大面积脑梗死(massive cerebral infarction,MCI)是缺血性卒中的重症类型,有较高的病死率和致残率[1-2],其中伴有恶性脑水肿占位效应的患者占MCI患者的2%~8%[3],预后更差｡恶性脑水肿形成时颅内压进行性增高,脑组织灌注压进行性下降,进而加重脑组织缺血,形成恶性循环,重者可形成脑疝,威胁患者生命｡去骨瓣减压术(decompressive craniectomy,DC)为降低颅内压的传统外科干预手段,多项研究表明其可有效阻止颅内压进行性增高,改善MCI患者预后[4-7]｡然而,部分伴有恶性脑水肿的MCI患者DC术后的高颅内压仍难以缓解,《大面积脑梗死外科治疗指南》[8]和《大面积脑梗死恶性脑水肿外科减压术规范化循证治疗建议草案》[9]提出,对于单纯DC术后高颅内压仍无法缓解的患者,颅内减压术可作为一种有效缓解高颅内压､降低病死率的方法(Ⅱ级推荐,C级证据)｡对于MCI患者,颅内减压术的核心目标为增加脑水肿的代偿空间并阻断恶性循环,以进一步降低颅内压,主要包括颞叶前份切除术和梗死脑组织切除术｡目前对于颅内减压的方式尚无统一规范｡颞叶前份为非功能区,有研究显示,切除颞叶前份可为MCI患者的进行性脑水肿提供代偿空间,降低MCI患者术后病死率[10-12]｡梗死脑组织作为神经功能损伤区域,是导致脑水肿的根源,切除梗死脑组织有利于减轻进行性脑水肿对神经功能的有害影响[13]｡有小样本研究显示,行梗死脑组织切除术的MCI患者术后12个月良好预后[改良Rankin量表(mRS)评分≤3分]的比例高于行单纯DC者(P=0.011)[14]｡目前关于梗死脑组织切除术的研究国内鲜有报道,可能与缺乏术中准确识别梗死脑组织边界的方法有关｡梗死脑组织中的梗死核心区为脑缺血后不可逆的坏死脑组织区域,其周围为脑血流灌注不足导致神经功能受损的缺血半暗带｡积极有效的治疗有利于避免缺血半暗带进展为梗死核心[15]｡皮质脊髓束(corticospinal tract, CST)是中枢神经系统中最重要的运动传导白质纤维束,其受损可影响躯干和四肢骨骼肌的随意运动[16]｡准确识别脑组织的梗死核心区､缺血半暗带以及白质纤维束中的CST,在保护CST的前提下精准切除梗死核心区,对行颅内减压术治疗伴恶性脑水肿MCI具有重要的临床意义｡

人工智能影像技术目前已应用于神经外科领域,其可基于CT灌注(CT perfusion,CTP)成像和扩散加权成像(DWI)自动分割梗死核心区与缺血半暗带[17-18],并基于DWI快速生成高质量的弥散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)指标[19]｡DTI是一种能有效观察和追踪CST的非侵入性影像学检查方法,其指标中各向异性分数(fraction anisotropy,FA)反映了CST的结构方向性和神经纤维鞘完整性,可用于评估患者CST的神经功能变化[20]｡神经导航为神经外科手术的精准化和安全性提供了强有力支持[21]｡本研究采用人工智能神经影像学技术联合术中神经导航技术拟探讨基于CST保护的梗死核心切除联合DC治疗对伴有恶性脑水肿MCI的疗效｡

回顾性连续纳入2021年1月至2024年6月邢台市中心医院神经外科收治的行颅内减压联合DC的伴有恶性脑水肿MCI患者,并根据颅内减压方式的不同分为研究组(行梗死核心切除联合DC的患者)和对照组(行颞叶前份切除联合DC的患者)｡本研究方案经邢台市中心医院伦理委员会审核批准(伦理审批号:2023-KY-30)｡所有患者家属签署了诊疗知情同意书｡

