Plum and posner’s diagnosis of stupor and coma fourth Edition series editor sid Gilman, md, frcp

hemorrhages, hemiparesis or aphasia may or may not be present, hemisensory

changes rare. Neck stiff within 24 hours. Bloody spinal fluid.

Specific Causes of Structural Coma

139

cerebral cortex, the hemorrhages are typically

lobar (i.e., into a specific lobe of the cerebral

cortex).

111

The arteries that hemorrhage tend

to be small vessels, which seal spontaneously,

so that the patient usually survives but may have

multiple recurrences in later years.

112

Acute

onset of focal hemispheric signs and a head-

ache are the most common presentation. As

with end artery hemorrhages, the severity of

the initial presentation often is misleading, and

as the hemorrhage is resorbed, there may be

much greater return of function than in a pa-

tient with a similarly placed infarction. Gradi-

ent echo MRI may reveal additional areas of

small, subclinical cortical and subcortical hem-

orrhage.

113

Mycotic aneurysms are typically seen in the

setting of a patient who has subacute bacterial

endocarditis.

114

Infected emboli that reach the

brain lodge in small penetrating arteries in the

white matter just deep to the cerebral cortex.

The wall of the blood vessel is colonized by

bacteria, resulting in aneurysmal dilation sev-

eral millimeters in diameter. These aneurysms,

which may be visualized on cerebral angiog-

raphy, may be multiple. Because there may

be multiple mycotic aneurysms, and to elimi-

nate an arteriovenous malformation or saccular

aneurysm as the source, an angiogram is gener-

ally necessary. Unruptured mycotic aneurysms

are treated by antibiotics, but ruptured aneu-

rysms may require endovascular or open surgi-

cal intervention.

115

Vascular malformations may occur in any

location in the brain. They range from small

cavernous angiomas to large arteriovenous mal-

formations that are life threatening. MRI iden-

tifies many more cavernous angiomas than are

seen on conventional arteriography or CT scan-

ning. The abnormal vessels in these malfor-

mations are thin-walled, low-pressure and low-

flow venous channels. As a result, cavernous

angiomas bleed easily, but rarely are life threat-

ening. Cavernous angiomas of the brainstem

may cause coma if they hemorrhage and have

a tendency to rebleed.

116

They can often be re-

moved successfully.

117

Radiosurgery may also

reduce the risk of hemorrhage, but can cause

local edema or even hemorrhage acutely.

118,119

Complex

arteriovenous

malformations

(AVMs) contain large arterial feeding vessels

and are often devastating when they bleed.

120

Although somewhat less likely to cause im-

mediate death than are saccular aneurysms,

arteriovenous malformations may be much

harder to treat and bleeding may recur multi-

ple times with gradually worsening outcome.

AVMs may also cause symptoms by inducing

epilepsy, or by causing a vascular steal from

surrounding brain. AVMs that come to atten-

tion without hemorrhage have about a 2% to

4% per year chance of bleeding, but those that

have previously bled have a much higher risk.

AVMs are typically treated by a combination of

endovascular occlusion of the arterial supply

followed, if necessary, by surgery, although

radiosurgery may also shrink AVMs in inac-

cessible regions.

Hemorrhage into a tumor typically occurs in

the setting of a patient with known metasta-

tic cancer. However, in some cases, the hem-

orrhage may be the first sign of the tumor. A

higher percentage of metastatic melanoma, thy-

roid carcinoma, renal cell carcinoma, and germ

cell tumors hemorrhage than is true for other

tumor types, but lung cancer is so much more

common than these tumors that it is the sin-

gle most common cause of hemorrhage into

a tumor.

121

Primary brain tumors, particularly

oligodendrogliomas, may also present with a

hemorrhage into the tumor. Because it is often

difficult to see contrast enhancement of the

tumor amidst the initial blood on MRI or CT

scan, it is generally necessary to reimage the

brain several weeks later, when the acute blood

has been resorbed, if no cause of the hemor-

rhage is seen on initial imaging.

Intracerebral Tumors

Both primary and metastatic tumors may in-

vade the brain, resulting in impairment of con-

sciousness.

121,122

Primary tumors are typically

either gliomas or primary CNS lymphomas,

whereas metastatic tumors may come from

many types of systemic cancer. Certain prin-

ciples apply broadly across these classes of

tumors.

Gliomas include both astrocytic tumors and

oligodendrogliomas.

122

Astrocytic tumors typ-

ically invade the substance of the brain, and

in extreme cases (gliomatosis cerebri), may dif-

fusely infiltrate the entire brain.

123

Oligoden-

drogliomas typically are slower growing, and

may contain calcifications visible on CT or MRI.

