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

摘要：Chiari氏畸形I型(CM)是一种非常严重的神经系统功能障碍，其特征是大脑小脑功能障碍。 扁桃体位置位于枕大孔下方(扁桃体异位)。这是发生在枕大孔附近的另一种“拥挤”现象。 枕大孔损伤会对大脑小脑和脑干造成压迫，并扰乱大脑的正常血流。 脑脊液。为了使问题进一步复杂化，有3%的儿童和1%的成年人被发现患有扁桃体。 异位症在美国东部的一份放射学报告中显示，但仅有30万人(0.08%)被确诊为患有异位症。因此， 有扁桃体异位的放射学证据的个人比其他人多10倍以上。 这实际上是一种慢性心肌炎的诊断方法。因此，许多外科医生和患者对目前的情况非常不满意。 放射医学测量是一项重要的诊断标准。每年约有20,000名CM患者接受评估。 对于手术来说，在美国，一半以上的人接受了后颅窝的手术和减压手术，这是他们的主要目标。 在小脑和扁桃体周围创造了更多的空间。虽然大多数CCM患者已经报告过。 手术后生活质量的改善并不是在不同的疾病症状之间也是一致的。 这一形势的重要性甚至引起了国会的高度重视，国会在2009年6月指示NINDS采取行动，以鼓励人们。 采取积极的措施，朝着先进的医学工程技术和医学成像技术分析方向发展，为人类提供一种更加客观的诊断和分析手段。 仅靠静态和解剖学测量是不足以诊断慢性心肌炎的。 在新的心脏周期中，脑部解剖学改变了脑脊液的运动状态，脑组织的动态状态发生了变化，这可能是可行的。 共同导致CM的症状。因此，我们需要了解生物力学特征与疾病之间的关系。 严重程度和措施将导致我们为慢性心肌炎建立一个更加客观的诊断和检测方法。但是，第一个拟议的研究方法的主要目标是。 在减压和手术前获得一种新颖的基于MR的动态和生物力学测试手段，并确定他们的能力。 与疾病和严重程度的措施的关系。我们假设这些生物力学的措施是正确的。 与疾病和严重程度的措施相关。此外，这些生物力学措施可能不能反映疾病的严重性。 潜在的病理生理学与心血管疾病相关，是一种比临床标准更好的预后疾病指标。 这些方法目前正被广泛应用于临床。我们的团队已经开发了几种全新的磁共振图像处理技术。 可以提供体内和特定于受试者的生物力学措施的技术：1)提供对脑脊液运动的抵抗力；2) 脑组织的应变，以及脑组织的形态计量学。在一组不同的CCM患者中，我们可能还没有检查过这种疾病。 严重程度的测量包括DTI、认知功能、运动和症状学。初步的测试结果已经证明。 这些生物力学指标和疾病严重程度指标在中医受试者中可能会有明显不同。 健康的健康控制。然而，这些措施需要在相同的患者和人群基础上更好地获得，以便更好地控制。 确定他们之间的精确关系。我们将在50名成年人中获得一项生物力学测试和一项疾病严重程度测试。 CM患者在手术前接受治疗。这项研究将使他们对生物力学的重要性有一个更好的理解。 《中医药临床病理生理学》中提出的措施表明，这可能有助于为中医药提供更好的临床诊断和检测手段。

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.