Aus der Klinik für Radiologie und Neuroradiologie der Sana Kliniken Duisburg GmbH
Non-enhanced MR imaging for preinterventional assessment of the angioarchitecture in vein of
Galen malformations
Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Medizin
in der Medizinischen Hochschule Hannover
vorgelegt von Nikola Reinhard Dürr
aus Berlin
Duisburg 2019
Angenommen vom Senat: 16.07.2020
Gedruckt mit Genehmigung der Medizinischen Hochschule Hannover
Präsident: Prof. Dr. med. Michael P. Manns
Betreuer/in der Arbeit: Prof. Dr. med. Friedhelm Brassel
1. Referent/in: Prof. Dr. med. Bernhard Meyer
2. Referent/in: Prof.‘in Dr. rer. n at. Claudia Grothe
Tag der mündlichen Prüfung: 16.07.2020
Prüfungsausschuss:
Vorsitz: Prof. Dr. med. Heinrich Lanfermann
1. Prüfer/in: Prof. Dr. med. Klaus Friedrich Gatz
2. Prüfer/in: Prof. Dr. med. Michael Gebel
Inhaltsverzeichnis:
Titelblatt gemäß PromO ohne Seitanzahl ……… Seite I-II
Inhaltsverzeichnis ……… Seite 1
Titelblatt des Originalartikels gemäß Journal ……… Seite 2
Abkürzungsverzeichnis ……… Seite 3
Originalartikel der Veröffentlichungspromotion ……… Seite 4-9
Abstract ……… Seite 4
Introduction ……… Seite 4
Methods ……… Seite 4-5
Results ……… Seite 5-6
Illustrative Cases ……… Seite 6-7
Discussion ……… Seite 7-9
Conclusion ……… Seite 9
References ……… Seite 9
Zusammenfassung ……… Seite 10-21
Abkürzungen ……… Seite 10
Einleitung ……… Seite 10-13
Durchführung (Material und Methoden) ……… Seite 13-14 Patientenkollektiv ……… Seite 14
Ergebnisse ……… Seite 15
Illustrative Fälle ……… Seite 16
Diskussion ……… Seite 16-19
Relevanz und Einordnung ins Arbeitsgebiet ……… Seite 16 Protokollempfehlungen zur Gefäßdiagnostik ……… Seite 17 Zusammenhang der Arbeit und übergeordnete Betrachtung Seite 18 Limitationen der Bildgebung ……… Seite 19 Technische Aspekte ……… Seite 19
Schriftenverzeichnis ……… Seite 20-21
Lebenslauf ……… Seite 22-23
Erklärung nach §2 Abs. 2 Nr. 7+8 der PromO ……… Seite 24
Anlagen (hinten eingeklebt):
inhaltsgleiche CD
Seite 1
Title Page
Non-enhanced MR imaging for preinterventional assessment of the angioarchitecture in vein of Galen malformations
Nikola Reinhard Dürr, Dan Meila, Anne Pohrt, Heinrich Lanfermann, Friedhelm Brassel
First author: Nikola Reinhard Dürr
Department of Radiology and Neuroradiology Sana Kliniken Duisburg
Zu den Rehwiesen 9
D- 47055 Duisburg, Germany
Email: nikolareinhard.duerr@sana.de Tel: +492037332700
Fax: +492037332714
Co-Authors: Dr. Dan Meila
Department of Radiology and Neuroradiology Sana Kliniken Duisburg
Duisburg, Germany
Department of Diagnostic and Interventional Neuroradiology Medical School Hannover, Hannover, Germany
Anne Pohrt
Federal Institute for Occupational Safety and Health Nöldnerstr. 40-42, D-10317 Berlin, Germany
Prof. Dr. Heinrich Lanfermann
Department of Diagnostic and Interventional Neuroradiology Medical School Hannover, Germany
Prof. Dr. Friedhelm Brassel
Department of Radiology and Neuroradiology Sana Kliniken Duisburg, Germany
Disclaimer: Parts of this study have been presented at the 39th ESNR Annual Meeting in
September 2016 in Belgrad, Serbia, at the 52th DGNR Annual Meeting (NeuroRAD) in October 2016 in Cologne, Germany and at the 14th WFITN Congress in January 2017 in Val D’Isere, France.
Funding Source: The authors declare that there has been no funding.
Financial Disclosure: The authors declare that there are no financial relationships.
Conflict of Interest: The authors declare that they have no conflict of interest.
Ethical Approval and Patient Consent:
All procedures performed in studies involving human participants were in accordance with the ethical standards of the institutional and/or national research committee and with the 1964 Helsinki declaration and its later amendments or comparable ethical standards. For this type of study formal consent is not required. This article does not contain any studies with animals performed by any of the authors. An institutional review board approval was obtained for this retrospective study.