140

Plum and Posner’s Diagnosis of Stupor and Coma

They more often present as seizures than as

mass lesions.

124

Astrocytomas typically present

either with seizures or as a mass lesion, with

headache and increased intracranial pressure.

In other cases, the patients may present with

focal or multifocal signs of cerebral dysfunction.

As they enlarge, astrocytomas may outgrow

their blood supply, resulting in internal areas

of necrosis or hemorrhage and formation of

cystic components. Impairment of conscious-

ness is usually due to compression or infiltra-

tion of the diencephalon or herniation. Surpris-

ingly, primary brainstem astrocytomas, which

are typically seen in adolescents and young

adults, cause mainly impairment of cranial

motor nerves while leaving sensory function

and consciousness intact until very late in the

course.

Primary CNS lymphoma (PCNSL) was once

considered to be a rare tumor that was seen

mainly in patients who were immune suppres-

sed; however, PCNSL has increased in frequ-

ency in recent years in patients who are not im-

mune compromised.

123,125

The reason for the

increased incidence is not known. PCNSL be-

haves quite differently from systemic lympho-

mas.

122

The tumors invade the brain much like

astrocytic tumors. They often occur along the

ventricular surfaces and may infiltrate along

white matter tracts. In this respect, primary

CNS lymphomas present in ways that are sim-

ilar to astrocytic tumors. However, it is unusual

for a primary CNS lymphoma to reach so large

a size, or to present by impairment of con-

sciousness, unless it begins in the diencephalon.

Metastatic tumors are most often from lung,

breast, or renal cell cancers or melanoma.

121

Tumors arising below the diaphragm usually

do not invade the brain unless they first cause

pulmonary metastases. Unlike primary brain

tumors, metastases rarely infiltrate the brain,

and can often be shelled out at surgery. Meta-

static tumors usually present either as seizures

or as mass lesions, and often enlarge quite

rapidly. This tendency also results in tumors

outgrowing their blood supply, resulting in in-

farction and hemorrhage (see previous section).

The ease of removing metastatic brain tu-

mors has led to some controversy over the

optimal treatment. Patients who have solitary

metastatic tumors removed on average survive

longer than patients who are treated with cor-

ticosteroids and radiation.

126

Occasional pa-

tients with lung cancer may have long-term

survival and even apparent cure has been re-

ported after removal of a single brain metas-

tasis as well as the lung primary tumor. Pa-

tients with brain tumors frequently suffer

from seizures, but prophylactic administration

of anticonvulsants has not been found to be of

value.

127

Small, surgically inaccessible metas-

tases can be treated by stereotactic radio-

surgery.

128

Brain Abscess and Granuloma

A wide range of microorganisms, including

viruses, bacteria, fungi, and parasites, can in-

vade the brain parenchyma, producing an acute

destructive encephalitis (see page 156). How-

ever, if the immune response is successful in

containing the invader, a more chronic abscess

or granuloma may result, which may act more

as a compressive mass.

A brain abscess is a focal collection of pus

within the parenchyma of the brain. The in-

fective agents reach the brain hematogenously

or by direct extension from an infected con-

tiguous organ (paranasal sinus, middle ear).

129

Most bacterial brain abscesses occur in the

cerebral hemispheres, particularly in the fron-

tal or temporal lobes. In many countries in

Central and South America, cysticercosis is the

most common cause of infectious mass lesions

in the cerebral hemispheres. However, cysti-

cercosis typically presents as seizures, and only

occasionally as a mass lesion.

130

In countries in

which sheep herding is a major activity, echino-

coccal (hydatid) cyst must also be considered,

although these can usually be recognized because

they are more cystic in appearance than ab-

scesses on CT or MRI scan.

131

Patients with

HIV infection present a special challenge in the

diagnosis of coma, as they may have a much

wider array of cerebral infectious lesions and

are also disposed to primary CNS lymphoma.

However, toxoplasmosis is so common in this

group of patients that most clinicians begin with

2 weeks of therapy for that organism.

132

When

the appearance on scan is unusual, though,

early biopsy is often indicated to establish the

cause of the lesion(s) and optimal mode of

treatment.

Other organisms may cause chronic infec-

tion resulting in formation of granulomas that

Specific Causes of Structural Coma

141

may reach sufficient size to act as a mass lesion.

These include tuberculomas in tuberculosis,

torulomas in cryptococcal infection, and gum-

mas in syphilis.

Because the symptoms are mainly due to

brain compression, the clinical symptoms of

brain abscess are similar to those of brain neo-

plasms, except they usually evolve more rapidly

(Table 4–6).

Headache, focal neurologic signs, and sei-

zures are relatively common. Fever and nuchal

rigidity are generally present only during the

early encephalitic phase of the infection, and

are uncommon in encapsulated brain abscesses.

