Aus dem Institut für Radiologie
Abteilung für Neuroradiologie
der Medizinischen Fakultät der Charité – Universitätsmedizin Berlin

Dissertation

Dreidimensionale Darstellung der Hirnnerven V-VIII mittels virtueller Zisternoskopie

Zur Erlangung des akademischen Grades
Doctor medicinae (Dr. med.)

vorgelegt der Medizinischen Fakultät der Charité –
Universitätsmedizin Berlin

von
Christian Nicolaus Heine
aus Berlin

Dekane: Prof. Dr. Joachim W. Dudenhausen
Prof. Dr. med. Martin Paul

Gutachter:
1. PD Dr. med. R. Klingebiel
2. PD Dr. med. S. Mutze
3. PD Dr. med. M. Bollow

Datum der Promotion:23.09.2004

Abstract (Deutsch)

Ein bezüglich Datenakquisition und Nachverarbeitung optimiertes Visualisierungsprotokoll zur dreidimensionalen Darstellung der Hirnnerven V-VIII im Bereich der basalen Zisternen wird vorgestellt. Auf der Basis von hochauflösenden MRT Daten und unter Verwendung der Volume-Rendering-Technik entstanden insgesamt 10 Standardansichten der genannten Hirnnerven, die deren vollständige und zeiteffektive intrazisternale Abbildung mit besonderer Beachtung pathophysiologisch relevanter Zonen ermöglichen. Das Protokoll zeigte in der Evaluation an Patienten mit neurovaskulären Konflikten und anderen neuralen Kompressionssyndromen im Bereich des Kleinhirnbrückenwinkels seine Eignung bezüglich Bildqualität und diagnostischer Wertigkeit. Probleme traten vor allem aufgrund von Pulsations- und Bewegungsartefakten im akquirierten MRT-Datensatz, sowie zu enger Zisternen auf der Höhe der virtuellen Kameraposition auf. Diese ließen sich in den meisten Fällen jedoch durch leichte Parametervariationen beheben. Zur genauen Identifikation der Gefäße und zur Vermeidung der Weitergabe von Fehlzuordnungen war zusätzlich zu den Rekonstruktionen die Betrachtung des Originaldatensatzes erforderlich. Die Nachverfolgung der mit dem beschriebenen Protokoll virtuell zisternoskopisch untersuchten Patienten ergab bei der weit überwiegenden Zahl der verfolgbaren Patienten Konsequenzen hinsichtlich Diagnose und/oder Therapie. Die Korrelation mit intraoperativen Befunden konnte nur bei zwei Patienten mit Akustikusneurinomen erfolgen, wobei hier eine Übereinstimmung festgestellt werden konnte. Ursache für die nur geringe Zahl der zur Verfügung stehenden intraoperativen Befunde ist die lange Latenz zwischen Bildgebung und neurochirurgischer Intervention bei neurovaskulären Konflikten. Zusammenfassend lässt sich feststellen dass die virtuelle Zisternoskopie nach dem vorgestellten Protokoll eine komplementäre Bildgebungstechnik ist, die wichtige räumliche Informationen zu neurovaskulären Interaktionen in den basalen Zisternen liefert. Weitere Untersuchungen, insbesondere die intraoperative Befundkorrelation, sind jedoch erforderlich.

Abstract (English)

The following thesis presents a protocol for the three-dimensional visualization of the cranial nerves V-VIII within the basal cisterns, being optimized with regard to data acquisition and postprocessing. Based on high resolution MRI datasets and using the volume rendering technique, 10 standardized views of the aforementioned cranial nerves were developed. Thus, the complete and time effective intracisternal depiction was intended to be made possible, focussing on pathophysiological important areas of the nerves. The protocol showed its suitability concerning image quality and diagnostic value in evaluation of patients with neurovascular conflicts or other neural compression syndromes in the cerebello-pontine angle. Problems mainly occurred as a result of pulsation and motion artefacts in the MR dataset and narrow cisterns in the level of the virtual camera position. In most cases they could be solved by slight variations of the postprocessing parameters. To guaranty the correct identification of the vessels and to avoid the risk of giving incorrectly assigned anatomic information to subsequent readers, the additional inspection of original dataset is necessary. In the follow up of the examined patients consequences in diagnosis and/or therapy were found in the most cases. The correlation of the virtual cisternoscopic images with the intraoperative results could only be performed in two patients with acoustic neuromas and was successful. The reason for the small amount of available intraoperative results is the latency between imaging and neurosurgical intervention in neurovascular conflicts. Concluding the virtual cisternoscopy following the introduced protocol is a complementary imaging technique that provides important spatial information about neurovascular interactions within the basal cisterns. Yet further investigations, especially the intraoperative correlation of the results, are necessary.

