Doktorgrad: Traumatic Axonal Injury in Traumatic Brain Injury: Conventional and advanced MRI from early to chronic phase and relation to outcome

Etter moderat og alvorlig traumatisk hjerneskade bør klinisk MR tas tidlig for å unngå at man overser forandringer som kan være viktig for prognose og rehabiliteringsforløp. Dette er hovedfunnet i doktorgradsavhandlingen «Traumatic Axonal Injury in Traumatic Brain Injury: Conventional and advanced MRI from early to chronic phase and relation to outcome”, utgått fra Institutt for nevromedisin ved Norges Teknisk-Naturvitenskaplige Universitet (NTNU).


    Av Kent Gøran Moen

Traumatisk aksonal skade (TAI), tidligere også kalt diffus aksonal skade, er en skadetype av nervefibrene i hvit substans i hjernen som kan oppstå ved traumatiske hjerneskade (TBI, traumatic brain injury).1 Den aksonale skaden er enten primær eller skyldes at det over tid skjer en biokjemisk prosess i aksonet som til slutt kan ende i en sekundær aksotomi.2

MR ikke rutine

CT-undersøkelse er den primære undersøkelsen som gjøres av moderate og alvorlige hodeskadepasienter i den tidlige fasen etter skaden. Denne modaliteten har høy sensitivitet for blødninger og frakturer, og differensierer blant annet ut hvilke pasienter som trenger akutt kirurgisk behandling.3 Men vi vet fra tidligere studier at TAI og også ikke-hemoragiske kontusjoner i stor grad underestimeres ved denne undersøkelsen.4, 5 Derfor har MR blitt den foretrukne modalitet i subakutte og kroniske faser etter TBI.5 Påvist skade ved klinisk MR har vist seg å ha en sammenheng med ulike typer funksjonsnedsettelse etter TBI, så som senosorimotoriske,6 kognitive7, emosjonelle8 utfall og også sosiale forhold.9 MR brukes altså ikke rutinemessig i den tidlige fasen, men tidligst mulig estimering av prognose og rehabiliteringspotensial vil være viktig i et pasient, pårørende -og samfunnsperspektiv.

I dette doktorgradsarbeidet har vi ved bruk av ulike kliniske og avanserte MR-sekvenser sett på hvordan direkte og indirekte tegn på TAI kan avdekkes hos pasienter med moderat og alvorlig hjerneskade. Vi har sett på hvordan TAI-lesjonene utvikler seg over tid og hvilken betydning de ulike typer lesjoner (mikrohemoragisk, ikke-hemoragisk), samt total «dose» og lokalisasjon av lesjonene har for pasientens prognose et år etter skaden. 

Informasjon går tapt

Avhandlingen består av totalt fire studier. I den første studien studerte vi TAI-lesjoner longitudinelt hos 58 pasienter hvor klinisk MR ble utført innen 4 uker, samt ved 3 og 12 måneder.10 Kvantitative mål av TAI-lesjonene i de ulike sekvensene ble estimert, og lesjonene ble fulgt over de tre tidspunktene. Funnene ble relatert til både global og nevropsykologisk funksjon. Ikke-hemoragiske TAI-lesjoner viste seg å forsvinne i løpet av de første tre månedene etter skaden, og særlig gjaldt dette lesjoner i hjernestammen. Mikrohemoragiske TAI-lesjoner forsvant først etter tre måneder (se figur). I multivariable analyser med justering for andre prognostiske faktorer, var det bare funn på tidlig MR som predikerte det kliniske utfallet. Således konkluderte vi med at viktig klinisk informasjon vil kunne gå tapt, dersom klinisk MR tas for sent i pasientforløpet.

Gradvis økt diffusjon

I den andre studien i avhandlingen brukte vi det samme pasientmaterialet som omtalt ovenfor, men ved hjelp av diffusjons-MR (diffusion weighted imaging, DWI) studerte vi her utviklingen av ikke synlige lesjoner i corpus callosum over de tre undersøkelsestidspunktene (< 4uker, 3 måneder og et år).11 Vi beregnet gjennomsnittlig ADC (apparent diffusion coefficient) verdier i 10 predefinerte region of interests (ROIs) plassert i corpus callosum. Vi fant en gradvis økt diffusjon til sammenligning med friske kontroller, og dette kan tyde på en post-traumatisk gradvis ødeleggelse av mikrostrukturen i normalt utseende corpus callosum. Forandringene var størst i bakre deler, og ADC verdiene her var assosiert både med globalt utfall og evnen til å gjennomføre hurtige, kompliserte sensomotoriske oppgaver.

I den tredje studien så vi på et større materiale (n=128) moderate og alvorlige TBI pasienter, hvor vi med tidlig MR (< 4 uker) så på betydningen av den totale mengden av ulike TAI-lesjoner i hjernebjelke, hjernestamme og thalamus.12 Vi observerte at den totale byrden av synlige lesjoner i hjernebjelken, hjernestammen og thalamus på DWI og fluid-attenuated inversion recovery (FLAIR) var uavhengige prognostiske faktorer ved alvorlig TBI. Ved moderat TBI var imidlertid CT-funn og antallet kontusjoner på MR av større betydning enn TAI-lesjoner med tanke på prognose.

