Высокая чувствительность магнитно-резонансной томографии (МРТ) при всех видах очаговых и диффузных повреждений полушарных и стволовых структур мозга, по сравнению с компьютерной томографией (КТ), обусловила большой интерес к уточнению показаний к этому исследованию, выбору МР-последовательностей и оценке прогностической значимости выявляемых повреждений при черепно-мозговой травме (ЧМТ) разной степени тяжести. В ранее опубликованных работах применяли разные последовательности МРТ, а сроки исследований варьировали от нескольких дней [1—4] до нескольких недель [5—7], что затрудняет сопоставление результатов и определение оптимальных сроков применения этого метода. Кроме того, авторы анализировали преимущественно подгруппы пациентов с ЧМТ той или иной степени тяжести. В предыдущих сериях наших работ МРТ-исследования проводили у пациентов с ЧМТ разной степени тяжести в течение первых 3 нед после травмы, используя такие последовательности, как Т1, Т2, T2-FLAIR, ДВИ, T2*GRE, SWAN, которые выявляют негеморрагические и микрогеморрагические повреждения и не требуют длительной постобработки. Это позволило предложить расширенную МРТ-классификацию локализации и уровней повреждения мозга, которая показала высокую прогностическую значимость в гетерогенной группе пострадавших с ЧМТ разной степени тяжести [8—11]. В недавно опубликованном обзоре [5] в метаанализ по оценке прогностической значимости МРТ в остром периоде ЧМТ средней и тяжелой степени включены 27 публикаций по результатам исследований, выполненных в течение 28 дней с момента травмы. По мнению авторов обзора, большинство работ, включенных в метаанализ, имели высокий уровень методологической погрешности, что в первую очередь объясняется широким диапазоном сроков обследования пациентов после травмы. В связи с этим актуальным является вопрос о том, в какой мере сроки МРТ-исследований могут оказать влияние на прогностическую значимость полученных данных, поскольку у части пациентов в остром периоде травмы имеются противопоказания или существенные ограничения для их выполнения.
Цель данного исследования — изучить прогностическую значимость предложенной МРТ-классификации травматического повреждения головного мозга при обследовании пациентов в состоянии разной степени тяжести в сроки от нескольких дней до 3 нед после травмы.
Клинические наблюдения и методы исследования
В обследованную группу включены пациенты, МРТ головного мозга которым была выполнена в первые 3 нед после ЧМТ разной степени тяжести за период с 2001 по 2017 г. Основными показаниями к МРТ-исследованию, которые формулировались при совместном обсуждении специалистов, участвующих в обследовании и лечении пациентов, являлись несоответствие данных КТ и неврологической картины, а также ее динамики, необходимость уточнения локализации и вида повреждения мозга. Обязательными условиями выполнения МРТ были отсутствие металлических имплантов, информированное согласие родственников или пациента (в ясном сознании), регресс психомоторного возбуждения, восстановление адекватности поведения пациента. Дополнительными условиями для МРТ у пациентов с тяжелой ЧМТ были стабилизация гемодинамики, нормализация внутричерепного давления, возможность полного обеспечения мониторинга и поддержания жизненно важных функций при транспортировке и в процессе выполнения исследования.
Критерием включения в настоящее исследование также была возможность оценить тяжесть состояния по шкале комы Глазго (ШКГ) при поступлении и исход по шкале исходов Глазго (ШИГ) через 6 мес после травмы при непосредственном контакте с пациентом или на основании опроса его ближайших родственников. Данным условиям и критериям для включения в анализ соответствовали 278 пациентов, составивших 15,7% всех пострадавших, поступивших за указанный период с диагнозом «острая черепно-мозговая травма».
В анализируемой группе были 83 женщины и 195 мужчин в возрасте от 8 до 74 лет (средний возраст — 31,4±13,8 года, медиана — 29 (21,3; 37,0 года).