The diagnosis may be suspected in a patient with

a known source of infection or an immunosup-

pressed patient.

On imaging with either CT or MRI, the en-

hanced rim of an abscess is usually thinner and

more regular than that of a tumor and may be

very thin where it abuts the ventricle, some-

times leading to ventricular rupture (Figure

4–7). The infective nidus is often surrounded by

more vasogenic edema than usually surrounds

brain neoplasms. Diffusion-weighted images

indicate restricted diffusion within the abscess,

which can be distinguished from the cystic ar-

eas within tumors, which represent areas of

infarction. The presence of higher levels of

amino acids within the abscess on magnetic

resonance spectroscopy (MRS) may also be

helpful in differentiating the pathologies (Table

4–7).

If the lesion is small and the organism can

be identified, antibiotics can treat the abscess

successfully. Larger lesions require drainage or

excision.

INFRATENTORIAL COMPRESSIVE

LESIONS

The same mass lesions that affect the supra-

tentorial space can also occur infratentorially

(i.e., in the posterior fossa). Hence, while both

the focal symptoms caused by posterior fossa

masses and the symptoms of herniation dif-

fer substantially from those of supratentorial

masses, the pathophysiologic mechanisms are

similar. For that reason, we will focus in this

section on the ways in which posterior fossa

compressive lesions differ from those that oc-

cur supratentorially. Depending on the site of

the lesion, compressive lesions of the posterior

fossa are more likely to cause cerebellar signs

and eye movement disorders and less likely

to cause isolated hemiplegia. Herniation may

be either downward as the cerebellar tonsils

are forced through the foramen magnum or

upward as the cerebellar vermis pushes the up-

Table 4–6 Presenting Signs and

Symptoms in 968 Patients With

Brain Abscess

Sign or Symptom

Frequency

Range

Mean

Headache

55%–97%

77%

Depressed consciousness

28%–91%

53%

Fever

32%–62%

53%

Nausea with vomiting

35%–85%

51%

Papilledema

9%–56%

39%

Hemiparesis

23%–44%

36%

Seizures

13%–35%

24%

Neck stiffness

5%–41%

23%

From Kastenbauer et al.,

133

with permission.

Figure 4–7. A 49-year-old man with AIDS was admitted

for evaluation of headache, nausea, and bilateral weak-

ness and intermittent focal motor seizures. MRI showed

multiple ring-enhancing lesions. Note that the smooth,

contrast-enhancing wall of this right parietal lesion is typ-

ical of an abscess. He was treated with broad spectrum

antibiotics and improved.

142

Plum and Posner’s Diagnosis of Stupor and Coma

per brainstem through the tentorium, or usu-

ally both.

EPIDURAL AND DURAL MASSES

Epidural Hematoma

Epidural hematomas of the posterior fossa are

much less common than their supratentorial

counterparts, representing about 10% of all

epidural hematomas.

134

Posterior fossa epi-

dural hematomas typically follow fracture of

the occipital bone; they are usually arterial, but

may occasionally result from venous bleed-

ing.

135

The hematomas are bilateral in about

one-third of cases.

134

Patients present with headache, nausea and

vomiting, and loss of consciousness.

136,137

Neuro-ophthalmologic signs are relatively un-

common, usually consisting of abducens pare-

sis due to the increased intracranial pressure.

Occasionally a stiff neck is seen as an early sign

of tonsillar herniation.

A typical lucid interval occurs in only a mi-

nority of patients

138

: after initial injury, those

patients either continue to be alert or rapidly

recover after a brief loss of consciousness only

to subsequently, after minutes to days, first be-

come lethargic and then lapse into coma. With-

out treatment death ensues from acute respi-

ratory failure (tonsillar herniation). Even those

patients with a lucid interval suffer headache

and often cerebellar ataxia after the injury. If

not treated, symptoms progress to vertigo, stiff

neck, ataxia, nausea, and drowsiness.

It is important to identify an occipital frac-

ture even in the absence of a hematoma be-

cause of the possibility of delayed develop-

ment of an epidural hematoma.

134

If a fracture

crosses the transverse sinus, it may cause throm-

bosis of that vessel, causing a supratentorial

hemorrhagic infarct or increased ICP. Because

of the small amount of space in the posterior

fossa and the narrow exit foramina of CSF

(Sylvian aqueduct and fourth ventricle), ob-

structive hydrocephalus is often an early prob-

lem that may require emergent therapy.

139

About one-half of patients have evidence of

other injury, such as cerebellar hemorrhage or

supratentorial bleeding.

140

Most patients with posterior fossa epidural

hematomas are treated surgically,

134

although

alert patients with small lesions may be treated

conservatively.