Signifikant gradvis fallende gjennomsnittsverdi

Den fjerde og siste studien i avhandlingen er foreløpig ikke publisert. I denne studien med 38 pasienter valgte vi ut de områdene med TAI-lesjoner fra tidlig klinisk MR og sammenlignet med tilsvarende områder fra diffusjonstensor avbildning (diffusion tensor imaging, DTI) tatt i kronisk fase (median 3 år). Fraksjonell anisotropi (FA)-verdiene, som gir et uttrykk for omfanget av den mikrostrukturelle skade, ble hentet ut fra både ikke-hemoragiske og mikrohemoragiske TAI-lesjoner og sammenlignet med hvit substans hos pasienter uten påvisbare lesjoner og friske kontroller. Vi fant en signifikant gradvis fallende gjennomsnitts FA-verdi fra ROIs i hvit substans hos friske kontroller til ROIs hos TBI pasienter uten TAI-lesjoner, og ytterligere redusert FA i lesjoner som over tid forsvinner. Laveste FA-verdier ble funnet i ROIs i lesjoner som persisterer ut i det kroniske forløpet.

Dette doktorgradsarbeidet har medført økte kunnskaper om skader påvist ved ulike MR teknikker hos pasienter med moderat og alvorlig hodeskade. Den har gitt økt innsikt i hvilke skader som er viktige prognostisk sett, og gitt mer informasjon om hvordan skadene utvikler seg over tid. Dette er blant annet viktig for planlegging av rehabilitering og ressursbruk, men også for pasient og pårørende.

 

Figurtekst:

I figuren nedenfor illustreres MR bilder av en middelaldrende mann som ble innlagt ved St.Olavs Hospital etter et alvorlig hodetraume. I den øverste raden ses et sagittalt FLAIR bilde (A) og et transversalt T2*GRE bilde (B) tatt 11 dager etter traumet, mens i nedre rad ses tilsvarende bilder tatt 3 måneder etter skaden. I FLAIR bilde ser vi at den omfattende hyperintense lesjonen i corpus callosum (grønn pil i A) har forsvunnet etter tre måneder (C). I T2*GRE bilde ses i den tidlige fase (B) tre mikrohemoragier (rød pil), som persisterer i hemosekvensen tatt 3 måneder etter skaden (D).

 Bilde tatt 11 dager etter traume

 Bilde tatt etter tre måneder

 

Kent Gøran Moen er Lege i spesialisering i radiologi ved St. Olavs Hospial, Avdeling for Bildediagnostikk. Profilbildet er tatt av Jan Robert Moen

 

 

 

 

Referanser:

1. Smith, D.H., Meaney, D.F. and Shull, W.H. (2003). Diffuse axonal injury in head trauma. J. Head Trauma Rehabil. 18, 307-316.

2. Singleton, R.H., Zhu, J., Stone, J.R. and Povlishock, J.T. (2002). Traumatically induced axotomy adjacent to the soma does not result in acute neuronal death. J.Neurosci. 22, 791-802.

3. Parizel, P.M., Van Goethem, J.W., Ozsarlak, O., Maes, M. and Phillips, C.D. (2005). New developments in the neuroradiological diagnosis of craniocerebral trauma Eur. Radiol. 15, 569-581.

4. Gentry, L.R. (1994). Imaging of closed head injury. Radiology 191, 1-17.

5. Gasparetto, E.L., Rueda Lopes, F.C. and Domingues, R.C. (2011). Diffusion imaging in traumatic brain injury. Neuroimaging Clin. N. Am. 21, 115-125, viii.

6. Skandsen, T., Finnanger, T.G., Andersson, S., Lydersen, S., Brunner, J.F. and Vik, A. (2010). Cognitive impairment 3 months after moderate and severe traumatic brain injury: a prospective follow-up study. Arch. Phys. Med. Rehabil. 91, 1904-1913.

7. Finnanger, T.G., Skandsen, T., Andersson, S., Lydersen, S., Vik, A. and Indredavik, M. (2013). Differentiated patterns of cognitive impairment 12 months after severe and moderate traumatic brain injury. Brain Inj. 27, 1606-1616.

8. Shenton, M.E., Hamoda, H.M., Schneiderman, J.S., Bouix, S., Pasternak, O., Rathi, Y., Vu, M.A., Purohit, M.P., Helmer, K., Koerte, I., Lin, A.P., Westin, C.F., Kikinis, R., Kubicki, M., Stern, R.A. and Zafonte, R. (2012). A review of magnetic resonance imaging and diffusion tensor imaging findings in mild traumatic brain injury. Brain Imaging Behav 6, 137-192.

9. Bigler, E.D. (1996). Brain imaging and behavioral outcome in traumatic brain injury. J. Learn. Disabil. 29, 515-530.

10. Moen, K.G., Skandsen, T., Folvik, M., Brezova, V., Kvistad, K.A., Rydland, J., Manley, G.T. and Vik, A. (2012). A longitudinal MRI study of traumatic axonal injury in patients with moderate and severe traumatic brain injury. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry.

11. Moen, K.G., Haberg, A.K., Skandsen, T., Finnanger, T.G. and Vik, A. (2014). A longitudinal MRI study of the apparent diffusion coefficient values in corpus callosum during the first year following traumatic brain injury. J. Neurotrauma.

12. Moen, K.G., Brezova, V., Skandsen, T., Haberg, A.K., Folvik, M. and Vik, A. (2014). Traumatic axonal injury: the prognostic value of lesion load in corpus callosum, brain stem and thalamus in different MRI sequences. J. Neurotrauma.

Mer om emnene