Abkürzungsverzeichnis:
2D / 3D zweidimensional / dreidimensional AChA Arteria choroidea anterior
AJNR American journal of neuroradiology asympt. asymptomatisch
AVM arteriovenöse Malformation AV-Shunt arteriovenöser Shunt
BA Arteria basilaris
Callosal Limbischer Bogen der Arteria pericallosa CSF cerebrospinal fluid (Liquor cerebrospinalis) DSA digitale Subtraktionsangiografie
dekomp. dekompensiert(e)
J Jahr(e)
Lepto leptomeningeale Shuntzuflüsse aus Ästen der Arteria cerebri media
M männlich
m Monat(e)
MIP Maximum-Intensitäts-Projektion (Bilddarstellung z. B. bei Gefäßen) mm / ms Millimeter / Millisekunde
MR / MRI magnetic resonance imaging MRA Magnetresonanzangiografie MRT Magnetresonanztomografie PCA Arteria cerebri posterior PChA Arteria choroidea posterior SAG sagittal
SPAIR spectral attenuated inversion recovery (MRT-Fettsättigungstechnik) T Tesla (Maßeinheit der Magnetfeldstärke)
T2OffPh T2-gewichtete Bildgebung ohne Flusskompensation
T2Std SAG sagittale, T2-gewichtete Bildgebung mit 3 mm Schichtdicke T2Std TRA axiale, T2-gewichtete Bildgebung mit 5 mm Schichtdicke T1WI T1-weighted imaging (T1-gewichtete Bildgebung)
T2WI T2-weighted imaging (T2-gewichtete Bildgebung)
TOF time of flight (flusssensitive MRT-Gefäßbildgebung ohne Kontrastmittel) TOF-MRA Time-Of-Flight-Magnetresonanzangiografie
TRA transversal
TSE Turbospinecho (MRT-Sequenztechnik)
VGM vein of Galen malformation (bzw. Vena-Galeni-Malformation)
W weiblich
Seite 8
Zusammenfassung:
Abkürzungsverzeichnis:
2D / 3D zweidimensional / dreidimensional AChA Arteria choroidea anterior
AJNR American journal of neuroradiology asympt. asymptomatisch
AVM arteriovenöse Malformation AV-Shunt arteriovenöser Shunt BA Arteria basilaris
Callosal Limbischer Bogen der Arteria pericallosa CSF cerebrospinal fluid (Liquor cerebrospinalis) dekomp. dekompensiert(e)
DSA digitale Subtraktionsangiografie
EPHB4 Ephrin Rezeptor Typ B4 (hepatoma transmembrane kinase).
lepto leptomeningeale Shunts aus Ästen der Arteria cerebri media
MIP Maximum-Intensitäts-Projektion (spezielle Bilddarstellung z. B. bei Gefäßen) mm / ms Millimeter / Millisekunde
MR / MRI magnetic resonance imaging MRA Magnetresonanzangiografie MRT Magnetresonanztomografie PCA Arteria cerebri posterior PChA Arteria choroidea posterior SAG sagittal
SPAIR spectral attenuated inversion recovery (MRT-Fettsättigungstechnik) T Tesla (Maßeinheit der Magnetfeldstärke)
T2OffPh T2-gewichtete Bildgebung ohne Flusskompensation
T2Std SAG sagittale, T2-gewichtete Bildgebung mit 3 mm Schichtdicke T2Std TRA axiale, T2-gewichtete Bildgebung mit 5 mm Schichtdicke T1WI T1-weighted imaging (T1-gewichtete Bildgebung)
T2WI T2-weighted imaging (T2-gewichtete Bildgebung) TOF MRA Time-Of-Flight-Magnetresonanzangiografie TRA transversal
TSE Turbospinecho (MRT-Sequenztechnik)
VGM vein of Galen malformation (bzw. Vena-Galeni-Malformation) Korrektur:
Die auf Seite 7 der Arbeit im publizierten Originalartikel dargestellte Tabelle (Table 2:
Delineability values in vein of Galen malformations) enthält einen Fehler in der Formatierung des Tabellenkopfes in der Fachzeitschrift Journal of NeuroInterventional Surgery. Das Wort „Insufficient“ ist nicht korrekt positioniert.
Seite 11 zeigt diese Tabelle mit korrekter Position der Worte im Tabellenkopf.
Einleitung:
Die Vena-Galeni-Malformation (VGM) ist eine der schwerwiegendsten, seltensten, neurovaskulären Erkrankungen im Neugeborenen- und Kleinkindalter. Etwa 30% der angeborenen, neurovaskulären Erkrankungen bei Kindern sind Vena-Galeni- Malformationen, was etwa 1% der pädiatrischen, kongenitalen Anomalien ausmacht[1,4,5]. Eine Geschlechtspräferenz liegt nicht vor. Die überwiegenden Fälle mit VGM treten spontan auf, eine Assoziation mit einer heterozygoten Mutation auf dem EPHB4-Gen auf Chromosom 7q22 ist beschrieben worden [6; Weblinks 1-3]
.
Bei der VGM kommt es zu arteriovenösen Kurzschluss- verbindungen, sogenannten high flow AV-Shunts, mit großem Blutflussvolumen in die Vena Galeni bzw. ihres embryonalen Vorläufers, der Vena prosencephalica mediana[1,2,3]. Man unterscheidet zwei anatomische Grundtypen der VGM: den choroidalen und den muralen Typ. Beim choroidalen Typ ist den arteriovenösen Fistelpunkten an der Vena Galeni ein plexiformes Netzwerk kleiner Shuntarterien vorgeschaltet, das
bildgebend wie eine
arteriovenöse Malformation (AVM) wirkt. Beim muralen bzw.
direkt fistulösen Typ enden die Arterien direkt in der Vena Galeni ohne ein Gefäßnetz. Zuführende Fistelarterien sind die Arteria choroidea anterior (AChA), die Arteria choroidea posterior medialis et lateralis (PChA), die Arteria pericallosa bzw.
callosomarginalis über den limbischen Bogen (Callosal), die thalamoperforierenden Arterien aus der Spitze der Arteria basilaris oder aus den P1- Segmenten (BA/PCA) und in seltenen Fällen leptomeningeale Äste der Arteria cerebri media (lepto) [1-3,7-10,12]
.