Тяжесть состояния пациентов при поступлении в стационар варьировала от 3 до 15 баллов по ШКГ и в среднем составила 8±4 балла по ШКГ (медиана — 7 (5; 12 баллов). Медиана оценки исходов по ШИГ в исследуемой группе составила 4 (3; 4 балла).
В табл. 1 представлены
Как видно из табл. 1, в анализируемой группе доминировала автодорожная травма (67%), значительную часть составляли пострадавшие с тяжелой ЧМТ (62% пациентов), меньшую — с травмой средней степени тяжести (23% пациентов), и только у 15% пострадавших была выявлена легкая ЧМТ. У 54% пациентов в данной группе наблюдались благоприятные исходы (хорошее восстановление или умеренная инвалидизация) и у 45% — неблагоприятные исходы (смерть, вегетативное состояние или глубокая инвалидизация).
Анализ результатов МРТ-исследований проводили в соответствии с предложенной ранее МРТ-классификацией локализации и уровней поражения мозга (табл. 2).
С целью оценки прогностической значимости МРТ-классификации ЧМТ анализировали корреляции между градациями (от 1 до 8), тяжестью травмы по ШКГ и исходами по ШИГ как в общей группе 278 пациентов, так и в подгруппах пациентов, обследованных в течение первых 7 дней (n=110), 8—14 дней (n=88) и 15—21 дня (n=80) после травмы.
МРТ-исследования проводились на томографах 1,5 Т (Signa Exсite, GE) и 3,0 Т (General Electric Signa HDxt). МРТ-протокол включал структурные последовательности Т1 FSE (TR/TE/NEX=400—640 ms/15—20 ms/2), Т2 FSE (TR/TE/NEX=3000—5000 ms/≥80 ms/2), Т2-FLAIR (TR/TE/TI/NEX=8000—11 000 ms/120—130 ms/1900—2400ms/1) с толщиной среза 5 мм, диффузионно-взвешенные изображения (ДВИ) (SE-EPI, b=1000 c/мм2) с толщиной среза 5 мм (в аксиальной проекции), FOV=240×240 мм. Последовательность градиентное эхо в разные годы включала Т2*GRE, 3D GRE — SWAN (для SWAN, 3,0 Т МРТ — TR/ТЕ/NEX/flip angle = 91,5 мс / 42,5 мс /1 /20°, толщина среза 2,8 мм, FOV = 220 × 220 мм). Последовательность SWAN была выполнена 149 пациентам. При наличии массивных внутримозговых очагов повреждения или интракраниальных скоплений крови большого объема дополнительно выполнялись МРТ-исследования в сагиттальной и фронтальной проекциях.
Статистический анализ данных выполнен с помощью языка и среды для статистического программирования R (версия 3.5.0, www. r-project.org). Различия в распределениях непрерывных количественных величин оценивали с помощью непараметрического теста Манна—Уитни, категориальных — с помощью критерия χ2. Корреляционный анализ проведен с расчетом непараметрического коэффициента корреляции Спирмена. Для оценки вклада повреждений различных структур в вероятность неблагоприятного исхода был использован метод бинарной логистической регрессии. Этот же метод был применен для оценки прогностической значимости предложенной МРТ-градации с последующим расчетом специфичности, чувствительности, точности модели и площади под ROC-кривой (AUC — Area Under Curve). Модель строили на обучающей выборке размером 70%, тестировали на выборке размером 30% от исходной. Результаты статистических тестов признавали значимыми на уровне статистической значимости p<0,05.
Результаты
Для всей группы пациентов (n=278) выявлены достоверные корреляции (R=–0,66; p<0,0001; R=–0,69; p<0,0001 соответственно) между МРТ-градацией уровня поражения мозга, тяжестью состояния пострадавших по ШКГ и исходами травмы по ШИГ. С помощью методов логистической регрессии и ROC-анализа была подтверждена высокая точность (77%), чувствительность (77%) и специфичность (76%) предложенной МРТ-классификации в прогнозировании исходов ЧМТ (AUC=0,85) (рис. 1).
