MR-tomographische Liquorflussmessungen am Spinalkanal mit einem optimierten MRT-Protokoll: Experimentelle und klinische Untersuchungen[*]

Zusammenfassung.

Ziel: Messungen der zervikalen, thorakalen und lumbalen Liquordynamik mit der MRT und Messungen zur Ermittlung stenoseinduzierter Änderungen der Flussdynamik mittels eines Flussmodells. Methoden: 68 gesunde Probanden und 4 Patienten wurden in drei Phasen untersucht. Phase I: 19 Probanden zur Sequenzoptimierung mit je 4 Messungen (4, 8, 12, 16 cm/s Flusssensitivität). Phase II: 49 Probanden wurden mit der optimierten Phasenkontrastsequenz untersucht. In der fortlaufenden Phase III werden Patienten mit posttraumatischer Syrinx (PTS) untersucht. Bestimmt wurden max. Geschwindigkeiten (cm/s), Schlagvolumina (ml/s) sowie die Flächen der zur Berechnung verwendeten ROI (mm²). Im Flussmodell wurde das Lumen des zuführenden Schlauchschenkels 5-stufig komprimiert, die Geschwindigkeiten in Höhe der Stenose und in 70 cm Entfernung gemessen und die Veränderungen berechnet. Ergebnisse: 226 Messungen wurden durchgeführt. Phase I: 76 Messungen (62 = 81,5 % verwertbar) zervikal, thorakal und lumbal. Optimal (gutes SNR-Verhältnis und gute Flusskurve, kein Aliasing) waren Flusssensitivitäten von 12 cm/s zervikal, 6 cm/s thorakal und lumbal. Phase II: Es wurden 150 Messungen durchgeführt. 52 Messungen (16 zervikal , 24 thorakaI, 12 lumbal) waren technisch hervorragend (34,6 %). Zervikal fanden wir mit 0,95 cm/s die höchste Geschwindigkeit in kraniokaudaler Richtung und mit 0,38 cm/s in kaudokranialer Richtung. Thorakal lag die Geschwindigkeit bei 4,7 cm/s bzw. 1,65 cm/s und lumbal bei 0,93 cm/s bzw. 0,59 cm/s. Die höchsten Geschwindigkeiten wurden somit im thorakaIen Spinalkanal sowohl in kraniokaudaler Richtung als auch in kaudokranialer Richtung gemessen. In Phase III lagen die maximalen Geschwindigkeiten in den PTS in kraniokaudaler Richtung zwischen 0,09 und 0,97 cm/s und kaudokranial zwischen 0,04 und 1,03 cm/s. Zervikal fanden wir Schlagvolumina zwischen 0,1 und 1,23 ml/s (MW: 0,48 ml/s), thorakal zwischen 0,2 und 2,45 ml/s (MW: 0,66 ml/s), lumbal zwischen 0,08 und 0,67 ml/s (MW: 0,29 ml/s). Die im Flussmodell durch Kompression bedingten Geschwindigkeitssteigerungen lagen zwischen 2,06 und 4,94 cm/s (MW: 3,31 cm/s) in Höhe der Stenose und zwischen 1,1 und 1,33 cm/s (MW: 1,23 cm/s) 70 cm hinter der Stenose. Schlussfolgerungen: Mit der von uns verwendeten und auf die Anwendung am Spinalkanal optimierten Technik lassen sich an der HWS, BWS und LWS Liquorbewegungen in Subarachnoidalraum und PTS sowie im Flussmodell stenoseinduzierte Geschwindigkeitsänderungen quantitativ erfassen. Um Grenzen des Normalen zuverlässig zu bestimmen, sind weitere Untersuchungen an größeren Kollektiven erforderlich, da die Daten eine große Streuung aufweisen. Mittels der Flussmessung ist eine Unterscheidung zwischen stationären posttraumatischen Zysten und einer PTS mit Liquorfluss möglich, was therapieentscheidend (z. B. Mikroshuntversorgung, arachnoidale Erweiterungsplastik) sein kann.

Quantitative Analysis of Spinal CSF Dynamics using Magnetic Resonance Imaging: Experimental and Clinical Studies.

Purpose: Measurement of the oscillating CSF flow in the spinal canal (SC) of healthy volunteers and in patients with post-traumatic syringomyelia (PTS) using an optimized MRI protocol as well as to determine whether stenosis induced velocity changes are detectable using MRI. Methods: In 68 healthy volunteers quantitative studies of CSF flow in the cervical, thoracic, and lumbar regions were performed. First, an optimized sequence was developed and tested in 19 volunteers using four different flow-encoding velocities (4, 8, 12, 16 cm/s). Secondly, the optimized sequence was employed in 49 volunteers to measure the different CSF patterns in the cervical, thoracic, and lumbar spinal canals (CSC, TSC, LSC). Part three of the study, in which patients with PTS are being examined is still underway. We measured the maximum velocity (cm/s), the pixel area (mm²),and the stroke volume (ml/s). Using a flow model the velocities prior to and after compression with 5 different power levels were measured at the stenosis and at a distance of 70 cm. Results: A total of 226 dynamic measurements have been performed - so far 76 in the first part (62 = 81.5 % evaluable) and 150 in the second part - using the optimized sequence and optimal flow velocities. A flow-encoding sequence of 12 cm/s was found best in the CSC and one of 6 cm/s in the TSC and LSC. The maximum velocity in the CSC was 0.95 cm/s with the flow being directed caudal and 0.38 cm/s with the flow being directed cranial. In the TSC the values were 4.7 cm/s and 1.65 cm/s and in the LSC 0.96 cm/s and 0.59 cm/s. The highest velocities were found at the TSC, which has the smallest diameter compared to the CSC and LSC. In the 4 patients with PTS, the maximum velocities were between 0.09 cm/s and 0.97 cm/s with the flow being directed cranial and between 0.04 cm/s and 1.03 cm/s with the flow being directed caudal. The stroke volumina in the CSC were between 0.1 and 1.23 ml/s (mean: 0.48 ml/s) and 0.2 and 2.45 ml/s (mean: 0.66 ml/s) in the TSC and in the LSC 0.08 ml/s and 0.67 ml/s (mean: 0.29 ml/s). The results of the flow model studies showed an increase of velocity between 2.06 and 4.94 cm/s (mean: 3.31 cm/s) at the stenosis and 1.1 and 1.33 cm/s (mean: 1.23 cm/s) at a distance of 70 cm. Conclusion: Quantitative measurement of the oscillating CSF flow in the entire spinal canal (SC) is possible using an optimized MRI protocol as well as to detect stenosis induced velocity changes. Due to the high interindividual variability in the data of spinal CSF dynamics, further studies are necessary to collect normal data. The detection of movement of CSF in a post-traumatic spinal cord lesion may alter the therapeutic management.

Schlüsselwörter:

Liquorfluss - Flussmodell - Magnetresonanztomographie - Posttraumatische Syringomyelie - Stenose

Key words:

Cerebrospinal fluid movement - Flow model - Magnetic resonance imaging - Posttraumatic syringomyelia - Stenosis

1 Die vorliegende Studie wurde durch die Forschungsförderung der Stiftung Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg gefördert.

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1 Die vorliegende Studie wurde durch die Forschungsförderung der Stiftung Orthopädische Universitätsklinik Heidelberg gefördert.