Durch das große Shuntvolumen der high flow AV-Shunts bei VGM kann es zum kindlichen Herzversagen kommen. Durch die fluss- und arterialisierungs- bedingte, aneurysmatische bzw.
sackartige Aufweitung der Vena Galeni kann die raumfordernde Wirkung des Vena-Galeni-Sackes
zur Kompression der
Vierhügelplatte und konsekutiv auch des Aquaeductus mesencaphli führen und so einen Hydrocephalus occlusus
verursachen. Durch AV-Shunts bedingte Drucküberlastung des Hirnvenensystems (venous congestion) und der shuntbedingte Druckabfall in normalen Hirnarterien (steal effect) führen zu einer chronischen Minderdurchblutung des Gehirns mit der möglichen Folge einer Unterentwicklung bzw. Volumenminderung des Gehirns oder einzelner, chronisch minderversorgter Gehirnabschnitte. Das hohe Shuntvolumen führt zur erhöhten mechanischen Belastung (flow stress) der an den AV-Shunts beteiligten Gefäße mit dem Risiko einer Ruptur und Hirnblutung[1-3,6-9]. Insbesondere bei bestehender Herzinsuffizienz sollte frühestmöglich nach Geburt eine Behandlung erfolgen.
Die nicht invasive Diagnose der Erkrankung erfolgt im Optimalfall durch pränatalen Ultraschall. Auch eine prä- oder unmittelbar postnatale Magnetresonanztomografie (MRT) ist zur Diagnose geeignet und kann darüber hinaus gehende Informationen liefern [2,9,10,11]
. Hierbei sollte auf Kontrastmittel verzichtet werden. Die beteiligten Hirngefäße sind durch TOF-MRA und dünne T2-Sequenzen, wie die vorliegende Arbeit zeigt, ausreichend visualisierbar. Der Verzicht auf die Gabe gadoliniumhaltigen Kontrastmittels verhindert das Auftreten von Gadoliniumablagerungen im kindlichen Gehirn [13-16].
Die interventionell-neuroradiologische Behandlung von Kindern mit Vena-Galeni- Malformation wurde in Deutschland erstmals Anfang der neunziger Jahre durch neuroradiologische Spezialisten an wenigen Kliniken durchgeführt, unter anderem an der Medizinischen Hochschule Hannover (F. Brassel). Seitdem haben sich insbesondere die verschiedenen Embolisationsmethoden gewandelt [1-3,7,11,12]
. Hierdurch konnten die Verschlussrate von AV-Shunts erhöht, das klinische Outcome verbessert und Patienten mit bisher infauster Prognose einer Behandlung zugeführt werden. Jede Behandlung eines Kindes mit VGM benötigt zur genauen Planung der individuellen Embolisationsmethode und -strategie vorab eine dedizierte nicht- invasive MRT-Schnittbildgebung [2,7,9].
Zum Zeitpunkt der Doktorarbeit und der Publikation des Artikels im Rahmen einer Veröffentlichungspromotion (2018) gab es keine einheitlichen Empfehlungen oder Leitlinieneinträge zur präinterventionellen Schnittbildgebung bei VGM, anhand derer eine Therapieplanung, eine Erkennung prognostisch negativer Faktoren bzw. eine genauere Charakterisierung der komplexen Angioarchitektur zuverlässig möglich war. Lediglich eine Arbeit von Geibprasert, Krings und Armstrong et al.[9] liefert einen relevanten Zusammenhang zwischen bildgebenden Markern der Vena-Galeni- Malformation und klinischem Outcome: die Arbeit zeigte, dass das Vorhandensein multipler (zwei oder mehr) arterieller Fistelgruppen, die die VGM speisen, ein negativer prognostischer Faktor für das klinische Outcome ist.
Bei nahezu jeder Gefäßerkrankung im Kindes- und Erwachsenenalter ist die präoperative bzw. präinterventionelle Schnittbildgebung (Sonografie, CT oder MRT) mittlerweile Standard der Diagnostik. Im Optimalfall ist die Schnittbildgebung möglichst risikofrei, möglichst genau und nicht invasiv. Deswegen werden in den Sana Kliniken Duisburg seit 2002 bei allen Kindern mit kraniellen Gefäßfehlbildungen einheitliche MRT-Untersuchungen des Schädels ohne Kontrastmittelgabe durchgeführt; bei Kindern erfolgt zudem die Sonografie durch die Neuropädiatrie.
Erstmals in der Literatur zeigt die vorliegende Arbeit für das Erkrankungsbild der Vena-Galeni-Malformation eine einfache, standardisierte, präinterventionelle MRT-
Bildgebung mit wenigen Sequenzen bei einer magnetischen Feldstärke von 1,5 Tesla. Die vorliegende Arbeit zeigt den diagnostischen und therapeutischen Nutzen dieser einheitlichen, nicht invasiven und einfachen MRT-Bildgebung, die sowohl zur Planung des Gefäßeingriffs als auch zur groben Prognoseeinschätzung genutzt werden kann. Wegen der Einfachheit der MRT-Sequenzen und deren ubiquitärer Verfügbarkeit auf annähernd allen MRT-Geräten ab einer Feldstärke von 1,5 Tesla ist die Durchführung dieser Messungen in den meisten Radiologien denkbar, wenn die Möglichkeit zur Durchführung von Narkose-MRT-Untersuchungen besteht.