纳入标准:(1)年龄≤60岁;(2)入院后24h内行头部CTP､CT血管成像(CTA)､DWI､DTI检查;(3)入院后头部CT或DWI表现符合《大面积脑梗死外科治疗指南》[8]中幕上大脑MCI诊断标准:发病6h内CT平扫显示梗死区>1/3大脑中动脉供血区,或发病6h~7d内CT平扫显示梗死区>1/2大脑中动脉供血区,或发病6h内DWI显示梗死核心体积>80ml,或发病14h内DWI显示梗死核心体积>145ml;(4)改良恶性前循环卒中水肿的强化监测(enhanced detection of edema in malignant anterior circulation stroke,EDEMA)模型评分≥6分[22];(5)入院至颅内减压术联合DC开始时间<48h;(6)既往无脑血管疾病史,无神经系统功能障碍,无脑白质脱髓鞘病变｡

排除标准:(1)脑干功能衰竭;(2)存在重要脏器严重功能障碍;(3)存在凝血功能异常;(4)合并颅内出血､颅内动脉瘤､脑脓肿等其他占位性病变;(5)存在明显脑疝体征;(6)DTI无法成像;(7)临床病历资料不完整｡

收集所有患者的基线及临床资料,包括性别､年龄､吸烟史[23]､饮酒史[24]､糖尿病[25]､高血压病[26]､高脂血症[27]､高同型半胱氨酸血症[28]､心房颤动[29]､责任闭塞血管(颈内动脉､大脑中动脉)､术前DWI显示的梗死核心体积､术前缺血半暗带体积､术前美国国立卫生研究院卒中量表(NIHSS)评分[30]､发病至手术开始时间､手术时间､术中出血量､术前及术后1个月病变侧CST的FA､术后6个月mRS评分[31]及术后1个月内手术相关并发症(颅内出血､颅内感染)｡

所有患者入院后24h内完成头部CTP､CTA､DWI､DTI检查｡CTP影像使用美国GE Revolution 256排CT(Victor)行头部扫描,再由脑灌注智能分析系统(CTP-Doc,1.0.8版;数坤科技股份有限公司)对CTP图像进行后处理[32-33],自动生成包括脑血流量(cerebral blood flow,CBF)､残余功能达峰时间等指标的定量参数图,以相对CBF<30%区域计算核心梗死体积,以达峰时间(time to maximum,Tmax)>6s区域计算低灌注体积[15,34-35],自动定位及定量梗死核心和低灌注区域,并智能选取最佳期相重建CTA图像｡DWI和DTI影像采用德国西门子skyra 3.0T MR行头部扫描,使用syngo.via软件(VB20A-HF08)对DWI和DTI图像进行后处理｡DWI图像高信号为梗死核心区,手动勾画高信号区测量梗死核心体积[15,34],当与CTP显示梗死核心体积有分歧时,由2名副主任医师及以上职称的神经外科医师和1名副主任医师及以上职称的影像学专业医师讨论解决｡DTI图像经syngo.via软件处理后显示FA图,将大脑脚层面置于手动绘制的种子区域上重建CST,测量病变侧CST投射区FA值[20]｡

所有符合《大面积脑梗死外科治疗指南》[8]手术指征且无手术禁忌证的伴有恶性脑水肿的MCI患者,在患者家属签署颅内减压联合DC手术同意书后行梗死核心切除联合DC或颞叶前份切除联合DC｡手术操作均由副主任医师及以上级别神经外科医师完成｡

对于拟行梗死核心切除联合DC的MCI患者,术前分别将头部CTP､DWI及DTI数据导入神经导航系统[立体定向机器人SR1型;华科精准(北京)医疗设备股份有限公司]中,将上述多模态影像学数据自主配准后融合,生成包含缺血半暗带､梗死核心及CST的三维模型｡在充分考虑保护功能区和CST的基础上,制定手术计划[36],包括规划手术头皮切口､骨瓣大小､手术入路､梗死核心切除部位及范围｡导航注册后,按手术计划全身麻醉下采用单侧额颞顶部开颅,头皮切开并严格保护颞浅动脉,骨瓣前后直径12cm,术中暴露颅中窝底部以减轻脑干压力,放射状打开硬脑膜至骨窗边缘｡术中见脑组织高于骨窗1~2cm且搏动差者[8]行梗死核心切除术｡通过神经导航系统实时定位缺血半暗带､梗死核心及CST,在显微镜下切除梗死核心,术中尽可能地避免损伤脑皮质功能区及重要血管｡若梗死核心未侵犯CST则予以梗死核心全切除,若梗死核心侵犯CST,则部分切除梗死核心,保留CST周围5mm范围内的脑组织｡充分切除梗死核心后仔细止血,硬脑膜扩大修补,去除骨瓣行颅外减压术｡