У 131 (47,1%) из 278 обследованных пациентов были выявлены повреждения ствола мозга (см. табл. 2), при этом наиболее значимыми (статистически достоверными) факторами неблагоприятных исходов в этой группе были повреждения таламусов и признаки компрессии базальных цистерн. На рис. 3 представлено
Далее мы провели сравнение групп пациентов, которым МРТ была выполнена в течение 1, 2 и 3-й недели после ЧМТ. Статистически значимых различий по возрасту и полу между группами не обнаружено. В первой группе выделили пациентов, МРТ которым была выполнена в первые 3 дня и на 4—7-е сутки после ЧМТ. Различия по степени тяжести состояния пациентов в этих подгруппах (медианы по ШКГ — 12 (7; 14) и 8 (6; 12) баллов соответственно) были статистически значимы (p=0,020). Различия по частоте повреждения ствола и исходов по ШИГ статистической значимости не достигали (табл. 3).
Тяжесть состояния пациентов, МРТ которым была выполнена в первые 7 сут и на 8—14-е сутки после ЧМТ (медианы по ШКГ — 9 (7; 14) и 7 (5; 11) баллов соответственно, см. табл. 3) различалась значимо (p=0,0003). Частота повреждения ствола в этих подгруппах достоверно не отличалась. Процент неблагоприятных исходов по ШИГ оказался больше в подгруппе пациентов, обследованных на 8—14-е сутки после травмы (p=0,003).
В подгруппах пациентов, МРТ головного мозга которым была выполнена в 8—14-е сутки и в 15—21-е сутки после ЧМТ, не наблюдали статистически значимых различий по степени тяжести по ШКГ, частоте повреждения ствола головного мозга и исходам по ШИГ.
Раздельный анализ прогностической значимости МРТ-классификации в 3 подгруппах пациентов, обследованных в течение 1, 2 и 3-й недели после травмы, показал достоверные корреляции между оценками по ШКГ и ШИГ, с одной стороны, и МРТ-градацией — с другой, во всех 3 подгруппах (табл. 4).
В данной серии наблюдений 58 пациентам МРТ-исследование было выполнено в течение первых 3 сут после травмы. Для этой подгруппы выявлены наиболее высокие коэффициенты корреляции между МРТ-градацией и оценками по ШКГ (R=–0,84; р<0,0001) и ШИГ (R=–0,78; р<0,0001). Аналогичные показатели корреляции для 52 пациентов, обследованных в сроки от 4 до 7 дней включительно, были также достоверными, но меньшими по значению: R=–0,53 (р<0,0001) и R=–0,60 (р<0,0001) соответственно.
Таким образом, наивысшую прогностическую значимость имели данные МРТ (в режиме T1, T2, T2-FLAIR, ДВИ, T2*GRE, SWAN), полученные на самых ранних сроках после травмы.
Обсуждение
Предложенная нами ранее МРТ-классификация травмы головного мозга [8—12] была основана на оценке локализации и уровня повреждения полушарных и стволовых структур мозга у 162 пациентов с ЧМТ разной степени тяжести в первые 3 нед после травмы. Согласно этой классификации, пациенты были распределены по 8 градациям в зависимости от вовлечения кортико-субкортикальных структур, мозолистого тела, подкорковых структур (базальных ганглиев, таламусов, внутренней и наружной капсулы), одно- или двустороннего повреждения ствола на уровне среднего мозга, моста и продолговатого мозга (см. табл. 2). Для детального выявления всех видов негеморрагических и микрогеморрагических повреждений в первые 3 нед после травмы при МРТ-исследовании применяли следующие последовательности: Т1, Т2, T2-FLAIR, ДВИ, T2*GRE, 3D GRE (SWAN). Следует подчеркнуть, что T2*GRE, а особенно 3D-градиентное эхо (SWI или SWAN) обладают высокой чувствительностью к продуктам крови и дезоксигемоглобину и успешно применяются в диагностике микрогеморрагий с первых суток до нескольких месяцев и лет после травмы [13—20].
