青少年严重创伤性脑损伤后功能结局的脑磁共

JOURNALOFNEUROTRAUMA38:–(July1,)

青少年创伤性脑损伤(TBI)是一个主要的公共卫生问题，利用神经影像对创伤性脑损伤的结果进行临床评估的理解仍然有限。研究纳入24名患有严重TBI(GCS≤8分)的青少年并在损伤后1-2年进行了磁共振成像(MRI)扫描，并进行预后评估，包括韦氏简化智力量表(IQ)和儿童格拉斯哥预后扩展量表(GOSE-pedds)。计算每个受试者的脑室-脑比(VBR)，并在每个受试者的中线确定胼胝体横截面积。研究发现：与对照组相比，TBI组VBR和胼胝体面积较低，TBI组VBR与GOSE-pedds评分显著相关,脑胼胝体横截面积与TBI组的IQ得分以及PSI显著相关。VBR与IQ之间、胼胝体与GOSE-pedds之间均无相关。因此，青少年严重TBI后，VBR和胼胝体横截面积的定量MRI测量分别与整体功能结果和神经认知结果相关。

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研究背景

TBI

外伤性脑损伤(TBI)是儿童死亡或残疾的主要原因。严重创伤性脑损伤儿童的认知恢复不但没有赶上同龄人，反而随着时间的推移越来越落后。因此，识别长期功能结果的神经影像学标记物对于追踪损伤的进展非常重要，并可能有助于未来监测治疗干预的效果。

为了准确地评估脑萎缩和预测结局的生物标志物，有几种定量方法可以应用。脑室-脑比值(VBR)是测量脑萎缩的一种方法。VBR的计算基础是脑室总容积除以脑实质总容积(全部白质+灰质)。在严重的脑外伤中，随着脑实质的退化，脑室系统的被动扩张以空泡性脑积水的形式发生，这一点早已被证实。这种代偿性扩张反映了成人和儿童TBI的整体体积损失的非特异性指标。作为一个比率，VBR度量也提供了一种调整头部大小差异的方法

胼胝体横截面积(CC)长期以来被证明是一个TBI相关的更具体的白质指数。大部分涉及整个大脑皮层的半球间连接都经过CC，鉴于总体白质体积与CC大小有关,变小的CC大小反映了白质完整性的代理指标。一种简单而广泛使用的量化CC大小的方法是在中矢状面单个切片上测量CC大小，包括CC厚度和长度的线性测量，或者本研究采用的分割区域。

TBI中使用最广泛的结果测量方法是格拉斯哥结果量表(GOS)，包括扩展版本(GOSE)，以及适用于儿科的(GOSE-pedds)。GOSE-pedds为儿童和青少年时期发生的创伤性脑损伤提供了一个良好的总体结果和适应指标。就更具体的结果测量而言，大多数儿童创伤性脑损伤结果研究评估的是智力功能和处理速度，这些神经认知测量通常会受到创伤性脑损伤的影响

这项研究的目的是确定青少年严重TBI后VBR和CC横断面积与整体功能预后的关系。对TBI发生时大于9岁受试者在损伤后1-2年进行MRI扫描。GOSE-pedds得分是衡量整体功能结局的指标，而全面智商(IQ)和处理速度指数(PSI)得分是衡量神经认知功能的指标。

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研究方法

TBI

本次研究招募了参加ADAPT试验的≥9岁的受试者。严重TBI的被定义为复苏后格拉斯哥昏迷量表(GCS≤8)。TBI组包括的24名受试者（对照组38例），人口学和损伤特征见表1。对每名患者进行3T的MRI扫描，包括T1加权、T2加权、T2-flair、扩散张量和静息态功能图像,损伤后MRI扫描的平均时间间隔为20.00±4.44月。使用FreeSurfer软件处理结构性T1w图像。获得全脑、脑室和中线胼胝体的分段。目测分割结果，遇到分割错误时手动修正。计算每个受试者的VBR，现在的VBR基于脑室总额(侧脑室,第三和第四脑室体积的总和)除以总实质脑容量(所有白质+灰质)乘以；为了建立CC代表性的横切面，TI加权图像被定位到与隔膜最大相交的中矢状位上。

本研究在损伤后1年进行的GOSE-Pedds和神经认知测试。GOSE-pedds是GOSE的改良版，在评估创伤性脑损伤后的功能结果方面具有良好的预测效能。研究参与者使用韦氏智力简表第二版测量IQ，为了得到综合PSI分数，参与者完成了韦氏儿童智力量表第四版的编码和符号搜索测试。分类变量之间的相关性通过卡方检验，两样本t检验被用于评估连续变量。采用线性回归模型对GOSE-pedds进行分析

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研究结果

TBI

人口统计和伤害特征

如表1所示，TBI患者中位年龄为15.05岁，女性居多(58%)。机动车事故(MVA)是TBI最常见的原因。本研究纳入的所有受试者均有严重TBI，GCS≤8分，中位GCS为5.5分。