Durchführung (Material und Methoden):
Im Zeitraum von 2003 bis 2016 wurden 108 MRT- und 111 DSA-Untersuchungen von 26 VGM-Patienten, die am Klinikum Duisburg behandelt wurden, zur Veröffentlichung einbezogen. Das Patientenkollektiv ist im Detail auf Seite 14 dargestellt. Diese Untersuchungen wurden einheitlich und von zwei unabhängigen Neuroradiologen retrospektiv ausgewertet. Die Erkennbarkeit und Charakterisierung arterieller Feedergruppen im MRT wurde mit dem Goldstandard der Gefäßdiagnostik, der DSA, verglichen und hinsichtlich der Angioarchitektur ausgewertet. Diese MR- Untersuchungen enthielten dünne axiale Quellbilder der arteriellen TOF-MRA und T2-Sequenzen mit üblichen Einstellungen (5 mm axial und 3 mm sagittal) sowie mit 2 mm Schichtdicke axial und sagittal ohne Flusskompensation, die die Ein- und Ausstromzone der VGM komplett erfassten. In unserem Hause werden alle präinterventionellen MRT-Untersuchungen in selber Intubationsnarkose durchgeführt, die während der DSA bzw. interventionellen Embolisationsbehandlung fortgeführt wird. Die MRT-Ergebnisse fließen unmittelbar in die Interventionsplanung ein.
Die MRT-Untersuchungen wurden von zwei Neuroradiologen einheitlich und voneinander unabhängig hinsichtlich der Angioarchitektur ausgewertet.
Erkennbarkeit des VGM-Subtyps (muraler oder choroidaler Typ) und das Vorhandensein arterieller Feedergruppen aus der Arteria choroidea anterior (AChA), aus der Arteriae choroideae posteriores (PChA), aus der Basilarisspitze bzw. aus den P1-Segmenten (BA/PCA), aus der Arteria pericallosa (Callosal) und aus leptomeningealen Zuflüsse der Arteria cerebri media (lepto) wurden vollständig erfasst. Es wurden die unmittelbar aufeinander folgenden MRT- und DSA- Untersuchungen verglichen im Hinblick auf die TOF-MRA und o. g. T2-Sequenzen.
Ein Scoring-System wurde verwendet, was die Erkennbarkeit des VGM-Subtyps und der arteriellen Feedergruppen mit Werten von 1 bis 4 einordnet:
1 = schlechte Erkennbarkeit: Es sind vermehrt pathologische Gefäßstrukturen in den MRT-Bildern erkennbar. Ursprungsgefäß, Fistelpunkt oder der Verlauf der pathologischen Gefäße sind nicht erkennbar.
2 = moderate Erkennbarkeit: Nur eines oder zwei der folgenden Kriterien sind erkennbar: Ursprungsgefäß, Fistelpunkt oder der Verlauf der pathologischen Gefäße.
3 = gute Erkennbarkeit: Ursprungsgefäß, Fistelpunkt und der Verlauf der pathologischen Gefäße sind erkennbar. Die Anzahl an Fistelpunkten aus dieser arteriellen Feedergruppe ist nicht erkennbar.
4 = exzellente Erkennbarkeit: Ursprungsgefäß, Fistelpunkt und der Verlauf der pathologischen Gefäße sind erkennbar. Die Anzahl an Fistelpunkten aus dieser arteriellen Feedergruppe ist erkennbar.
Seite 13
Patientenkollektiv im Detail:
Die in die Veröffentlichung einbezogenen 108 MRT- und 111 DSA-Untersuchungen von 26 VGM-Patienten beziehen sich auf nachfolgendes Patientenkolektiv:
M = männlich, W = weiblich, J = Jahr(e), m = Monate Erläuterung des Outcome-Scores:
0: Patient verstorben
1: schwere geistige Behinderung, intensive Unterstützung bei allen Tätigkeiten sowie Dauermedikation notwendig.
2: Mäßige geistige Behinderung mit Beeinträchtigungen bei der
Alltagsbewältigung. Intensive Förderung in edukativen und sozialen Belangen nötig, Dauermedikation in geringem Umfang erforderlich.
3: Geringe geistige Behinderung, Alltagsbewältigung problemlos möglich,
gelegentliche Förderung in edukativen und sozialen Belangen empfohlen, nur Bedarfsmedikation, keine Dauermedikation.
4: neuropädiatrisch unauffälliges Kind.
