Η σημασία των νεότερων τεχνικών της μαγνητικής τομογραφίας στην διάγνωση των οξέων ισχαιμικών αγγειακών εγκεφαλικών επεισοδίων

Abstract

Despite the great progress in the area of prevention, stroke remains as one of the main causes of mortality and the main cause of disability in the modern world. The majority of strokes are due to ischemia. Intravenous thrombolysis within the first 3 hours of symptom onset results in improved clinical outcomes in patients with ischemic stroke, but only a small fraction of patients receive this treatment. The need for early detection and diagnosis of viability, or not, of the ischemic lesion is pressing. The newer MRI techniques, especially diffusion and perfusion weighted imaging techniques, are capable of detecting cerebral ischemia within the first few hours from onset. The combination of various MR imaging techniques into a composite multiparametric image and their analysis using the method Iterative Self-Organizing Data Analysis Technique (ISODATA) can offer more information for the status of the ischemic tissue than monoparametric technique. In the present dissertation, the capability of monoparametric MRI techniques and of the multiparametric ISODATA method in defining the ischemic lesion and the severity of the clinical syndrome in the acute and chronic phase of ischemia was studied. The ischemic lesion size in the monoparametric techniques of diffusion and perfusion weighted imaging was strongly correlated with the NIH Stroke Scale score in the acute phase, and could predict the final clinical neurological (NIH Stroke Scale score) and functional (Rankin score) result at three months after ischemic stroke. In the chronic phase of ischemia, the conventional MRI, T2 weighted imaging, was sufficient in defining the severity of the clinical syndrome. The lesion size in the multiparametric ISODATA technique has excellent correlation with the lesion sizes defined by diffusion weighted imaging (acute phase) and T2 weighted imaging (chronic phase), and also strong correlations with the NIH Stroke Scale score (acute and chronic phase) and the Rankin score (chronic phase), indicating that the multiparametric technique is capable of defining the severity of the clinical syndrome in every phase of cerebral ischemia in a time-independent manner. In addition, using the ISODATA method, the ischemic lesion was segmented into various tissue clusters with heterogeneous characteristics (tissue signatures) proving that the ischemic lesion is heterogeneous. Using complete data sets from acute and chronic phase studies, the percent of acute phase ischemic tissue that normalized at the chronic phase was calculated, and a model for defining the tissue viability was constructed. The tissue signature value, the ADC value and the preceding, or not, treatment with tPA were the factors remaining in the final model. In conclusion, the monoparametric MRI methods of diffusion-, perfusion-, and T2 weighted imaging, are capable of accurately detecting and defining the clinical severity of the acute and chronic, respectively, cerebral ischemic process, in a time-dependent way. The ISODATA multiparametric method is capable of detecting and characterizing the ischemic lesion independently of time elapsed since onset of ischemia. The ISODATA method also demonstrates that the ischemic lesion is inhomogeneous and can distinguish the still viable ischemic tissue from non-viable tissue on its way to necrosis. This method of analysis of multiparametric MRI studies can become a useful guide in the design of acute phase clinical treatment trials with extended therapeutic windows, which could potentially include the majority of patients with acute ischemic stroke.

