脑脊髓膜炎血管扩张症是一种间接脑血运重建术，已成功用于治疗成人烟雾病和症状性颅内动脉粥样硬化。原则上，颅外动脉分支通过手术重定向硬膜下方并列于低灌注脑组织。这个过程导致新血管的萌芽，逐渐与颅内循环形成新的吻合，改善灌注并降低中风的风险。在最近发表的血管异常治疗结果报告中，术后卒中发生率为。这些比率低于先前观察到的试验中的医学治疗率或血管成形术和支架置入率。已经使用多种成像模式来评估烟雾病和颅内动脉粥样硬化患者的间接血运重建的程度。常规血管造影术，计算机断层和磁共振血管造影已经通过转导和运输侧支血管证实了血管异常手术区域内的新血管形成。也有报道增加捐助者颞浅动脉和脑膜中动脉血管的大小和在以下血管异常术前原生络的下降。除了解剖变化，调查组织灌注因为在组织灌注改变是可能不与结构变化直接相关的动态过程是必要的。在烟雾病，氙增强计算机断层扫描，计算机断层，血氧水平依赖性脑血管反应性磁共振成像和正电子发射断层扫描研究已在介入半球的领土所示改善脑血管反应性。此外，计算机断层灌注和磁共振成像研究通过发现改进的术后脑血流动力学，相对脑血流量，和相对脑血容量的措施。然而，随着结构变化和临床结果以下血管异常局部组织灌注之间的关联目前还不清楚。
　　磁共振成像的概率独立成分分析通过提取时空血液供应模式，可以改善生理和病理生理脑血流动力学的分化。这是一种数据驱动的多变量方法，已应用于功能性磁共振成像，脑电图记录，以及最近的胶质母细胞瘤中的磁共振成像数据，其中它证明了从正常脉管系统中辨别肿瘤并表征肿瘤灌注的能力。图案。本研究的目的是将独立成分分析应用于动态磁敏感对比剂灌注磁共振成像数据，以评估血管异常后的血流动力学变化，评估该方法是否能够检测出与结构成像测量一致的变化，并将结果与经典灌注测量结果进行比较，即通过定量地将每个图像体素中的动态磁敏感对比剂灌注磁共振成像时间序列数据分离成与动脉，毛细血管和静脉血流动力学一致的独立时间模式，研究人员假设概率独立成分分析将检测血管性的细微变化，这可能不是经典灌注测量所捕获的。研究人员进一步假设患有症状性颅内动脉粥样硬化或烟雾病的成人的大脑区域将包含具有高静脉概率的组织，表明血流动力学与延迟的静脉血流一致。另外，研究人员对成人患者进行了前瞻性研究，其中或非严重卒中归因于颅内动脉颅内狭窄，并通过常规血管造影证实。尽管进行了最佳医疗管理，但所有患者均出现持续性卒中，如试验中所确定的。前者参加正在进行的血管异常手术间接血运重建治疗症状性颅内动脉狭窄试验。烟雾病患者通过颅内动脉狭窄方案获得与颅内动脉粥样硬化相同的成像和治疗。所有参与者在参加之前都提供了知情同意书，并且该研究是在机构审查委员会批准的情况下进行的。
　　 这些研究用于比较潜在的灌注变化与实际观察到的新血管发芽。在进行这些术后研究之前，一名患者死于心肌梗塞。所有患者均接受术前成像，包括数字减影血管造影和/或磁共振成像。所有患者的数字减影血管造影均显示颅内脑血管系统严重狭窄，与其临床症状相对应。根据临床需要考虑血管异常治疗，包括的缺血症状和低灌注和侧支血流不良的证据。先前已经描述了血管异常手术技术。简而言之，颞浅动脉被识别并用其周围的袖口解剖。进行开颅手术，硬脑膜以十字形方式打开，保留脑膜中动脉分支。将硬脑膜层分开，去除内部无血管层，并在手术显微镜下用显微切割将蛛网膜广泛打开。随后将颞浅动脉缝合到边缘。修剪骨瓣的毛刺孔和内表以防止颞浅动脉在其置换时扭结和压缩。手术期间和手术后患者仍接受强化医疗管理，包括抗血小板，高剂量他汀类药物，严格控制血压和血糖。每位患者对用于其原始术前基线扫描的相同磁共振成像扫描仪进行了后续研究。标准解剖磁共振成像序列包括矢状加权图像，以及轴向加权和图像。