Patient bei Erstvorstellung
Hauptsymptome Anzahl DSA
Anzahl MRT
VGM Subtyp
Outcome Score
Verschluss- rate in DSA 01: M, 1 J, 10 Monate Hydrocephalus, Makrozephalus 6 6 choroidal in Behandlung 02: W, 2 J, 3 Monate Kompensierte Herzinsuffizienz
Entwicklungsverzögerung Hydrocephalus, Hirnblutung
5 5 choroidal in Behandlung
03: M,0 J,0 m,2 Tage Herzinsuffizienz bei Geburt 2 2 choroidal 4 100%
04: W, 12 J, 5 Monate Okulomotorikstörung nach Hirnblutung posthämorrhagischer Hydrocephalus
3 3 choroidal in Behandlung 05: M, 0 J, 0 Monate,
7 Tage
Stauungsleber, dekompensierte Herzinsuffizienz 1 Woche nach Geburt
3 3 choroidal 4 100%
06: M, 0 J, 8 Monate Makrozephalus 2 2 mural 4 100%
07: M, 0 J, 6 Monate Dekompensierte Herzinsuffizienz 5 5 choroidal 0 < 50%
08: W, 1 J, 1 Monat Motorische Entwicklungsverzögerung Hydrocephalus, Herzinsuffizienz
13 12 choroidal 4 100%
09: W, 0 J, 6 Monate Hydrocephalus, Herzinsuffizienz, sekun- däre AV-Fistel nach Sinusthrombose
6 6 choroidal 1 < 50%
10: W,0 J,0 m,3 Tage Dekompensierte Herzinsuffizienz 6 6 mural 3 > 50%
11: M, 2 J, 11 Monate Hydrocephalus, Makrozephalus 12 11 choroidal 2 > 50%
12: W,0 J,0 m,2 Tage Dekompensierte Herzinsuffizienz 3 2 choroidal in Behandlung 13: M, 0 J, 11 Monate Makrozephalus. Mittelhirninfarkt rechts. 3 3 choroidal 3 100%
14: W, 2 J, 10 Monate Hydrocephalus, Makrozephalus, Entwicklungsstörung, Herzinsuffizienz
5 5 choroidal in Behandlung 15: M, 0 J, 1 Monat Herzinsuffizienz Zyanose Hydrocephalus 5 5 mural 2 > 50%
16: M, 3 J, 5 Monate Hydrocephalus, Gangstörung, Kopf- schmerzen, Nystagmus, Übelkeit
7 7 choroidal 4 100%
17: M, 0 J, 7 Monate Kind asympt., Behandlungswunsch Eltern 2 2 choroidal 4 100%
18: W, 0 J, 4 Monate Makrozephalus, im Verlauf Hirninfarkt 4 4 choroidal 3 100%
19: M, 0 J, 5 Monate Asymptomatisch, im MR großes Drainage- venenaneurysma im Plexus choiroideus
2 2 choroidal 4 > 50%
20: W, 0 J, 4 Monate Kind asympt., Behandlungswunsch Eltern 1 1 mural 4 100%
21: M, 0 J, 3 Monate Hydrocephalus Makrozephalus Hirnblutung
dekompensierte Herzinsuffizienz
5 5 choroidal 4 100%
22: M, 0 J,0 m, 1 Tag Dekompensierte Herzinsuffizienz 2 2 choroidal 3 100%
23: W, 0 J, 3 Monate Intrauterine Hirnblutung rechts, Atrophie der rechten Großhirnhälfte Hydrocehalus, Herzinsuffizienz, Jugularvenenstauung
5 5 choroidal 1 < 50 %
24: M, 0 J, 3 Monate Hydrocephalus, Makrozephalus 1 1 mural 4 100%
25: W,0 J,0 m,8 Tage Herzinsuffizienz, Hydrocephalus, Mittelhirninfarkt
1 1 choroidal 2 100%
26: M, 0 J, 1 Monat Hydrocephalus, dekomp. Herzinsuffizienz 2 2 choroidal 3 100%
Seite 14
Ergebnisse im Detail:
Die vorliegende Arbeit schließt Daten von 15 Jungen und 11 Mädchen (26 Patienten) ein, von denen 5 (19,2%) einen muralen VGM-Subtyp zeigten. Bei einem Patienten (3,9%) wurden plexiforme AV-Shunts im Verlauf unter Behandlung erkennbar. Bei 20 (76,9%) lag primär der choroidale VGM-Subtyp vor.
Nach Dichotomisierung in zwei Kategorien (Erkennbarkeit der Kategorie 1 und 2 [keine ausreichende diagnostische Information hinsichtlich der interventionellen Planung] und Kategorie 3 und 4 [ausreichende diagnostische Information]) zeigte sich in der statistischen Auswertung durchweg für arterielle Feedergruppen der Kategorie AChA, PChA, Callosal und BA/PCA die beste Erkennbarkeit in einer 2 mm dünnen, transversalen T2-Sequenz ohne Flusskompensation und in der arteriellen TOF MRA mit 0,5 mm dünnen Quellbildern.
Plexiforme AV-Shunts beim choroidalen Subtyp waren zu 82% bis 92% mit der TOF MRA, mit den sagittalen T2-Sequenzen und den 2 mm dünnen T2-Sequenzen ohne Flusskompensation ausreichend visualisierbar. Arterielle Feedergruppen aus der Arteria choroidea anterior waren in axialer, dünnschichtiger T2-Wichtung zu 72% und in der arteriellen TOF MRA zu 82% erkennbar. Arterielle Feedergruppen aus der Arteria choroidea posterior waren in axialer, dünnschichtiger T2-Wichtung zu 88%
und in der TOF MRA in 95% der Fälle erkennbar. Arterielle Feedergruppen aus den Arteriae pericallosae waren in der axialen, dünnschichtigen T2-Sequenz zu 95% und in der TOF MRA zu 75% erkennbar. Nur für diese Feedergruppen war die sagittale T2-Sequenz mit 3 mm Schichtdicke in 79% der Fälle der TOF MRA bei der Gefäßerkennbarkeit überlegen. Feedergruppen der Basilarisspitze bzw. aus den P1- Segmenten waren in der dünnen, axialen T2-Sequenz zu 88% und in der TOF MRA zu 91% erkennbar.
Die axiale T2-Sequenz mit 5 mm Schichtdicke und Flusskompensation lieferte für alle Feedergruppen die schlechtesten Werte für die Erkennbarkeit (5% bis 49%), gefolgt von den sagittalen T2-Sequenzen mit 15% bis 43% - außer bei den Feedergruppen der Arteriae pericallosae.
Zusammenfassung der Ergebnisse:
In allen Sequenzen ließ sich der VGM-Subtyp zuverlässig erkennen. Zu 70-95%
ließen sich annähernd alle Feedergruppen in den 2 mm dünnen, axialen T2- Sequenzen ohne Flusskompenssation oder in den axialen Quellbildern der arteriellen TOF-MRA hervorragend visualisieren und zur Interventionsplanung berücksichtigen.