Παρά την τεράστια πρόοδο στο θέμα της πρόληψης τους, τα αγγειακά εγκεφαλικά επεισόδια (ΑΕΕ), η μεγάλη πλειονότητα των οποίων οφείλεται σε ισχαιμία, παραμένουν ως μια από τις κύριες αιτίες θανάτου και η κύρια αιτία αναπηρίας στον σύγχρονο κόσμο. Η ενδοφλέβια θρομβόλυση στις 3 πρώτες ώρες από την έναρξη των συμπτωμάτων βελτιώνει σημαντικά το τελικό κλινικό αποτέλεσμα ασθενών με ισχαιμικό ΑΕΕ, αλλά μόνο μικρό ποσοστό ασθενών υποβάλλεται σε αυτήν. Η ανάγκη για πρώϊμη αναγνώριση καθώς και διάγνωση της βιωσιμότητας ή μη της ισχαιμικής βλάβης είναι προφανής. Οι νεότερες τεχνικές της μαγνητικής τομογραφίας, κυρίως οι ακολουθίες διάχυσης και αιμάτωσης, έχουν την δυνατότητα να αναγνωρίσουν την εγκεφαλική ισχαιμία, μέσα στις πρώτες ώρες από την έναρξη της. Η χρήση συνδυασμού πολλαπλών τεχνικών μαγνητικής τομογραφίας και η ανάλυση τους με την μέθοδο Iterative Self-Organizing Data Analysis Technique (ISODATA) μπορεί να προσφέρει περισσότερες πληροφορίες για την κατάσταση του ισχαιμικού ιστού από ότι η κάθε μονοπαραμετρική τεχνική. Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκε η ικανότητα τόσο των μονοπαραμετρικών τεχνικών μαγνητικής τομογραφίας, όσο και της πολυπαραμετρικής τεχνικής Iterative Self-Organizing Data Analysis Technique (ISODATA) να ορίσουν την ισχαιμική βλάβη και την βαρύτητα του κλινικού νευρολογικού συνδρόμου στην οξεία και χρόνια φάση της εγκεφαλικής ισχαιμίας. Βρέθηκε, ότι το μέγεθος βλάβης στις μονοπαραμετρικές μεθόδους διάχυσης και αιμάτωσης έχει ισχυρή συσχέτιση με το score της κλίμακας NIH στην οξεία φάση, και μπορεί να προβλέψει το τελικό κλινικό νευρολογικό (κλίμακα NIH) και λειτουργικό (κλίμακα Rankin) αποτέλεσμα μετά από ισχαιμικό ΑΕΕ. Στην δε χρόνια φάση, η συμβατική μαγνητική τομογραφία, ακολουθία Τ2, είναι επαρκής για να ορίσει τη βαρύτητα του κλινικού συνδρόμου. Το μέγεθος βλάβης στην πολυπαραμετρική τεχνική ISODATA, είχε άριστη συσχέτιση με τα αντίστοιχα των ακολουθιών διάχυσης (οξεία φάση) και Τ2 (χρόνια φάση), καθώς και ισχυρή συσχέτιση με την κλίμακα του NIH (οξεία και χρόνια φάση) και την κλίμακα Rankin (χρόνια φάση), αποδεικνύοντας ότι η πολυπαραμετρική τεχνική μπορεί να ορίσει την βαρύτητα του κλινικού συνδρόμου σε κάθε φάση της εγκεφαλικής ισχαιμίας με τρόπο που είναι ανεξάρτητος από τον χρόνο που παρήλθε από την έναρξη της ισχαιμίας. Επιπλέον, με χρήση της μεθόδου ISODATA, η ισχαιμική βλάβη κατατμήθηκε σε διάφορες περιοχές με ετερογενή χαρακτηριστικά (ιστικές υπογραφές και απεδείχθη ότι η ισχαιμική βλάβη είναι ανομοιογενής. Με την χρήση μελετών οξείας και χρονίας φάσης, υπολογίσθηκε το ποσοστό του ισχαιμικού ιστού που επέστρεψε στο φυσιολογικό στην χρόνια φάση και δημιουργήθηκε ένα μοντέλο για τον υπολογισμό της βιωσιμότητας του ιστού. Οι παράγοντες που συμμετείχαν στο τελικό πολυπαραγοντικό μοντέλο ήταν η τιμή της ιστικής υπογραφής ISODATA , η τιμή ADC, και η προηγηθείσα ή μη θεραπεία με tPA. Συμπερασματικά, οι μονοπαραμετρικές μέθοδοι διάχυσης, αιμάτωσης και Τ2, μπορούν με ακρίβεια να αναγνωρίσουν και να εκτιμήσουν την κλινική βαρύτητα της οξείας και χρόνιας εγκεφαλικής ισχαιμίας, αντίστοιχα, με χρονοεξαρτώμενο τρόπο. Η πολυπαραμετρική μέθοδος ISODATA έχει την δυνατότητα να αναγνωρίσει και να χαρακτηρίσει την ισχαιμική εγκεφαλική βλάβη ανεξαρτήτως χρόνου που παρήλθε από την έναρξη της ισχαιμίας. Η μέθοδος ISODATA αποδεικνύει ότι η οξεία ισχαιμική βλάβη είναι ανομοιογενής, και παρέχει την δυνατότητα αναγνώρισης του βιώσιμου ισχαιμικού ιστού και διάκριση του από ισχαιμικό ιστό που οδεύει προς νέκρωση. Η μέθοδος ανάλυσης πολυπαραμετρικής μαγνητικής τομογραφίας ISODATA μπορεί να αποτελέσει ένα πολύτιμο οδηγό στο σχεδιασμό κλινικών μελετών θεραπειών οξείας φάσης με παρατεταμένα χρονικά παράθυρα θεραπείας, που θα μπορούσαν να περιλάβουν την πλειονότητα των ασθενών με οξέα ισχαιμικά ΑΕΕ.