Novel MR Image Processing as an Objective Diagnostic Test for Chiari Malformation

新型 MR 图像处理作为 Chiari 畸形的客观诊断测试

基本信息

  • 批准号:
    9813099
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 46.88万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-09-30 至 2023-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Summary:  Chiari  malformation  Type  I  (CM)  is  a  serious  neurological  disorder  characterized  by  the  cerebellar  tonsillar  position  located  below  the  foramen  magnum  (tonsillar  ectopia).  The  “crowding”  that  occurs  near  the  foramen  magnum  causes  compression  on  the  cerebellum  and  brainstem  and  disrupts  the  natural  flow  of  cerebrospinal fluid. To further complicate matters, 3% of children and 1% of adults are shown to have tonsillar  ectopia  on  a  radiology  report,  but  just  300,000  individuals  (0.08%)  are  diagnosed  with  CM  in  the  US.  Thus,  there are greater than 10 times more individuals with radiographic evidence of tonsillar ectopia than individuals  that  actually  have  a  diagnosis  of  CM.  As  such,  surgeons  and  patients  are  dissatisfied  with  the  current  radiological measurement as a diagnostic criterion. Approximately 20,000 CM patients are evaluated each year  for  surgery  in  the  US  from  which  half  receive  surgical  decompression  of  the  posterior  fossa  with  the  goal  of  creating  more  space  around  the  cerebellar  tonsils.  While  the  majority  of  CM  patients  have  reported  improvement in quality of life after surgery, this improvement is not consistent across different symptoms. The  significance  of  the  situation  even  got  the  attention  of  Congress,  which  in  2009  directed  NINDS  to,  “encourage  aggressive  measures  toward  advanced  engineering  and  imaging  analysis  to  an  objective  diagnostic  test  for  CM.”  Static anatomical  measurements  alone  are NOT adequate  to  diagnose CM.    The  combination of  altered  brain  anatomy  with  altered  CSF  motion  and  dynamic  brain  tissue  strain  during  the  cardiac  cycle  likely  work  together  to  cause  CM  symptoms.  Thus,  understanding  the  relationship  between  biomechanical  and  disease  severity  measures  would  lead  to  an  objective  diagnostic  test  for  CM.    The  goal  of  the  proposed  study  is  to  obtain  novel  MR-­based  dynamic  biomechanical  measures  before  decompression  surgery  and  determine  their  relationship  with  disease  severity  measures.  We  hypothesize  that  these  biomechanical  measures  are  correlated  with  disease  severity  measures.  Furthermore,  these  biomechanical  measures  may  reflect  the  underlying  pathophysiology  associated  with  CM,  and  serve  as  a  better  prognostic  indicator  than  the  standard  methods that are currently being used clinically. Our group has developed several novel MR image-­processing  techniques  that  provide  in-­vivo  subject-­specific  biomechanical  measures  of  1)  resistance  to  CSF  motion,  2)  brain tissue strain, and 3) brain morphometrics. In a different group of CM patients, we have examined disease  severity measures including DTI, cognitive function, and symptomology. Preliminary results have demonstrated  these  biomechanical  and  disease  severity  measures  to  be  significantly  different  in  CM  subjects  compared  to  healthy  controls.  However,  these  measures  need  to  be  acquired  on  the  same  patient  population  in  order  to  determine  their  precise  relationship.  We  will  obtain  biomechanical  and  disease  severity  measures  in  50  adult  CM  patients  before  surgery.  This  study  will  provide  an  understanding  of  the  importance  of  biomechanical  measures in the pathophysiology of CM that may lead to better clinical diagnostic testing for CM.
摘要:Chiari 畸形 I 型 (CM) 是一种严重的神经系统疾病,其特征是小脑  扁桃体位置位于枕骨大孔下方(扁桃体异位)。  发生在附近的“拥挤”  枕骨大孔会压迫小脑和脑干,并扰乱大脑的自然流动  脑脊液。 更复杂的是,3% 的儿童和 1% 的成人患有扁桃体  放射学报告显示异位,但在美国只有 300,000 人 (0.08%) 被诊断出患有 CM。  因此,  有扁桃体异位放射影像证据的人数比实际人数多 10 倍以上  实际上已诊断为 CM。  因此,外科医生和患者对当前的情况不满意  放射测量作为诊断标准。 每年约有 20,000 名 CM 患者接受评估  在美国进行手术,其中一半接受后颅窝减压手术,目的是  在小脑扁桃体周围创造更多空间。  虽然大多数 CM 患者报告  手术后生活质量的改善,这种改善在不同症状之间并不一致。 这  这种情况的重要性甚至引起了国会的关注,国会于 2009 年指示 NINDS“鼓励  采取积极的措施进行先进的工程和成像分析,以进行客观的诊断测试  厘米。”  仅静态解剖测量不足以诊断 CM。    改变的组合  心动周期期间脑脊液运动和动态脑组织应变改变的大脑解剖结构可能起作用  一起引起 CM 症状。  因此,了解生物力学和疾病之间的关系  严重程度测量将导致对 CM 进行客观的诊断测试。    拟议研究的目标是  在减压手术前获得基于 MR 的新颖动态生物力学测量并确定其  与疾病严重程度测量的关系。  我们假设这些生物力学措施是  与疾病严重程度测量相关。  此外,这些生物力学措施可能反映  与 CM 相关的潜在病理生理学,并且作为比标准更好的预后指标  目前临床上使用的方法。 我们小组开发了几种新颖的 MR 图像处理  提供体内特定受试者生物力学测量的技术:1) 对脑脊液运动的抵抗力,2)  脑组织应变,以及 3) 脑形态测量。 在另一组 CM 患者中,我们检查了疾病  严重程度测量,包括 DTI、认知功能和症状。 初步结果已表明  与 CM 受试者相比,这些生物力学和疾病严重程度测量值显着不同  健康的控制。  然而,这些措施需要在同一患者群体中获得,以便  确定他们的精确关系。  我们将获得 50 名成人的生物力学和疾病严重程度测量  CM 患者在手术前。  这项研究将让人们了解生物力学的重要性  CM 病理生理学方面的措施可能会导致更好的 CM 临床诊断测试。

项目成果

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SMALL INSTRUMENTATION GRANT
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