141

A hematoma with a volume

under 10 mL, a thickness under 15 mm, and

a midline shift of no more than 5 mm may be

treated conservatively but requires careful

watching for increase in the size of the lesion.

In the supratentorial space, epidural hemato-

mas with volumes up to 30 mL may be treated

conservatively.

141

The availability of rapid

Table 4–7 Imaging Findings in Brain Abscess

Finding

CT

MR*

Sensitivity

Capsule

Isodense

T1WI: Isointense to hyperintense

Plain: MR>CT

Enhances T2WI: Hypointense

to hyperintense

CE: MR>CT

Vasogenic edema

Hypodense

T1WI: Hypointense

T2WI: Hyperintense

Plain: MR>CT

Abscess contents

Hypodense

T1WI: Hypointense

T2WI: Hyperintense

MRS: Amino acid, lactate,

acetate, succinate, and

pyruvate peaks

DWI: Bright (white)

ADC: Dark (black)

Plain: MR ¼ CT

ADC, apparent diffusion coefficient map; CE, contrast enhanced; CT, computed tomography; DWI, diffusion-weighted

image; MR, magnetic resonance spectroscopy; T1WI, T1-weighted image; T2WI, T2-weighted image.

*Intensity relative to normal brain.

From Zimmerman et al.,

98

with permission.

Specific Causes of Structural Coma

143

imaging has substantially reduced the mortal-

ity from about 25% in older series

142

to about

5% in more modern series.

134

Most current

mortality and morbidity is related not to the

hematoma, but to other brain injuries sustained

in the trauma.

Epidural Abscess

Epidural abscesses in the posterior fossa are

rare, representing only nine out of almost

4,000 patients with intracranial infections in

one series.

143

Most were complications of ear

infections and mastoiditis. Unlike epidural he-

matomas, fever and meningismus, as well as

evidence of a chronic draining ear, are com-

mon. Focal neurologic signs are similar to those

of epidural hematomas, but develop over days

to weeks rather than hours. Cerebellar signs

occur in a minority of patients. The CT scan

demonstrates a hypodense or isodense extra-

axial mass with a contrast-enhancing rim. Hy-

drocephalus is common. Diffusion-weighted

MRI identifies restricted diffusion, as in su-

pratentorial empyemas and abscesses.

41

The

prognosis is generally good with evacuation of

the abscess and treatment with antimicrobials,

except in those patients suffering venous si-

nus thrombosis as a result of the infection.

Dural and Epidural Tumors

As with supratentorial lesions, both primary

and metastatic tumors can involve the dura of

the posterior fossa. Meningioma is the most

common primary tumor.

144

Meningiomas usu-

ally arise from the tentorium or other dural

structures, but can occur in the posterior fossa

without dural attachment.

145

Meningiomas

produce their symptoms both by direct com-

pression and by causing hydrocephalus. How-

ever, because they grow slowly, focal neuro-

logic symptoms are common and the diagnosis

is generally made long before they cause al-

terations of consciousness. Dural metastases

from myelocytic leukemia, so-called chloromas

or granulocytic sarcomas,

146

have a particular

predilection for the posterior fossa. Although

more rapidly growing than primary tumors,

these tumors rarely cause alterations of con-

sciousness. Other metastatic tumors to the pos-

terior fossa meninges may cause symptoms by

involving cranial nerves.

SUBDURAL POSTERIOR FOSSA

COMPRESSIVE LESIONS

Subdural hematomas of the posterior fossa

are rare. Only 1% of traumatic acute subdural

hematomas are found in the posterior fossa.

147

Chronic subdural hematomas in the posterior

fossa, without a clear history of head trauma,

are even rarer. A review in 2002 reported only

15 previous cases, including those patients

taking anticoagulants.

148

Patients with acute

subdural hematomas can be divided into those

who are stuporous or comatose on admission

and those who are alert. Patients with chronic

subdural hematomas, many of whom had been

on anticoagulation therapy or have sustained

very mild head trauma, usually present with

headache, vomiting, and cerebellar signs. The

diagnosis is made by CT or MRI and treatment

is usually surgical. Stupor or coma portends a

poor outcome, as do the CT findings of oblit-

erated basal cisterns and fourth ventricle with

resultant hydrocephalus.

147

Subdural Empyema

Posterior fossa subdural empyemas are rare.

149

They constitute less than 2% of all subdural

empyemas.

143

Like their epidural counterparts,

ear infections and mastoiditis are the major

cause. Headache, lethargy, and meningismus

are common symptoms. Ataxia and nystagmus

are less common.

143

The diagnosis is made by

CT, which reveals a hypo- or isodense extra-

axial collection with enhancement. On MRI,