及其如何与神经功能恢复相关，仍是未来研究的重要领域。

实施术前束成像与ICH清除时机

文献中一个重要的缺失元素是在接受ICH清除的患者中进行术前CST分析。Zhang等人对22名具有术前DTI-MRI的患者的系列描述了使用CST成像指导ICH清除，但缺乏定量分析。因此，我们提供了这一独特的数据集，描述了在某中心接受ICH清除的患者的术前和术后CST数据。我们认为，在这种情况下束成像的一个重要用途可能是束成像引导的安全清除规划。这一因素在距离皮层表面更深的ICH病例(即基底节区)中可能尤为重要，这些病例更容易因手术入路而受到关键白质通路(如CST)的影响。ICH的动物模型已证明在急性期和出血后长达2个月的时间内，血肿内保存了白质。值得注意的是，我们用于血肿清除的内窥镜和立体定向ICH水下血吸方法(在方法中描述)避免了对血肿内保存的白质进行过多操作和切除。通过优化穿过血肿的直接轨迹进行灌洗和抽吸，术前束成像可以帮助保留血肿本身内仍完整的CST纤维。

Zhang等人证明，围绕CST的DTI-MRI引导方法可能在ICH清除后带来更好的功能结果。其他工作表明，CST的保留(通过分数各向异性图的目视检查确定)与ICH清除后的更好长期结果相关。术前DTI可能有助于以患者特定的方式指导安全通道，但必须与可能延误手术清除时间相平衡。我们的机构实践已发展为优先减少到手术室的延误，因此通常不获取术前MRI。尽管清除时间增加可能与改善减少相关，但快速MRI获取协议可能能够在少至10分钟内获取束成像数据。随着MRI技术和数据处理的发展，DTI的实际应用可能会进一步增加。因此，实际限制，如MRI的可及性，可能是使用术前DTI的最相关延误。此类限制需要优化ICH患者的临床工作流程，以在适当选择的患者中产生到ICH清除的最有效路径，同时最大化清除的安全性和有效性，例如使用DTI。

局限性

本工作受限于其回顾性设计以及匹配的术前和术后束成像的有限可用性。鉴于ICH清除患者中术前和术后DTI数据的缺乏，我们提供了一个初步系列，可在未来的前瞻性工作中扩展。有几种束成像获取和处理方法，这可能影响结果。我们使用确定性束成像和自动程序来确定CST。这种形式的流程允许快速分析以用于手术规划和临床工作流程，但可能产生与其他方法(如概率束成像)不同的结果。因此，这些结果需要在更多ICH患者中复制，最好是以前瞻性方式使用严格的束成像分析方法。

结论

束成像可能是安全有效ICH清除的有用辅助手段。在接受ICH清除的患者中，CST参数(如测地线各向异性)与围手术期即刻运动功能相关，而ICH大小则不相关。术后CST内更大的轴向扩散率可能是ICH清除术后长期运动功能的潜在标志物。需要更大规模的研究，结合DTI和额外的基于MRI的参数，以进一步了解ICH的病理生理学、与清除相关的变化以及长期神经预后评估。

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