Eigene Schlagworte: Hirnnerven, virtuelle Zisternoskopie, MRT, 3D Darstellung, basale Zisternen, neurovaskuläre Konflikte, Standardprotokoll

Keywords: cranial nerves, virtual cisternoscopy, MRI, 3D imaging, basal cisterns, neurovascular conflict, standardized protocol

Inhaltsverzeichnis

• 1  Einleitung
  • 1.1 Historischer Rückblick
  • 1.2 Demonstration der Hirnnervenbildgebung mittels Computertomographie
  • 1.3  Anatomie
  • 1.4 Methoden der dreidimensionalen Datennachverarbeitung
  • 1.5  Fragestellungen
• 2  Material und Methoden
  • 2.1 Methodische Voruntersuchungen
    • 2.1.1 Daten-Akquisition
    • 2.1.2 Daten-Nachverarbeitung
  • 2.2 Anwendungsstudien
    • 2.2.1 Hauptstudie
    • 2.2.2 Nachkontrollstudie
  • 2.3 Gesamtkollektiv
• 3  Ergebnisse
  • 3.1 Methodische Voruntersuchungen
    • 3.1.1 Daten-Akquisition
    • 3.1.2  Daten-Nachverarbeitung
  • 3.2  Anwendungsstudien
    • 3.2.1 Hauptstudie
    • 3.2.2  Nachkontrollstudie
  • 3.3 Gesamtkollektiv
• 4  Diskussion
  • 4.1 Notwendigkeit der Darstellung der basalen Zisternen
  • 4.2 Krankheitsbilder
  • 4.3 Anforderungen an die Darstellung der basalen Zisternen
  • 4.4 Methodische Voruntersuchungen
    • 4.4.1 Die Datenakquisition
    • 4.4.2 Die Nachverarbeitung
  • 4.5 Anwendungsstudien
    • 4.5.1 Die Hauptstudie
    • 4.5.2 Nachkontrollstudie
  • 4.6 Gesamtkollektiv
• 5  Zusammenfassung
• Literatur
• Verzeichnis der Abkürzungen und Fachausdrücke
• Danksagung
• Erklärung an Eides Statt

Tabellen

• Tab. 1: Standardprotokoll der Datenakquisition mittels stark T2-gewichteter MRT
• Tab. 2: Verzeichnis der standardisierten virtuell-zisternoskopischen Ansichten der HN V–VIII mit den zugehörigen Rekonstruktionsparametern
• Tab. 3: Evaluation der Bildqualität und diagnostischen Wertigkeit nach einem 5-teiligen  Score (1= unzureichend, 5= sehr gut)
• Tab. 4: Klinische Relevanz der virtuell zisternoskopischen Bildgebung