行颞叶前份切除联合DC的MCI患者开颅方式同研究组,术中见脑组织高于骨窗1~2cm且搏动差[8]者予以颞叶前份“无功能”脑组织切除术,优势半球切除范围为自颞极向后5cm,非优势半球切除范围为自颞极向后6cm,均不超过Labbé静脉,下至颅中窝,内至环池[37]｡充分减压后仔细止血,硬脑膜扩大修补,去除骨瓣行颅外减压术｡

术后均送入神经重症监护病房,严密监测患者的生命体征和意识水平,进行气道､血压､体温､血糖､血钠和营养管控等一般治疗,以及改善脑血液循环和神经保护等特异性治疗[38-40]｡病情稳定后尽早行高压氧等康复治疗｡

术后6个月由神经外科医师采用mRS于门诊或电话随访,mRS评分0~3分为预后良好,4~6分为预后不良,其中6分为死亡｡有效性指标包括术后1个月患者病变侧CST投射区FA值､术后6个月预后良好率及术后6个月病死率｡安全性指标为术后1个月内并发症[颅内出血(术区渗血､梗死后出血性转化)[41]､颅内感染(手术切口积脓､脑脓肿､脑膜炎等)[42]]的发生率｡

根据术前DTI图像中CST损伤程度,将患者分为CST未破坏(梗死核心未侵犯CST, CST形态完整或受压变形移位)和CST破坏(梗死核心侵犯CST, CST有破坏或中断)者[43-45],并进行亚组分析｡

采用SPSS26.0软件对数据进行统计学分析｡计数资料以例(%)或例表示,组间比较采用χ2检验或Fisher确切概率法｡采用Kolmogorov-Smirnov方法检验计量资料是否符合正态分布,符合正态分布的计量资料以x-±s表示,组间比较采用独立样本t检验,组内比较采用配对样本t检验,不符合正态分布的计量资料以中位数和四分位数[M(P25,P75)]表示,组间比较采用Mann-Whitney U检验｡以P<0.05为差异有统计学意义｡