Разработанная МРТ-классификация продемонстрировала высокую корреляцию с тяжестью состояния пациентов по ШКГ и исходами травмы по ШИГ, в связи с чем она была включена в клинические рекомендации по диагностике и лечению тяжелой ЧМТ [21]. Дальнейшее накопление клинических наблюдений по нашему протоколу МРТ-исследований позволило аккумулировать данные 278 пациентов и подтвердить высокую прогностическую значимость предложенной классификации на большем объеме наблюдений. При этом коэффициенты корреляции между МРТ-градацией, ШКГ и ШИГ в более крупной серии (R=–0,66; p<0,0001; R=–0,69; p<0,0001, n=278, см. табл. 4) были близки к аналогичным показателям, рассчитанным в меньшей серии (R=–0,62; p<0,01; R=–0,72; p<0,01, n=162) [8, 10, 12]. Кроме того, точность, чувствительность и специфичность предложенной МРТ-классификации в прогнозировании исходов травмы была также подтверждена с помощью методов логистической регрессии и ROC-анализа (см. рис. 2).
Учитывая, что у части пострадавших с ЧМТ имелись противопоказания либо ограничения к МРТ-исследованию в ранние сроки после травмы, был проведен сравнительный анализ прогностической значимости предложенной МРТ-классификации при обследовании пациентов в течение первых 3 дней, 1, 2 и 3-й недели после травмы. Средний возраст, соотношение мужчин и женщин в подгруппах существенно не отличались; состояние пациентов, обследованных в течение 1-й недели, было менее тяжелым, а исходы лучше, чем у пациентов, обследованных в последующие 2 нед (см. табл. 3). В целом во всех подгруппах пациентов, обследованных в разные сроки после травмы, МРТ-классификация показала достоверные корреляции с тяжестью состояния и исходами по ШКГ и ШИГ. Вместе с тем были отмечены и определенные особенности этих показателей. Так, в нашей серии 58 пациентам МРТ была выполнена в течение первых 3 сут после травмы. Для этой подгруппы корреляция МРТ-градации с оценкой по ШКГ составила R=–0,84 (р<0,0001), а с оценкой по ШИГ — R=–0,78 (р<0,0001). Аналогичные показатели корреляции для 52 пациентов, обследованных в сроки от 4 до 7 дней включительно, составили R=–0,53 (р<0,0001) и R=–0,60 (р<0,0001). Таким образом, наивысшую прогностическую значимость имели данные МРТ, полученные на самых ранних сроках после травмы. Хорошо известно, что тяжесть состояния, оцененная по ШКГ, — один из наиболее надежных прогностически значимых клинических признаков, поскольку между этой шкалой и исходами существует сильная и достоверная корреляция. В первой серии наблюдений мы подтвердили эту зависимость, коэффициент корреляции составил R=0,64 (р<0,000001) [10]. Как видно из табл. 4, величины коэффициентов корреляции между оценками по ШКГ и ШИГ, а также МРТ-градацией и ШКГ и ШИГ во все сроки исследований были высокими и достоверными, но наиболее высокие значения наблюдали у пациентов, обследованных в первые 3 сут после травмы, а наиболее низкие — у пациентов, которым МРТ была проведена на 15—21-е сутки.
Следует подчеркнуть, что высокая корреляция МРТ-классификации с тяжестью состояния по ШКГ, а также исходами особенно важна в ситуациях, когда оценить состояние по ШКГ затруднительно или невозможно (например, из-за выраженного отека или гематомы периорбитальной области, интубации или трахеостомии с проведением искусственной вентиляции легких (ИВЛ), необходимости седации и аналгезии либо их сочетания). На наш взгляд, это обстоятельство имеет также значение для объективной оценки тяжести травматического повреждения мозга и прогнозирования исхода, если травма получена в условиях наркотической или алкогольной интоксикации.