　　关于概率独立成分分析算法的技术和数学细节描述。在当前的研究中，研究人员使用磁共振成像软件库中的程序实现了概率独立成分分析算法。简而言之，概率独立成分分析应用于整个大脑的原始动态磁敏感对比剂灌注磁共振成像数据，以识别统计独立时间成分加噪声。然后根据其动态血流动力学曲线将这独立成分手动识别为“动脉”，“静脉”和“毛细管”成分，其中动脉成分具有最短，静脉成分具有最长，并且毛细血管组件具有最小的信号幅度和中间。为了验证这种经验分类，通过各自的空间模式检查组件，以确保动脉组件覆盖环并且静脉组件包含脉络丛。接下来，针对每个图像体素计算每个独立分量与噪声相比的时间信号的后验概率。该计算得到独特的脑图，反映了具有与动脉，静脉或毛细血管血流动力学曲线一致的时间序列的体素的相对概率。然后将这些得到的概率图用于后续分析。通过使用具有互信息成本函数的仿射变换，将每个受试者的所有常规和灌注图像记录在第一术后时间点的轴向，后对比加权图像上。如果需要，随后进行手动对准。三名研究人员通过共识验证了图像的充分对齐。在手术移植部位周围和对侧半球内的镜像区域上的基线后对比加权图像上手动绘制。因为所有图像在基线和术后随访之间对齐，所以使用单组进行比较。计算每个患者和评估时间点内这中所有测量值的平均值。
　　 计算的值用作统计模型中的依赖性测量值。通过使用一般线性模型和置换测试来计算操作之后的时间和感兴趣的成像测量之间的关联。这种方法通过将“受试者”作为不感兴趣的因素包括在内，并通过建模适当的相互作用来评估手术和对照半球之间的相互作用，从而考虑了参与者之间的个体间差异。基于有效计算相关系数。因为没有一个感兴趣的度量可以假设在这个小样本中正态分布，所以通过使用具有排列的蒙特卡罗模拟来建立显着性。具体而言，零假设是在手术后的时间与感兴趣的测量值之间没有关联，因此所有观察到的差异都通过个体间变异性和噪声来解释。这意味着在任何一次测量中都不会发生系统性变化，这意味着在零假设下，相对于手术而言，采取措施是无关紧要的。虽然研究人员控制了个体间差异，但是操作之后的时间因此可以随机互换，而在零假设下不会产生不太显着的相关性或相互作用。可以在拒绝零假设然而，如果操作后的时间的随机排列在至少所有病例中产生不太显着的结果，则。通过不同的感兴趣测量，研究人员通过对多重比较应用校正来控制误差。鉴于先前的分析侧重于烟雾病，而不是颅内动脉粥样硬化，并且潜在的疾病可能是结果的修正因素，研究人员重复对每个疾病组的统计分析作为事后分析，并另外计算疾病组和术后的相互作用变化。该分析在中进行。此外，生成完整样本中规定的内动脉，静脉和毛细血管成分的概率随时间的标准图和描述性统计数据用于人口统计学和临床评估以表征研究人群。为相对脑血流量，脑血容量和创建了额外的图。为了与个体数字减影血管造影研究进行比较，创建了每个患者的动脉和静脉组分随时间变化的图。这些分析通过使用进行。