本研究共纳入62例颅内减压联合DC治疗的大脑MCI伴恶性脑水肿患者,男37例,女25例,年龄49~60岁,平均(55±4)岁,其中研究组28例,对照组34例｡

伴恶性脑水肿的MCI患者因进行性增高的颅内压易引发脑疝[9]｡DC主要通过去除大骨瓣,使梗死膨胀的脑组织向外释放压力,从而缓解继发性脑水肿,降低颅内高压[8-9]｡然而,Lim等[46]研究显示,在75例DC后行颅内压监测的MCI患者中,48%(36/75)的患者颅内压缓解不足,83.3%(30/36)的患者术后需要应用甘露醇和(或)高渗盐水降颅压治疗,提示单纯DC降低颅内压的效果可能不足｡《大面积脑梗死外科治疗指南》推荐对于单纯DC后仍无法有效缓解颅内高压,脑组织高于骨窗1~2cm且脑组织搏动差者,行颅内减压术可能是一种有效降低病死率的方法(Ⅱ级推荐,C级证据)[8]｡目前颞叶前份切除术是神经外科医师常采用的治疗伴有恶性脑水肿MCI患者的颅内减压方式[10-12],也有研究提出直接切除梗死病灶结合原位还纳骨瓣的方式治疗大脑半球MCI[13]或以梗死脑组织切除作为MCI行DC后颅内压持续偏高的再次手术方式[14]｡Moughal等[13]纳入24例手术治疗的伴恶性脑水肿大脑中动脉梗死的患者,其中4例患者行单纯梗死脑组织切除术(研究组),术中缺血脑组织定义为无活力的漂白脑组织,质软,呈灰色伴肿胀,手术切除后予以还纳骨瓣,另20例患者行单纯DC(对照组),术后12个月随访结果显示,研究组患者mRS评分中位数为3(2,4)分,对照组mRS评分中位数为4(1,6)分,差异无统计学意义(P=0.08);该研究纳入了112例伴恶性脑水肿大脑中动脉梗死患者,对行梗死脑组织切除术与单纯DC的疗效进行荟萃分析,结果显示,与行单纯DC患者比较,行梗死脑组织切除术的伴恶性脑水肿大脑中动脉梗死患者术后12个月获得良好预后[mRS评分≤3分;58.5%(24/41)比39.4%(28/71);OR=2.2,95%CI:0.99 ~ 4.70,P=0.051]比例有升高趋势,但差异无统计学意义｡Schwake等[14]纳入198例因MCI行DC的患者,术后均行颅内压监测,其中12例患者因持续性颅内压升高额外行梗死脑组织切除术,根据术前头部CT检查定位的梗死脑组织范围进行切除,术后12个月,梗死脑组织切除联合DC组中5例患者预后良好(mRS评分≤3分),而单纯行DC组中11%(21/186)的患者预后良好,组间比较差异有统计学意义(P=0.011)｡虽然上述研究结果提示梗死脑组织切除术可能有助于MCI伴恶性脑水肿患者获得良好预后,但术中缺乏识别梗死脑组织边界的客观标准,无法明确切除的脑组织是否仍存在或可能恢复灌注,以及是否含有存在功能的神经传导束[8],且研究样本量小,证据级别较低,因此梗死脑组织切除术未在临床推广应用｡

梗死核心是梗死脑组织中已完全失活､无功能的神经组织,是导致MCI患者恶性脑水肿的原因,而其周围的缺血半暗带处于相对缺血状态,是积极救治后有可能恢复神经功能的区域[15]｡CST是维持人体运动功能的主要下行白质纤维束,其完整性决定卒中患者的运动功能恢复程度[16]｡因恶性脑水肿压迫､直接缺血损伤或坏死脑组织代谢产物引起的继发损伤等导致的CST损伤,可导致MCI患者偏瘫[47]｡因此,精准切除梗死病灶的梗死核心,消除恶性脑水肿对缺血半暗带和CST的压迫及继发性损伤,对挽救可逆性损伤的神经组织具有重要临床意义｡如何实现最大限度的梗死核心切除和最小程度的CST干扰或破坏是目前梗死脑组织切除术面临的挑战｡随着脑网络研究的深入,人工智能神经影像学技术､神经导航技术不断应用推广,基于CST保护的手术策略已被越来越多的神经外科医师认同[44]｡本研究将经人工智能神经影像学技术快速分割的梗死核心､缺血半暗带和DTI数据融合至术中神经导航系统中,生成梗死核心､缺血半暗带和CST的三维可视化图像,术中在保护CST的前提下精准､充分地切除梗死核心,并联合DC治疗伴有恶性脑水肿的MCI患者,以此为研究组,与以颞叶前份切除联合DC为对照组的治疗效果相比,术后1个月研究组和对照组患者病变侧CST投射区FA值均较术前升高(均P<0.05),且研究组FA值高于对照组(P=0.030),提示梗死核心切除和颞叶前份切除均可有效减轻恶性脑水肿对CST的压迫,而术中神经导航下精准切除梗死核心对促进病变侧CST的恢复更有利｡术后6个月随访,研究组预后良好率高于对照组(P<0.05),病死率的组间差异无统计学意义(P>0.05),说明精准切除梗死核心在确保相同生存率的前提下,在改善MCI恶性脑水肿患者长期神经功能恢复方面更具优势,原因可能为梗死核心的精准切除有利于保留具有恢复潜力的缺血半暗带,并保持CST的完整性,减轻坏死脑组织引起的继发性脑损伤｡目前国内外尚未见关于梗死核心切除与颞叶前份切除的疗效对比的研究,本研究结果提示梗死核心切除联合DC可能比颞叶前份切除联合DC更有利于改善伴恶性脑水肿的MCI患者预后｡