Наиболее значимыми прогностическими МРТ-признаками неблагоприятных исходов (смерть, вегетативное состояние или глубокая инвалидизация) было повреждение мозолистого тела, подкорковых структур (базальных ганглиев, внутренней и наружной капсул), таламусов и ствола мозга (см. рис. 2). Эти данные существенно дополняют работы других авторов, в которых особое внимание уделялось прогностическому значению МРТ-признаков повреждения ствола мозга, базальных ганглиев и таламусов при ЧМТ тяжелой или средней степени тяжести [1—4, 6, 7, 22—24]. Вместе с тем свой вклад в динамику травматической болезни мозга и исходы травмы вносят такие вторичные факторы патогенеза, как отек мозга, нарушение метаболизма нейромедиаторов, мозгового кровотока и его ауторегуляции, внутричерепная гипертензия и др. [8, 10, 24—30].
Учитывая накопленные клинические данные и результаты МРТ в нашей последней серии (278 наблюдений), а также данные других авторов [6, 31], в предложенную классификацию можно включить новые градации, например одно- или двусторонние повреждения полушарных структур, полушарий мозжечка, базальных ганглиев и таламусов, вентральных или дорзальных структур ствола мозга, проводящих путей и др. [32, 33]. Таким образом, в зависимости от поставленных задач МРТ-классификация может расширяться с разной степенью детализации отдельных анатомических образований мозга.
По мнению авторов аналитического обзора [5], посвященного прогностическому значению МРТ при ЧМТ средней и тяжелой степени, большинство публикаций, включенных в метаанализ, имели высокий уровень методологической погрешности (bias). На наш взгляд, причинами этих погрешностей являются существенные противопоказания и ограничения к использованию МРТ в одни и те же сроки в остром периоде ЧМТ разной степени тяжести, которые не позволяют выполнить сплошное когортное исследование последовательно поступающих пострадавших. По этой же причине к ранним МРТ-исследованиям разные авторы относят исследования, выполненные в сроки от нескольких дней до 5 нед после травмы [6].
Сформулированные в нашей работе показания и противопоказания к МРТ-исследованиям при ЧМТ разной степени тяжести обусловили широкий диапазон сроков обследования в анализируемой группе. Как видно из табл. 3, пациенты, обследованные в разные сроки после травмы, не отличались по возрасту и полу, однако состояние пациентов, обследованных в более поздние сроки (2—3 нед после травмы) было более тяжелым и исходы в этих подгруппах были хуже. Аналогичные данные были получены в результате метаанализа [5], согласно которому, пациенты, обследованные с помощью МРТ в сроки более 7 дней, имели больший риск неблагоприятных исходов, чем обследованные в более ранние сроки.
Хорошо известно, что первичное повреждение мозга (особенно диффузное аксональное) вызывает каскад вторичных повреждений на микроструктурном уровне, идентификация которых в некоторых случаях возможна только с использованием таких последовательностей, как диффузионная тензорная, диффузионная куртозисная МРТ с анализом спектра количественных диффузионных характеристик ткани мозга. Эти, а также такие методы нейровизуализации, как МРТ-спектроскопия, перфузионная, функциональная МРТ и другие (более трудоемкие) последовательности требуют специальных условий и показаний. Вопрос о целесообразности применения различных последовательностей МРТ для оценки тяжести травмы мозга, динамики травматического процесса и прогнозирования исходов сегодня решается с учетом конкретных задач и клинических условий их выполнения.