　　 无症状对照半球的概率独立成分分析显示，属于静脉成分的概率低于基线时的动脉成分。在术前症状性半球中，动脉和静脉成分的概率被反转。动脉和静脉组分的术前概率图中描述对于代表性的病人。从视觉上看，这些图显示左右额叶皮质之间存在明显的不对称性，与对侧组织相比，左侧额顶皮质的静脉概率更高。随着时间的推移，静脉和动脉概率的基线值保持在无症状对照侧。手术后的时间与无症状半球的静脉概率之间无显着相关性。然而，手术后，手术侧的高静脉概率随时间下降，而动脉概率基本保持不变。该结果也反映在手术后的时间与该症状性半球的静脉概率之间存在显着的负相关。与对照侧相比，静脉概率与手术后时间之间的关联在手术侧明显更强，其中检测到任何灌注测量与手术后时间之间没有显着相关性。大约后，手术侧的各个组件的概率出现倒置，以反映与非手术侧相似的模式。在对任何其他灌注测量进行多重比较的校正中，半球之间没有其他相互作用或与手术后时间的相关性。提供详细概述值和相关系数。尽管没有观察到经典测量值脑血容量，相对脑血流量和的显着发现，但是为了完整性，可以在在线中找到相应的图。每个病因组的事后分析显示，颅内动脉粥样硬化患者手术半球手术后静脉概率与时间呈显着负相关;烟雾病患者的这种相关性并不显着，可能是由于样本量较小。手术后亚组与时间之间的相互作用未产生任何显着结果，因此不支持颅内动脉粥样硬化与烟雾病之间的差异。值得注意的是，该研究并非旨在单独评估每个病因组;然而，在该事后分析中，颅内动脉粥样硬化组中手术效果的惊人程度达到了统计学意义。在该亚组分析中，没有其他灌注测量显示在手术后显着变化。对每位患者的外科半球中的个体动脉和静脉成分的探索未显示出所有患者的静脉概率增加的模式。在所有患者中，患者术前未显示静脉概率增加。描绘了来自患者和患者的实例，没有增加的静脉概率。与术后数字减影血管造影研究的直接比较显示，术前未显示静脉概率增加的患者未发生血管异常手术的新侧支。然而，所有其他患有组件倒置的患者确实在手术后从供体血管中产生了新的侧枝。该观察结果表明，静脉概率的测量可能是新血管形成的替代指标。
　　 对于维持颅内动脉狭窄患者的脑灌注，络脉对于至关重要。血管异常有助于在重定向的颅外动脉分支和颅内循环之间形成新的侧枝。血管异常术后血运重建的程度传统上侧重于常规血管造影对侧枝的解剖学研究。然而，考虑功能效果也是必要的，因为组织灌注的改变可能不直接与结构变化相关。本研究的目的是探索灌注磁共振成像测量，以更好地表征血管异常后的组织灌注。常规灌注测量与血管异常手术后的时间之间未发现显着关系。然而，通过应用概率独立成分分析，在外科半球中观察到显着变化，其对应于中风保护的临床观察和血管异常后风险降低，与报道这些有益临床效果的先前出版物一致。具体而言，发现非手术半球具有恒定的高动脉概率和低静脉和毛细血管概率，表明原始信号与快速动脉血液动力学模式最一致。由于这种无症状的半球不受颅内动脉狭窄的影响，因此预计不会出现灌注不足。
　　 相反，症状性半球，其中有颅内动脉狭窄，从而使患者符合血管异常血运重建的条件，具有高静脉和毛细血管概率以及基线时的低动脉概率，表明手术部位附近的大多数组织表达的模式更相似延迟静脉血流动力学。这种朝向症状性半球内静脉成分概率的转变可以解释为该区域中较慢的灌注。血管异常手术后，静脉成分的概率随时间显着下降;这种下降导致了月时概率模型的反转。这表明血流特征的正常化，由于血管异常后较高的灌注，造影剂在组织中的到达和清除更快。换句话说，在血管异常手术后，组织灌注发生变化，其变得比手术前的延迟更少，因此不太像静脉血流特征。这种解释与临床观察结果一致，即血管异常手术后所有病例的症状均得到改善。虽然研究人员还观察到手术后的时间与颅内动脉粥样硬化组内手术半球的静脉概率之间存在显着的负相关，但在烟雾病组内未发现手术后的时间与任何灌注测量值之间存在显着相关性。患者组与手术后时间之间的相互作用不显着，表明颅内动脉粥样硬化患者和烟雾病患者对手术的反应没有差异。烟雾病组内的非显着结果可能是由于样本量相对较小;本研究并非旨在独立研究每组。烟雾病组仅包括患者中的，并且基于较大数据集的未来分析对于进一步评估这些发现是期望的。
