Purpose Cerebellar herniation can be dynamic in patients with Chiari Malformations during the cardiac cycle. Reproducible quantification of this movement could lead to better understanding of the malformation’s pathophysiology and improve diagnostic criteria for Chiari patients. To automatically extract the pulsatility-dependent herniation in time-resolved MRI (CINE MRI) this work presents a voxel intensity distribution method (VIDM) and compares it to simple linear measurements. Furthermore, the extent of herniation on CINE is compared to that on static sequences, and the cerebellar movement is correlated to the presence of hydrocephalus and syringomyelia.
Methods Using VIDM cerebellar movement in 27 Chiari patients is analyzed and results are compared to linear measurements on an image viewer (visual inspection, VI) using a paired t test. To compare the degree of herniation on static 3D MRI and CINE an ANOVA test is applied. Finally, Pearson’s correlation coefficient is calculated for the correlation between presence of hydrocephalus or syringomyelia and the degree of cerebellar movement.
Results VIDM showed tissue movement in 85% of our patients. Assuming movement ≤ 1 mm could not be detected reliably on an image viewer, movement using VI was identified in 29.6% of the patients. The difference in the detection of movement using the two methods was significant (p = 0.002). Herniation was greater on static sequences than on CINE in 78% of all cases, but this was not statistically significant (p > 0.05). The extent of cerebellar movement did not correlate with the presence of syringomyelia or hydrocephalus (Pearson’s coefficient < 0.3).
Conclusions VIDM is a sensitive method to detect tissue movement on CINE MRI and may be used to improve understanding of the pathophysiology of Chiari patients as well as objectify diagnostic criteria and indications for surgical treatment. Furthermore, VIDM could be used to evaluate e.g. cyst membranes or ventriculostomies. The missing correlation of cerebellar movement with hydrocephalus and syringomyelia in Chiari patients warrants further investigation.
Zielsetzung Kleinhirnhernierungen in Chiari-Patienten können durch die Pulsation des Liquor cerebrospinales während des Herzzyklus durch das Foramen Magnum dynamisch sein. Quantifizierung von diesen Kleinhirnbewegungen könnten das Verständnis der Pathophysiologie dieser Erkrankung verbessern sowie dazu beitragen, die Diagnosekriterien und Operationsindikationen der Chiari Malformationen reproduzierbarer werden zu lassen. Diese Arbeit stellt die Methode „Voxel Intensity Distribution Method“ (VIDM) vor, mit deren Hilfe die pulsationsabhängige Hernierung automatisch in zeitaufgelösten Magnetresonanztomographischen (MRT) Sequenzen (CINE MRT) erfasst werden kann und vergleicht diese mit einfachen linearen Messungen. Außerdem wird der Grad der Hernierung in CINE- und statischem MRT verglichen und mit der Anwesenheit von Hydrozephalus oder Syringomyelie ins Verhältnis gesetzt. Methoden Die Kleinhirnbewegungen in 27 Chiari-Patienten wurden mithilfe von VIDM analysiert und die Ergebnisse mit linearen Messungen auf einem image viewer (visual inspection, VI) mittels gepaarten T-test verglichen. Außerdem wurde mithilfe des ANOVA-Tests der Grad der Hernierung auf den dreidimensionalen und dynamischen MRT Bildern verglichen. Die Korrelation zwischen Kleinhirnbewegung und Vorliegen eines Hydrozephalus oder einer Syringomyelie wurde unter Zuhilfenahme des Pearson´s correlations coeffizient getestet. Ergebnisse Die neue Methode VIDM konnte das Vorliegen von Gewebebewegungen in 85% der Patienten zeigen. Mit der etablierten Methode VI konnte unter Berücksichtigung eines Schwellwerts von > 1 mm auf einem image viewer in 29.6% der Patienten (p=0.002) Bewegungen festgestellt werden. Der Grad der Hernierung war in 78% der Fälle in den statischen Sequenzen größer als in den CINE-Sequenzen, was sich statistisch jedoch nicht als signifikant zeigte (p>0.05). Die Kleinhirnbeweglichkeit korrelierte nicht mit dem Vorhandensein von Hydrozephalus oder Syringomyelie (Pearson‘s correlations coeffizient < 0.3). Konklusion VIDM ist eine sensitive Methode, um Gewebebewegungen auf der CINE MRT Sequenz nachzuweisen und könnte perspektivisch für die klinische Beurteilung und das bessere pathophysiologische Verständnis von Chiari-Patienten eingesetzt werden. Es sind darüber hinaus weitere Einsatzfelder für die Methode denkbar, beispielsweise in der Evaluation von Zystenmembranen oder Ventrikulostomien. Durch die fehlende Korrelation der Kleinhirnbeweglichkeit mit Hydrozephalus und Syringomyelie bei Chiari-Patienten eröffnen sich weitere Untersuchungsfelder.