Заключение
Исследование показало, что предложенная МРТ-классификация локализации и уровня травматического повреждения мозга, основанная на использовании разных МР-последовательностей, достоверно коррелирует с клинической оценкой тяжести состояния по ШКГ и исходами по ШИГ при МРТ-обследовании в первые 3 нед, а наиболее высокие показатели корреляции получены при обследовании пациентов в первые 3 дня после травмы.
Основными показаниями к МРТ-исследованию при ЧМТ являются: несоответствие данных КТ неврологическому статусу и ее динамике, необходимость уточнения локализации и вида повреждения мозга, а также прогнозирования исходов. При отсутствии противопоказаний сроки МРТ-исследований определяются клиническим состоянием пациента и могут варьировать от нескольких суток до 3 нед. Высокая корреляция МРТ-градации с тяжестью состояния пациентов, а также исходами особенно важна в ситуациях, когда оценить состояние по ШКГ затруднительно или невозможно (выраженный отек или гематома периорбитальной области, интубация или трахеостомия с проведением ИВЛ, необходимость седации и аналгезии, либо их сочетания).
Участие авторов:
Концепция и дизайн исследования — А.А., Н.Е., Г. В., И.Н.
Сбор и обработка материала — Н.Е., Е.В., А.Д., А.В., А.А., А.А., И.А.
Статистическая обработка — Г. В.
Написание текста — А.А., Н.Е.
Редактирование — Н.Е., А.А., Г. В., И.Н.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Комментарий
В статье представлены результаты исследования прогностической значимости МРТ-классификации локализации и уровня травматического повреждения мозга для определения тяжести поражения мозга и прогнозирования исходов у пациентов в остром периоде ЧМТ.
Актуальность проблемы не вызывает сомнений. Клиническая оценка тяжести повреждения, а также прогноз ЧМТ нередко затруднены из-за наличия многих факторов, влияющих на состояние пациента в остром периоде травмы. Нейровизуализация с помощью МРТ структурных и гемодинамических нарушений головного мозга является важным диагностическим методом оценки тяжести повреждения и исхода. Данные КТ не всегда соответствуют неврологическому состоянию пациента. Это связано с трудностями диагностики повреждения стволовых структур, недостаточностью КТ-диагностики диффузных повреждений мозга.
МРТ-классификация локализации и уровня повреждения мозга, предложенная авторами, доказывает свою состоятельность и весьма высокий уровень корреляций с оценкой тяжести ЧМТ в остром периоде по ШКГ и исходами по ШИГ через 6 мес после травмы. Ценность этого исследования особенно важна для определения тяжести первичного повреждения головного мозга и оценки прогноза в сложных для клинической оценки состояниях. К таким сложным и часто встречающимся факторам относится оценка тяжести на фоне глубокой седации, при тяжелых сочетанных повреждениях и при сопутствующих вторичных нарушениях, в том числе нарушениях системной гемодинамики, гипоксии, септических состояниях, которые значительно затрудняют оценку первичного повреждения мозга.
Авторами на высоком методологическом уровне выполнен анализ состояния 278 пациентов с ЧМТ, которым проводили МРТ-исследования в течение первых 3 нед после травмы.
Указывается, что в ранее опубликованных работах ряда авторов сроки исследований пациентов с ЧМТ варьировали от нескольких дней до нескольких недель, что, несомненно, влияет на результаты анализа. Широкий диапазон сроков обследования пациентов после травмы может быть методологической погрешностью. Однако для большей убедительности хотелось бы видеть анализ причин такой зависимости, подтверждающий данный вывод. Возможно, следовало бы показать в группах пациентов, обследованных в сроки 8—14 и 15—21 дней, увеличение частоты вторичных повреждающих факторов поражения мозга, септических осложнений, гипоксии и нарушений системной гемодинамики.
Применение предложенной авторами классификации в клинической практике позволит улучшить клиническое понимание тяжести, уровня повреждения головного мозга и прогноза исхода практикующими врачами, а следовательно, улучшить качество лечения пациентов с ЧМТ.
О.С. Исхаков (Москва)