Traumatic Spinal Cord Injury -Current Epidemiology in Finland and Evaluation of Cervical Injury by Diffusion Tensor Imaging

Abstract

Väitöstutkimuksen tarkoituksena oli selvittää tapaturmaisen selkäydinvamman ilmaantuvuus ja ominaispiirteet Suomessa. Tavoitteena oli myös tutkia diffuusiotensorikuvantamisen avulla onko selkäydinvammalla vaikutusta selkäytimen ja aivojen hermoratoihin varsinaisen vaurioalueen ulkopuolella. Lisäksi haluttiin arvioida, onko näillä mahdollisilla hermoratojen rakennemuutoksilla yhteyttä selkäydinvaurion laajuuden ja sen aiheuttaman toimintakyvyn heikkouden kanssa.

Selkäydinvamman akuuttihoito, välitön kuntoutus ja elinikäinen seuranta keskitettiin Suomessa 1.5.2011 valtioneuvoston asetuksella Helsingin, Oulun ja Tampereen yliopistollisiin sairaaloihin. Ensimmäisen vuoden aikana asetuksen voimaantulon jälkeen Oulun ja Tampereen yliopistollisissa sairaaloissa hoidettiin yhteensä 77 tapaturmaisen selkäydinvamman saanutta potilasta 14 eri sairaanhoitopiirin alueelta, jolloin ilmaantuvuus oli 25.1 miljoonaa henkilöä kohden. Tarkasteltaessa pelkästään Pirkanmaan ja Pohjois-Pohjanmaan sairaanhoitopiirien alueita oli tapaturmaisen selkäydinvamman ilmaantuvuus 38.1 miljoonaa henkilöä kohden. Suurin erillinen potilasryhmä koostui yli 60 vuotiaista potilaista, jotka olivat saaneet osittaisen kaulaytimen alueen selkäydinvamman kaaduttuaan joko samalla tasolla tai portaissa. Alle 60 vuotiaat olivat puolestaan vammautuneet yleisemmin liikenneonnettomuuksissa tai putoamisen seurauksena. Kaikista potilaista 39.0% ja alle 60 vuotiaista 58.6% oli vammautuessaan alkoholin vaikutuksen alaisena.

Diffuusiotensorikuvantamista hyödyntävässä osiossa tutkimuksen kohteena oli sekä terveiden verrokkien, että yli vuosi sitten selkäydinvamman saaneiden henkilöiden kaulaytimen ja aivojen alueet. Terveillä verrokkihenkilöillä kaulaytimen alueelta mitatut diffuusiotensorikuvantamisen arvot olivat riippuvaisia sekä selkäytimen mittaustasosta että –alueesta, mutta iän vaikutus arvoihin oli pieni. Ytimen alueella käytetty mittausmenetelmä osoittautui kliinisesti käyttökelpoiseksi ja mittausten toistettavuus vaihteli hyvän ja erinomaisen välillä. Selkäydinvammapotilaiden kaulaytimen ja aivojen alueella todettiin itse vamma-alueen ulkopuolella verrokkihenkilöihin verrattuna diffuusiotensorikuvantamisen arvoissa muutoksia, jotka liittyivät todennäköisimmin tapaturman seurauksena syntyneen akuutin hermovaurion käynnistämään hermoratojen rappeutumiseen. Mitattujen arvojen suuruus korreloi vamman aiheuttamien lihastoiminnan, tuntoaistin ja toimintakyvyn muutoksien vaikeusasteen kanssa.