　　与术后数字减影血管造影研究的比较证实，灌注的改善与新侧枝的形成有关。根据概率独立成分分析的结果，未从供体血管发展新侧支的患者在外科半球中未显示出增加的静脉概率。随着时间的推移，这些患者的数字减影血管造影血管造影中合格动脉的狭窄减少，这可能是他们没有开发新的侧枝的原因，因为脑灌洗的先天来源足以防止它们出现症状。仅在强化医疗管理的情况下报告了这种效果，在本研究中所有接受血管异常的患者中都保持这种效果。虽然这一观察结果支持这样的观点，即来自概率独立成分分析的静脉概率的降低是血运重建的替代，但它提出了第二个有趣的问题：人们可能会询问观察到的增加的静脉概率和术后血运重建之间的关系是否可以作为标记用于患者选择和/或作为手术计划和监测的有价值工具。虽然这个问题超出了这项初步研究的范围，但值得在更大的系统研究中进行跟进。此外，由于血管异常后的临床结果可能优于单独的药物治疗，因此评估这种观察是否足以阻止或延迟手术是很重要的。
　　 在烟雾病的情况下，通过使用传统的神经影像学方法证明了间接血运重建后改善的脑灌注。在最近对患有烟雾病的儿科患者进行的一项研究中，计算机断层显示手术区域的基础灌注和脑血管反应性得到改善，血管异常手术后血运重建后约个月。随访计算机断层灌注显示术后脑血流量增加，然而，研究人员的结果并未表明接受血管异常的患者传统灌注测量的变化幅度相同。可以预期一些差异，因为本研究中的大多数数据源于颅内动脉粥样硬化的成年患者，通常为高龄，其中血管异常后广泛的新血管形成不一定是预期的。此外，相对较小的总体样本量和有限的时间点覆盖率可能导致传统灌注测量的非显着性发现。使用概率独立成分分析发现的显着结果可能表明该技术对灌注变化的敏感性更高，独立成分分析首先在信号处理工程领域开发，已应用于磁共振成像，用于在任务相关和任务免费的磁共振成像研究中分离功能网络，并应用于以解决诱发反应之间的差异。最近，独立成分分析已用于分离和区分脑灌注阶段。将动态磁敏感对比剂灌注磁共振成像的混合动态信号分离成独立的源信号，提供关于脑血管和实质的局部灌注的时空血流动力学信息。在对单侧颈动脉狭窄患者的研究中，该方法区分正常动脉，狭窄动脉和狭窄侧实质期;这一发现表明，狭窄和侧支循环不良导致狭窄侧薄壁组织的对比灌注延迟。此外，概率独立成分分析应用于神经肿瘤学允许的异常肿瘤脉管系统的检测，从正常组织区分肿瘤和潜在用作生物标志物来预测到抗血管生成药物的响应。本研究表明，这种方法的使用可以扩展到颅内动脉粥样硬化患者的血管异常手术计划和监测。尽管最近关注重复使用后的钆沉积物，但是后对比磁共振成像在许多机构的中风方案中是标准的，并且动态磁敏感对比剂灌注磁共振成像可以同时进行而无需额外的造影剂施用。而钆沉积物的重复使用后的临床意义仍未知，概率独立成分分析到动态磁敏感对比剂灌注磁共振成像中的应用可能被证明为手术计划和监测血管异常有益的。这些潜在的好处因而可能超过钆的风险;但是，有必要进一步调查。