Berndt等[48]的研究纳入了106例前循环颅内大血管闭塞机械取栓治疗后行DTI检查的患者,通过梗死核心体积并结合DWI和Alberta卒中项目早期CT评分评估患者的脑梗死严重程度,并划分为轻度(梗死范围低于大脑中动脉皮质供血区M1~M6段的1/3)､中度(梗死范围在大脑中动脉皮质供血区M1~M6段的1/3~2/3)和重度(梗死范围超过大脑中动脉皮质供血区M1~M6段的2/3),结果显示,轻度梗死组患者的平均FA值[(患侧FA-健侧FA)/(患侧FA+健侧FA)]高于中度梗死组和重度梗死组(-0.020±0.058比-0.091±0.108､-0.101±0.079,均P=0.001),且FA值与行DTI检查时的NIHSS评分呈负相关(r=-0.246, P=0.002),多因素Logistic回归分析显示,轻､中度脑梗死患者的FA值与良好的临床结局(发病后90d mRS评分≤2分)相关(回归系数为10.3,标准误为3.8, P<0.01),提示CST的损伤程度可预测前循环颅内大血管闭塞行机械取栓术患者的神经功能预后｡本研究根据术前DTI图像中CST损伤程度,将患者分为CST未破坏(梗死核心未侵犯CST,CST形态完整或受压变形移位)和CST破坏(梗死核心侵犯CST,CST有破坏或中断),结果显示,在CST未破坏的患者中,研究组术后1个月病变侧CTS投射区FA值和术后6个月良好预后患者比例均优于对照组(均P<0.05),而CST破坏患者中研究组和对照组术后1个月病变侧CTS投射区FA值和术后6个月良好预后患者比例差异无统计学意义(均P>0.05),提示对于术前评估CST未破环的伴恶性脑水肿MCI患者,梗死核心切除较颞叶前份切除可能更有利于CST恢复｡

手术安全性方面,研究显示,20.7%(130/627)的缺血性卒中患者在DC术后发生出血性并发症,9.4%(52/556)的患者出现手术相关感染并发症[49]｡本研究中研究组和对照组患者术后1个月内颅内出血发生率分别为14.3%和14.7%,颅内感染发生率分别为7.1%和5.9%,两组并发症发生率均低于既往报道,且组间比较差异无统计学意义(P>0.05),提示对于MCI恶性脑水肿患者行基于CST保护的精准梗死核心切除术是相对安全的｡

目前国内外尚未见关于梗死核心切除与颞叶前份切除的疗效对比研究,本研究结果显示,梗死核心切除联合DC可能比颞叶前份切除联合DC更有利于改善伴恶性脑水肿MCI患者的预后｡通过人工智能影像学技术量化可切除梗死核心的安全边界,在神经导航下实现了精准､主动清除占位性病理源头,阻断了神经毒性级联反应,挽救了具有恢复潜力的缺血半暗带,并有利于避免CST的医源性损伤,达到了精准切除病理核心且保留功能性脑组织的目的｡未来可以进一步优化通过精准量化梗死核心体积､缺血半暗带体积､DTI损伤程度(FA值)构建手术切除梗死脑组织体积的精准治疗方案｡

综上所述,在人工智能神经影像学技术和神经导航技术辅助下,基于CST保护的精准梗死核心切除联合DC可能是可行､有效､安全的,对伴有恶性脑水肿MCI患者颅内减压方式选择具有一定临床参考意义,尤其是对于术前评估CST未破环的患者｡然而,本研究的数据来源于单中心的回顾性观察研究,且样本量较少,观察指标欠全面,有待于未来更大样本量及多维度指标评估,并开展前瞻性随机对照研究,以验证本研究结论的临床适用性｡