Sofern mehrere arterielle Feedergruppen vorhanden waren, waren diese identifizierbar und die Information lag zur Interventionsplanung vor. Die sagittalen T2- Sequenzen lieferten nur vergleichbare Ergebnisse für Feedergruppen aus den Arteriae pericallosae. Für leptomeningeale Zuflüsse in die VGM aus der Arteria cerebri media lagen keine ausreichenden Fallzahlen vor, um eine aussagekräftige, statistische Auswertung durchzuführen. Sofern vorhanden, waren diese immer in der TOF-MRA und in den dünnen, axialen T2-Sequenzen erkennbar, sodass auch diese Information bereits vor dem Eingriff vorlag.
Eine illustrative Darstellung der Ergebnisse durch Balkendiagramme stellt die Abbildung 5 (Figure 5) im publizierten Artikel dar (Seite 6-7 der eingereichten Promotionsschrift bzw. Seite 5 des Artikels).
Illustrative Fälle:
In der vorliegenden Arbeit zeigt Fall 1, dass nicht nur die arteriellen Feedergruppen gut bzw. exzellent im Vergleich zur DSA mit TOF-MRA und axialer T2-Bildgebung ohne Flusskompensation visualisierbar sind, sondern auch die Lage und Anzahl großer arteriovenöser Fistelpunkte zuverlässig erkannt werden können. Aufgrund der nicht invasiven, MR-angiografischen Daten konnten die arteriellen Fistelpunkte über Perforator-Arterien aus der Basilarisspitze und aus den Choroidalarterien gezielt mittels Mikrokatheter sondiert und deren AV-Fistelpunkte embolisiert werden.
Fall 2 zeigt die bildgebende Diagnostik eines 3 Monate alten Jungen mit muraler VGM und sackartig erweiterter Vena Galeni, dadurch Aquäduktkompression und Hydrocephalus internus. Das MRT zeigte Ort und Anzahl der Fistelpunkte. Aufgrund der nicht invasiven MR-Angiografie konnten so kontrastmittelbelastete Übersichtsangiogramme der hirnversorgenden Arterien während der Intervention eingespart werden. Zudem konnten die beiden Fistelpunkte via Arteria choroidea posterior links über Mikrokatheter primär sondiert und embolisiert werden konnten.
Diskussion - Relevanz und Einordnung in das Arbeitsgebiet:
Die durch die nicht invasive MR-Angiografie gewonnene, diagnostische Information über die arteriellen Feedergruppen erspart in unserem Hause in den meisten Fällen wiederholte Übersichtsangiogramme bei der Embolisationsbehandlung und kann so sowohl die verwendete Kontrastmittelmenge als auch die Strahlenexposition beim Neugeborenen bzw. Kleinkind reduzieren. Insbesondere Reduktion des Volumens des verabreichten, iodhaltigen Kontrastmitteldosis und der Kochsalzlösung zum Nachspülen der Katheter ist eine positive Entwicklung (besondere Vorsicht ist bei Kindern mit Herzinsuffizienz [high cardiac output failure] wegen zu großem Blutfluss- Shuntvolumen über die VGM gegeben: eine zu große Volumenbelastung durch Kontrastmittel und Kochsalzlösung sollte vermieden werden). Auch eine Reduktion der Strahlenexposition bei weniger initialen Übersichtsangiogrammen durch das Vorliegen einer dedizierten präinterventionellen Planungs-MRT ist eine wünschenswerte Entwicklung in der Radiologie.
Die vorliegende Arbeit zeigt weiterhin, dass mit üblicher Sequenztechnik mit einer magnetischen Feldstärke von 1,5 T ohne intravenöse Kontrastmittelgabe oft eine präzise Gefäßdiagnostik bei der Vena-Galeni-Malformation möglich ist, wenn ausreichend Untersuchungszeit für das Neugeborene bzw. Kind eingeräumt wird. Die Durchführung einer arteriellen TOF-MRA mit 0,5 mm Primärschichtdicke und 2 mm dünnen T2-Sequenzen transversal ohne Flusskompensation ist in jeder Krankenhausradiologie mit einem MRT-Gerät mit einer Feldstärke von 1,5 Tesla oder höher, das in den letzten 10 Jahren installiert wurde, technisch verfügbar.
Die vorliegende Arbeit zeigt, dass auch bei komplexen Gefäßfehlbildungen eine gute Diagnostik ohne Kontrastmittel möglich ist. Der Verzicht auf die Gabe gadoliniumhaltiger Kontrastmittel reduziert somit die Wahrscheinlichkeit von Gadoliniumablagerungen im kindlichen Gehirn - einem erst vor wenigen Jahren festgestellten Umstand mit bis jetzt noch unbekannten Langzeitfolgen [13- 16].
Diskussion – Protokollempfehlungen zur Gefäßdiagnostik bei VGM:
Wegen der präinterventionell nützlichen Informationen der Angioarchitektur der VGM durch die in der vorliegenden Arbeit vorgestellten MR-Gefäßbildgebung und wegen der Einfachheit und Risikoarmut (kein Kontrastmittel, keine ionisierende Strahlung) der nicht kontrastmittelgestützten MRT-Sequenzen (arterielle TOF-MRA und 2 mm dünne T2-TSE-Sequenzen ohne Flusskompensation) ist es wünschenswert, dass dieses Vorgehen vor Interventionen bei Kindern mit VGM genutzt wird.