Bilder

• Abb. 1a-d: Axiale CT- und MRT-Schnitte auf Höhe der Nn. trigemini im Vergleich a) zervikale Myelographie mittels jodhaltigem, nicht-ionischem Röntgenkontrastmittel (Isovist-300, Schering, Berlin), b) anatomisches Kopfpräparat im CT-Schnitt, c) CT des Hirnstamms ohne Kontrastmittel, d) 3DFT CISS MRT.
• Abb. 2a-b: Anatomie der basalen Zisternen und Abgänge der Hirnnerven vom Hirnstamm a) Liquorräume im Bereich des Hirnstamms und des Kleinhirns. Die Cisterna interpeduncularis, die Cisterna ambiens und die Cisterna pontocerebellaris (nicht abgebildet) bilden gemeinsam die hintere Basalzisterne. b) Hirnnervenabgänge der HN V-VIII und ihre Beziehungen zu den benachbarten Arterien . Bildquellen: 2a) nach Netter, F., Atlas der Anatomie des Menschen, Stuttgart, New York: Thieme, 1997; 2b) nach Sobotta, J., Atlas der Anatomie des Menschen, München, Wien, Baltimore: Urban und Schwarzenberg, 1993
• Abb. 3: Aufbau digitaler 3D Volumina aus Voxeln und 2D Bilder aus Pixeln
• Abb. 4a-b: Prinzip der multiplanaren Reformation und Beispiel a) Schnittebenen können in jeder beliebigen Raumrichtung durch das Untersuchungsvolumen gelegt werden, den dabei angeschnittenen Voxeln wird je ein Pixel des Schnittbildes zugeordnet b) Beispiel: MPR, axialer Schnitt auf Höhe der Nn. facialis et vestibulocochlearis
• Abb. 5a-b: Prinzip der Maximum Intensity Projection und Beispiel a) Bei Betrachtung des Untersuchungsvolumens von rechts ergibt sich die dargestellte MIP-Rekonstruktion. Zusammenhängende Strukturen mit hoher Signalintensität (hell) stellen sich als solche dar, über ihren Verlauf in der räumlichen Tiefe oder Kontaktpunkte mit räumlich dahinter liegenden Strukturen liefert eine einzige MIP-Rekonstruktion keinen Aufschluss. b) Beispiel: MIP des Labyrinthes
• Abb. 6: Prinzipien des Surface Rendering und des Volume Rendering   Die Betrachtung des Untersuchungsvolumens von vorn und die Definition der hellen Voxel als transparent führen zu den gezeigten SR- bzw. VR-Rekonstruktionen. Beide Verfahren bieten eine realistische dreidimensionale Darstellung von Oberflächen, beim VR wird jedoch auch der hinter der ersten Oberfläche liegende Datensatz mit in die Rekonstruktion einbezogen.
• Abb. 7: Anzahl und Verteilung der klinischen Zuweisungsdiagnosen im Gesamtkollektiv
• Abb. 8 a-c: Einfluss der Ausleserichtung auf Verlauf und Lage von Pulsationsartefakten a) p à a Auslesung mit Artefakten der A. basilaris, b) p à a Auslesung mit Artefakten der Aa. carotes int. c) r à l Auslesung: Bei horizontaler Kopfausrichtung tangiert das Artefaktband der Aa. carotes int. und basilaris weder den KHBW noch die labyrinthären Strukturen.
• Abb. 9a-c: Einfluss des Schwellenwertes auf die Bildqualität der virtuellen Zisternoskopie a) zu niedriger Schwellenwert (=350): Kontinuitätsunterbrechung des HN VII b) optimaler (=530) und c) zu hoher Schwellenwert (=750): Artefakte (z.B. oben links) täuschen Raumforderungen in der Zisterne vor
• Abb. 10a-c: Einfluss des Depth Cueing auf die Bildqualität der virtuellen Zisternoskopie a) Zu schwaches DC (=10 %/cm), Artefakte im Hintergrund verschlechtern die Abgrenzbarkeit der HN. b) Optimales DC (=40%/cm). c) Zu starkes Depth Cueing (=90%/cm), die benachbarten Strukturen im Bereich der Zisterne sind nicht beurteilbar.
• Abb. 11a-d: Virtuell-zisternoskopische Standardansichten des N. trigeminus
• Abb. 12a-b: Virtuell-zisternoskopische Standardansichten des N. abducens
• Abb. 13a-d: Virtuell-zisternoskopische Standardansichten der Nn. facialis und vestibulocochlearis
• Abb. 14 a-c: Visualisierung neurovaskulärer Konflikte mittels VZ und MPR a) Neurovaskulärer Konflikt (NVK) auf der Höhe der WEZ zwischen dem HN VIII und der AICA.   b) Intrazisternaler NVK zwischen HN VI und der AICA. c) NVK zwischen HN V und der AICA.
• Abb. 15 a-c: Visualisierung eines Akustikusschwannoms und eines Basilarisaneurysmas mittels VZ und MPR a-c) intrameatales Schwannom des N. vestibularis sup. rechts; a) Die Nn. facialis et cochlearis werden durch die intrameatale Raumforderung auseinandergedrängt. Der Fundus des MAI ist obliteriert. b) Kontralateraler Normalbefund zum Vergleich. c) Aneurysma der A. basilaris aus dem die A. superior cerebelli (SCA) und die A. cerebri posterior (PCA) abgehen.
• Abb. 16: Anzahl und Verteilung der radiologischen Befunde im Gesamtkollektiv
• Abb. 17: Prozentuale Verteilung der neurovaskulären Konflikte hinsichtlich der betroffenen Hirnnerven
• Abb. 18: Geschlechterverteilung der NVK der einzelnen Hirnnerven
• Abb. 19: Prozentuale Verteilung der Gefäße hinsichtlich ihrer Beteiligung an neurovaskulären Konflikten bzw. Kontakten (nur eindeutig identifizierte Gefäße)