表1TBI队列的人口和损伤特征

脑室脑比和胼胝体横断面积的组间差异

图1A显示了创伤性脑损伤组和对照组的VBR和CC截面积的比较，根据年龄和性别进行了调整：TBI组的VBR显著高于对照组(校正差异=1.38，标准误差=0.32,95%CI0.74,2.02,p0.)，TBI组的CC截面积小于对照组(校正差异=-0.57,标准误差=0.28,95%CI-1.13，-0.01,p=0.05)。图1B显示严重青少年脑外伤患者脑室增大和CC缩小的代表性图像。

图1脑室脑比和胼胝体横断面积的组间差异

脑室-脑比值与神经认知功能之间的关系

一个有序的线性模型被用来研究定量的脑测量和GOSE-pedds测量之间的关系,如图2所示。在校正了年龄和性别后，VBR和GOSE-pedds之间存在显著相关性(估计值=0.78,se=0.31,95%CI0.22,1.45,z=2.53,p=0.01)。在调整了年龄和性别后，VBR和IQ之间的关联与TBI对照组相比没有差异。同样，在调整了年龄和性别后，TBI组和对照组之间的VBR和PSI之间的关联没有显著差异。

胼胝体横截面积与神经认知功能的关系

所有CC分析都根据年龄、性别、颅内容积和脑组织容积进行了调整。图3(左面板)显示了各组IQ与CC截面面积的部分残差图和模型拟合情况。虽然CC横截面积和IQ之间的斜率在组间没有统计学差异。图3（右面板）显示了每组PSI与CC横截面积的部分残差图和模型拟合。TBI组的斜率显著增大(估计为12.74,se=5.17,95%CI2.33,23.16,t=2.46,p=0.02)，在TBI组有显著相关性，而在对照组无显著相关性。CC截面积与gose-pedds之间无显著相关性。

图3IQ与胼胝体横截面积(左)、PSI与胼胝体横截面积(右)的关系

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研究结论

TBI

本文发现，与正常发育的对照组相比，严重的TBI导致青少年损伤后1-2年的整体萎缩和白质体积损失，这反映在VBR的增加和MRICC横断面积的减少。在患有严重TBI的青少年中，VBR的增加与儿童版本GOSE的整体功能较差相关，CC横断面积的减少与智商较低和处理速度受损相关。这些易于量化的体积MRI测量可用于监测青少年、婴儿和儿童严重TBI后的损伤进展。需要进一步的研究来确定早期MRI测量与晚期MRI功能结果标志物之间的关系。

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讨论

TBI

在健康的、年龄典型的大脑中，脑室大小和脑实质体积之间存在动态平衡。由于脑室内脑脊液(CSF)处于压力下，脑室扩张受到周围脑实质完整性的制约。然而，中重度颅脑损伤和相关的脑实质体积损失，所形成的空性脑积水与脑实质体积损失的程度成正比。

在研究中，作者发现重度创伤性脑损伤组和对照组的VBR有显著差异，表明创伤性脑损伤可导致脑容量损失。还发现严重创伤性脑损伤患者的VBR和GOSE-pedds之间存在显著相关性。在成年早期到中年，脑实质体积减少会导致脑室大小相应增加，但这些影响在青少年样本中不存在。因此任何TBI后VBR增加的观察都应被认为是容量损失和创伤性脑萎缩的指征。在儿童中，GOSE-pedds评分与创伤后早期的TBI严重程度和MRI上损伤的体积相关。

这是第一个报道儿童创伤性脑损伤后全脑萎缩和GOSE-pedds之间关联的研究。在研究中发现，VBR和GOSE-pedds之间的关联是，与1级(正常功能)相比，VBR大于1.0个单位的患者发生GOSE-pedds(中度至重度残疾)的几率增加2.18。没有观察到VBR和智商或PSI之间的联系;然而，由于本研究的样本量有限，必须谨慎对待这一发现

生物力学研究一致表明，CC特别容易受到创伤性脑损伤的剪切应变影响，损伤程度与TBI的严重程度成正比。颅脑损伤后CC发生选择性萎缩，被认为是颅脑弥漫性轴索损伤对纤维的直接损伤和神经元丧失以及CC本身以外白质束TAI效应导致的华勒变性的综合表现。CC萎缩可能代表一种慢性神经退行性过程，神经炎症和小胶质细胞增生在TBI后可持续18年。

研究发现在调整了年龄和性别后，创伤性脑损伤患者的CC横截面积比对照组小，这表明创伤性脑损伤患者的整体白质体积减少。此外，本文还发现严重创伤性脑损伤患者的CC面积与智商、CC面积与PSI之间存在显著相关性。对照组没有显示CC和智商或PSI之间的联系。

与以往大多数研究采用的横断面设计相比，该研究的优势在于，成像和结果评估的时间窗较窄(损伤后1-2年)。类似地，大多数青少年创伤性脑损伤的神经影像学研究包括广泛的损伤严重程度，而本文只

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