Unsere Empfehlungen zur Diagnostik beinhalten mindestens nachfolgend genannte Sequenzen zur Darstellung der Gefäßarchitektur. Die MRT-Darstellung des Hirnparenchyms ist nicht Gegenstand der Empfehlungen. Details der technischen Sequenzparameter können Tabelle 1 des Originalartikels entnommen werden:
1. Arterielle TOF-MRA als isotroper 3D-Datensatz mit einer Voxelgröße und Schichtdicke von 0,5 mm. Die gesamte Gefäßfehlbildung mit allen zuführenden Arterien sowie Ein- und Ausstromzone inklusive venöser Drainage muss erfasst werden. Eine ausreichende Anzahl an 3D-Blöcken sollte verwendet werden, die Schichtanzahl pro 3D-Block sollte 36 nicht überschreiten.
2. Anfertigen von mindestens zwei Ebenen (eine davon axial) T2-TSE-Sequenzen mit 2 mm Schichtdicke ohne Flusskompensation mit einer In-Plane-Auflösung von mindestens 0,5 mm x 0,5 mm. Die gesamte Gefäßfehlbildung (Einstromzone mit allen zuführenden Arterien und Ausstromzone mit Hauptdrainagevenen) muss erfasst sein. Auf korrekte Werte der Relaxationszeit im Zielbereich von 3500 bis 8000 muss geachtet werden. Bei Erhöhung der Schichtanzahl (z. B. bei großen Gefäßfehlbildungen oder großen Ein- und Ausstromzonen) erhöhen sich ggf. gerätebedingt die Repetitionsszeiten. Notwendige Parameteranpassungen müssen ggf. individuell nachjustiert werden. Unserer Erfahrung nach sind meistens 30-40 2-mm-Schichten je T2-Schichtgruppe ausreichend.
Würden die hier dargestellten Protokollempfehlungen durch alle zuweisenden Kliniken berücksichtig, bevor Kinder in Zentren zur VGM-Behandlung verlegt werden, könnten doppelte MRT-Untersuchungen mit wiederholten Narkosen vermieden werden.
Seite 17
Zusammenhang der Arbeit mit übergeordneter Betrachtung:
Die vorliegende Arbeit schließt eine bis Februar 2018 bestehende Wissenslücke in der medizinischen Fachwelt und beantwortet die Frage, welche MRT-Diagnostik standardisiert und einheitlich bei der Vena-Galeni-Malformation durchgeführt werden kann und dabei ausreichende Informationen liefert. Da bis dato weder eine Leitlinie zur MRT-Diagnostik bei VGM besteht noch international einheitliche Konsensempfehlungen vorliegen, kann diese Arbeit einen entscheidenden Schritt zur diagnostischen Standardisierung der MR-Diagnostik bei VGM beitragen. In unserem Hause ist das dargestellte Diagnostikregime bei der VGM Standard, wird bei weiteren arteriovenösen Gefäßfehlbildungen untersucht und leistet im klinischen Alltag einen entscheidenden Beitrag zur Interventionsplanung und präoperativen Diagnostik.
In den letzten 10 Jahren zeigt sich in der neuroradiologischen MRT-Gefäßdiagnostik zunehmend ein Trend bzw. Umschwung zu Hochfeldgeräten. Mittlerweise sind 3- Tesla-Systeme in vielen Häusern bzw. Praxen verfügbar. Die Vorteile der höheren Feldstärke sind unstrittig und die erweiterten, technischen Methoden und Messungen haben durchaus einen etablierten Nutzen. Letztlich muss nur so viel an Bildqualität bzw. Information generiert werden, wie für die Kliniker bzw. die Therapie notwendig ist. Unsere Arbeit zeigt, dass sowohl eine Feldstärke von 1,5 Tesla, als auch übliche neuroradiologische Sequenztechniken in der Diagnostik der Vena-Galeni- Malformation ausreichende Informationen liefern.
Die vorliegende Arbeit stellt somit eine vergleichsweise einfache Diagnostik als Alternative zum Goldstandard der katheterbasierten Übersichtsangiografie in der Diagnostik von Gefäßerkrankungen vor. Technische Weiterentwicklungen im MRT- und CT-Sektor ermöglichen mittlerweile eine hervorragende und hoch auflösende Bildqualität, die einen Großteil der diagnostisch erforderlichen Informationen nicht invasiv generieren kann. So kann die Anzahl der diagnostischen DSA- Untersuchungen reduziert werden (dadurch weniger Risiken der Leisten- /Armpunktion und potentieller Kontrastmittelkomplikationen, Nierenschäden oder Embolien bzw. Gefäßverletzungen durch eine rein diagnostische katheterbasierte Angiografie). Dies spiegelt den modernen Geist der radiologischen bzw.
neuroradiologischen Diagonstik wider, das Maximum an erforderlicher Information aus präoperativer Bildgebung möglichst risikoarm zu generieren. Selbstverständlich wird immer in schwierigen bzw. unklaren Einzelfällen die rein diagnostische DSA als Goldstandard unumgänglich bleiben.
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Diskussion - Limitationen der Bildgebung:
Die MR-Angiografie ohne Kontrastmittel liefert nur ein statisches Bild der Angioarchitektur. Die Darstellung von Flussverhältnissen bleibt derzeit Domäne der kontrastmittelgestützten Angiografie.