Tieto tapaturmaisen selkäydinvamman epidemiologiasta on tärkeää mm. selkäydinvammoihin johtavien tapaturmien ehkäisemiseksi ja tarvittavien terveyspalvelujen kehittämiseksi. Tässä vaitöstutkimuksessa tapaturmaisen selkäydinvamman ilmaantuvuus Suomessa osoittautui aiemmin raportoitua selvästi suuremmaksi. Potilasjoukossa korostui voimakkaasti kaatumisen aiheuttamat kaulaytimen alueen vammat iäkkäämpien henkilöiden keskuudessa sekä alkoholinkäyttö vammautumisen riskitekijänä. Diffuusiotensorikuvantamisella voidaan saada määrällistä tietoa potilaan hermoratojen tilanteesta selkäydinvamman jälkeen. Tarvitaan kuitenkin lisäselvityksiä ja erityisesti seurantatutkimuksia akuutin vamman jälkeen, jotta voidaan selvittää, voidaanko tätä tutkimusmenetelmää hyödyntää tulevaisuudessa esimerkiksi käytännön työssä potilaiden ennusteen arvioimisessa tai tutkimuskäytössä uusien hoitomuotojen tehon seurannassa.

In traumatic spinal cord injury (TSCI), the neural tissue within the spinal canal is damaged by an external force resulting in the partial or complete loss of motor, sensory and autonomic function below the neurological level of the injury. TSCI is associated with permanent disabilities and leads to frequent complications that have substantial impacts on personal life and the health care system. Although there is no cure for spinal cord injury (SCI), preventive measures are of great importance. Knowledge of the incidence and other epidemiological features of TSCI is essential both for prevention and for planning clinical and support services for this unique patient group. In addition, prediction of the neurological and functional outcomes for the patient early after injury is a prerequisite for planning efficient and effective rehabilitation as well as identifying the resources required after discharge. Moreover, knowledge of microstructural changes in the central nervous system after SCI is critical for developing and assessing the effectiveness of new treatments in the future. The aims of this thesis were to 1) provide an epidemiological description of patients with SCI in Finland for medical care, follow-up planning and preventive initiatives; 2) evaluate the effects of SCI on spinal and cerebral white matter tracts using diffusion tensor imaging (DTI) and region-of-interest (ROI) methods; and 3) assess the ability of this method to link structure and clinical function in chronic SCI. Epidemiological data were collected from all TSCI patients admitted to the newly appointed SCI centers in Oulu and Tampere University Hospitals (UHs) during the year following the national centralization of SCI care in Finland. Cervical spinal cord 3T magnetic resonance imaging (MRI) with DTI sequences was performed in 34 patients with chronic TSCI and 40 healthy control subjects. A comprehensive clinical and functional assessment was performed, and the association between acquired clinical data and DTI values was studied. The incidence of TSCI in Finland was significantly higher than expected with a value of 38.1 per million in the hospital districts of Oulu and Tampere UHs, where all new SCI patients should be managed at SCI centers. Elderly people who had been injured by falling and had an incomplete cervical SCI constituted a significant proportion of the newly injured patients. In addition, alcohol use contributed to a considerable number of injuries. Spinal DTI values in the healthy adult population depended on the measurement level and white matter area of the spinal cord, but the effect of age on DTI metrics was small. The reproducibility of spinal measurements varied from good to excellent. In patients with chronic SCI, DTI detected pathological changes in both the spinal and cerebral white matter tracts at positions remote from the primary injury site that were observed using conventional MRI. In addition, some of the DTI values demonstrated significant relationships with the clinical parameters used to assess neurological deficit and disability after SCI. In conclusion, the incidence of TSCI was higher than previously published in Finland or other Nordic countries. The epidemiological features followed the trends of developed countries, emphasizing the need to target prevention strategies towards the prevention of falls in the elderly and of alcohol-related injuries in the younger population. DTI changes in regions that were remote from the site of the primary injury were most likely due to secondary degeneration of white matter tracts after injury. This microstructural change was associated with the motor, sensory and functional state of the patient. DTI is a promising quantitative and objective tool for the assessment of patients with SCI. The ROI method can be considered clinically applicable to cervical spinal cord assessments, and a comprehensive normative database was established. However, longitudinal follow-up studies after acute injury are needed to assess the value of spinal and cerebral DTI in predicting recovery and in assessing the efficacy of novel treatments.