Prediction of the functional outcome of cerebral ischemic supratentorial stroke acute period on the basis of spectral analysis of the brain bioelectrical activity

Abstract

The purpose of this study was to determine the most informative parameters of the brain bioelectrical activity spectral analysis for the functional outcome of cerebral ischemic supratentorial stroke (CISS) acute period prediction. Materials and methods. Prospective, cohort and comparative study was conducted among 103 patients in CISS acute period (61 men and 42 women, mean age was 67.7 ± 0.8 years). Electroencephalographic study was conducted on the 2nd–3rd day of the disease with the use of 19-channel electroencephalographic scanner. The values of absolute spectral rhythm power of delta (0.5–4.0 Hz), theta (4–8 Hz), alpha (8–13 Hz), beta (13–35 Hz), theta1 (4–6 Hz), theta2 (6–8 Hz), alpha1 (8–10 Hz), alpha2 (10–13 Hz), beta1 (13–25 Hz) and beta2 (25–35 Hz) bands in the affected hemisphere (AH) and intact hemisphere (IH) were determined. The relative spectral rhythm power (RSRP), fronto-occipital rhythm gradient (FORG) and the severity of interhemispheric rhythm asymmetry (IHRA) were calculated. The functional outcome of the disease acute period was assessed on the 21st day on the basis of the modified Rankin Scale (mRS), while the value of mRS score >3 was considered as an unfavourable functional outcome. Results. Unfavourable functional outcome of the CISS acute period was registered in 46 (44.6 %) patients. In accordance with the data of multivariate regression analysis it was determined that RSRP of delta band in the IH (OR 95 % CI = 1.31 (1.13–1.52), P = 0.0004), FORG of alpha band in the AH (OR 95 % CI = 29.07 (1.86–455.15), P = 0.0224) and IHRA of alpha band (OR 95 % CI = 0.01 (0.0001–0.80), P = 0.0402) were independently associated with functional outcome of the CISS acute period. The RSRP of delta band in the IH > 18.4 % (Se = 87.0 %, Sp = 87.7 %, AUC 95 % CI = 0.94 (0.87–0.98), P < 0.0001), FORG of alpha band in the AH >-0.066 (Se = 67.4 %, Sp = 70.0 %, AUC 95 % CI = 0.74 (0.65–0.82), P<0.0001) and IHRA alpha band ≤-0.066 (Se = 60.9 %, Sp = 70.2 % AUC 95 % CI = 0.66 (0.56–0.75), P < 0,0039) were the optimal cut-off values as for the unfavourable functional prognosis of CISS acute period. Conclusions. The RSRP of delta band in the IH, FORG of alpha band in the AH and the IHRA of alpha band are the most informative parameters of the brain bioelectrical activity spectral analysis for the prediction of the functional outcome of cerebral ischemic supratentorial stroke acute period. Мета роботи – визначити найбільш інформативні параметри спектрального аналізу біоелектричної активності головного мозку для прогнозування функціонального виходу гострого періоду мозкового ішемічного супратенторіального інсульту (МІСІ). Матеріали та методи. Виконали проспективне, когортне, порівняльне дослідження 103 пацієнтів у гострому періоді МІСІ (61 чоловік і 42 жінки, середній вік – 67,7 ± 0,8 року). Рівень неврологічного дефіциту оцінювали за National Institute of Health Stroke Scale. Електроенцефалографічне дослідження виконали на 2–3 добу захворювання. Окремо для ураженої півкулі (УП) і неураженої півкулі (НП) встановлювали значення абсолютної спектральної потужності, відносної спектральної потужності ритмів (ВСПР) дельта (0,5–4 Гц), тета (4–8 Гц), альфа (8–13 Гц), бета (13–35 Гц) діапазонів, тета1 (4–6 Гц), тета2 (6–8 Гц), альфа1 (8–10 Гц), альфа2 (10–13 Гц), бета1 (13–25 Гц) та бета2 (25–35 Гц) піддіапазонів, а також лобно-потиличні градієнти (ЛПГР) і вираженість міжпівкульної асиметрії ритмів (МПАР). Функціональний вихід гострого періоду МІСІ оцінювали на 21 добу захворювання за модифікованою шкалою Ренкіна (мШР), при цьому несприятливим функціональним наслідком вважали значення >3 бали за мШР. Результати. Несприятливий функціональний