Mit zunehmender Menge an Embolisationsmaterial wird die Feindiagnostik der arteriellen Feedergruppen bzw. die Erkennbarkeit großer AV-Fistelpunkte deutlich durch Suszeptibilitätsartefakte erschwert. Sowohl die TOF-MRA als auch dünne T2- Sequenzen stoßen hier an ihre Grenzen mit den voreingestellten Parametern. Eine Erhöhung der Bildauflösung (zum Beispiel durch größere Bildmatrix) sowie eine Reduktion der Schichtdicke kann die diagnostische Aussagekraft steigern, was allerdings entweder mit einer verlängerten MRT-Untersuchungszeit oder mit mehr Bildrauschen verbunden ist. Diese Feineinstellungen müssen ggf. während der Untersuchung durch einen erfahrenen MRT-Radiologen durchgeführt werden.
Die meisten zum Zeitpunkt der Arbeit vorliegenden, auswärtigen MRT- Untersuchungen mussten ausgeschlossen werden, da entweder dünne T2- Sequenzen oder die Primärschichten der TOF-MRA fehlten (es lagen oft nur rotierte 3D-Darstellungen vor). Zumindest sollte das Fehlen dünnschichtiger TOF-MRA- Quellbilder nicht mehr vorkommen. Nur die Quellschichten enthalten die gesamte Information einer TOF-MRA und müssen immer einsehbar sein. Dreidimensionale Darstellungen sind nur zur Demonstration klarer Befunde geeignet.
Diskussion - technische Aspekte:
Die Arbeit zeigt interessante Ergebnisse hinsichtlich der Gefäßdiagnostik mit T2- gewichteten MRT-Sequenzen: Übliche T2-Sequenzen mit Schichtdicken von 3 mm bis 5 mm, die üblicherweise bei Schädel-MRT-Untersuchungen weltweit verwendet werden, sind ungeeignet zur Detailbeurteilung der arteriellen Feedergruppen und Gefäßanatomie der VGM. Arterielle TOF MRA und dünne, hochauflösende T2- Sequenzen ohne Flusskompensation liefern komplementäre Informationen, wie besonders gut an den Feedergruppen über die Arteriae pericallosae erkennbar ist:
Die arterielle TOF-MRA ist konfiguriert, um kranialwärts gerichteten Fluss zu detektieren und sättigt kaudalwärts gerichteten Fluss ab, um eine venöse Signalüberlagerung zu unterbinden. Dies führt bei kraniokaudalem Blutfluss zu einem Signalverlust arterieller Feedergruppen, wie es am limbischen Bogen am hinteren Anteil des Balkens der Fall ist. Da T2-Sequenzen unabhängig von kranialer oder kaudaler Flussrichtung sind, sind sie besser geeignet als die TOF MRA zur Darstellung von Arterien oder Gefäßfehlbildungen mit zu erwartendem, kraniokaudalem Blutfluss. Diese Erkenntnisse könnten auch zur Diagnostik anderer vaskulärer Veränderungen nützlich sein (arterielle Feederarterien zu einer Hirn-AVM oder arteriovenöse Fisteln mit kaudal gerichtetem, arterialisiertem Blutfluss).
Schriftenverzeichnis:
1. Lasjaunias P, Berenstein A, Brugge K. Surgical neuroangiography: clinical and interventional aspects in children. Berlin: Springer, 2006.
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3. Raybaud CA, Strother CM, Hald JK. Aneurysms of the vein of Galen: embryonic considerations and anatomical features relating to the pathogenesis of the malformation. Neuroradiology 1989; 31:109–28.
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Weblinks:
1. https://www.orpha.net/consor/cgi-bin/OC_Exp.php?Lng=GB&Expert=1053 2. https://omim.org/entry/618196
3. https://rarediseases.info.nih.gov/diseases/5467/index
Erklärung nach §2 Abs. 2 Nr. 7 + 8 der Promotionsordnung der Medizinischen Hochschule Hannover für die Erteilung des Grades Doktorin oder Doktor der Medizin (Dr. med.)
Ich erkläre, dass ich die der Medizinischen Hochschule Hannover zur Promotion eingereichte Dissertation mit dem Titel Non enhanced MRI / MRA for endovascular treatment planning in VGM (vein of galen malformation) in den Sana Kliniken Duisburg unter Betreuung von Prof. Friedhelm Brassel und Prof. Dan Meila mit der Unterstützung durch Anne Pohrt und Waleed Brinjikji ohne sonstige Hilfe durchgeführt und bei der Abfassung der Dissertation keine anderen als die dort aufgeführten Hilfsmittel benutzt habe.
Die Gelegenheit zum vorliegenden Promotionsverfahren ist mir nicht kommerziell vermittelt worden. Insbesondere habe ich keine Organisation eingeschaltet, die gegen Entgelt Betreuerinnen und Betreuer für die Anfertigung von Dissertationen sucht oder die mir obliegenden Pflichten hinsichtlich der Prüfungsleistungen für mich ganz oder teilweise erledigt.
Ich habe diese Dissertation bisher an keiner in- oder ausländischen Hochschule zur Promotion eingereicht. Weiterhin versichere ich, dass ich den beantragten Titel bisher noch nicht erworben habe.
Ergebnisse der Dissertation wurden im Journal of Interventional Neurosurgery im Januar 2018 mit dem Titel Non-enhanced MR imaging for preinterventional assessment of the angioarchitecture in vein of Galen malformations veröffentlicht (Dürr NR, et al. J NeuroIntervent Surg 2018; 0:1–6. doi:10.1136/neurintsurg-2017- 013611).
Duisburg, den 24.08.2020
nach Revision der Dissertationsschrift von Anfang 2019
nach Revision inkl. Änderungen gemäß Prüfungsausschuss vom 16.07.2020
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(Unterschrift)