вихід зареєстрували у 46 (44,6 %) пацієнтів. На підставі мультиваріантного логістичного регресійного аналізу визначено параметри спектрального аналізу електроенцефалографічного патерну, які незалежно асоційовані з функціональним виходом гострого періоду МІСІ: ВСПР дельта-діапазону ІП (ВШ 95 % ДІ = 1,31 (1,13–1,52), р = 0,0004), ЛПГР альфа-діапазону УП (ВШ 95 % ДІ = 29,07 (1,86–455,15), р = 0,0224) та МПАР альфа-діапазону (ВШ 95 % ДІ = 0,01 (0,0001–0,80), р = 0,0402), при цьому оптимальними точками відсікання значень названих показників для верифікації функціонального прогнозу є ВСПР дельта-діапазону ІП > 18,4 % (Se = 87,0 %, Sp = 87,7 %, AUC 95 % ДІ = 0,94 (0,87–0,98), р < 0,0001), ЛПГР альфа-діапазону УП >-0,066 (Se = 67,4 %, Sp = 70,0 %; AUC 95 % ДІ = 0,74 (0,65–0,82), р < 0,0001) та МПАР альфа-діапазону ≤-0,066 (Se = 60,9 %, Sp = 70,2 %, AUC 95 % ДІ = 0,66 (0,56–0,75), р < 0,0039). Висновки. Найбільш інформативними параметрами спектрального аналізу біоелектричної активності головного мозку для визначення функціонального прогнозу завершення гострого періоду МІСІ є відносна спектральна потужність ритмів дельта-діапазону інтактної півкулі, лобно-потиличний градієнт ритмів альфа-діапазону ураженої півкулі та міжпівкульна асиметрія ритмів альфа-діапазону. Цель работы – определить наиболее информативные параметры спектрального анализа биоэлектрической активности головного мозга для прогнозирования функционального исхода острого периода мозгового ишемического супратенториального инсульта (МИСИ). Материалы и методы. Проведено проспективное, когортное, сравнительное исследование 103 пациентов в остром периоде МИСИ (61 мужчина и 42 женщины, средний возраст – 67,7 ± 0,8 года). Уровень неврологического дефицита оценивали по National Institute of Health Stroke Scale. Электроэнцефалографическое исследование проводили на 2–3 сутки заболевания. Отдельно для пораженного полушария (ПП) и непораженного полушария (НП) определяли значения абсолютной спектральной мощности, относительной спектральной мощности ритмов (ОСМР) дельта (0,5–4 Гц), тета (4–8 Гц), альфа (8–13 Гц), бета (13–35 Гц) диапазонов, тета1 (4–6 Гц), тета2 (6–8 Гц), альфа1 (8–10 Гц), альфа2 (10–13 Гц), бета1 (13–25 Гц) и бета2 (25–35 Гц) поддиапазонов, а также лобно-затылочные градиенты (ЛЗГР) и выраженность межполушарной асимметрии ритмов (МПАР). Функциональный исход острого периода МИСИ оценивали на 21 сутки заболевания по модифицированной шкале Рэнкина (мШР), при этом в качестве неблагоприятного функционального исхода рассматривали значение >3 балла по мШР. Результаты. Относительно неблагоприятный функциональный исход зарегистрирован у 46 (44,6 %) пациентов. На основании мультивариантного логистического регрессионного анализа определили параметры спектрального анализа ЭЭГ-паттерна, которые независимо ассоциированы с функциональным исходом острого периода МИСИ: ОСМР дельта-диапазона ИП (ОШ 95 % ДИ = 1,31 (1,13–1.52), р = 0,0004), ЛЗГР альфа-диапазона ПП (OШ 95 % ДИ = 29,07 (1,86–455,15), р = 0,0224) и МПАР альфа-диапазона (ОШ 95 % ДИ = 0,01 (0,0001–0,80), р = 0,0402), при этом оптимальными точками отсечения значений указанных показателей для верификации функционального прогноза выступают ОСМР дельта-диапазона ИП >18,4% (Se = 87,0 %, Sp = 87,7 %, AUC 95 % ДИ = 0,94 (0,87–0,98), p < 0,0001), ЛЗГР альфа-диапазона ПП >-0,066 (Se = 67,4 %, Sp = 70,0 %; AUC 95 % ДИ = 0,74 (0,65–0,82), p < 0,0001) и МПАР альфа-диапазона ≤-0,066 (Se = 60,9 %, Sp = 70,2 % AUC 95 % ДИ = 0,66 (0,56–0,75), p < 0,0039). Выводы. Наиболее информативные параметры спектрального анализа биоэлектрической активности головного мозга для определения функционального прогноза исхода острого периода МИСИ: относительная спектральная мощность ритмов δ-диапазона интактного полушария, лобно-затылочный градиент ритмов α-диапазона пораженного полушария и межполушарная асимметрия ритмов α-диапазона.