Internal jugular veins morphological and hemodynamical assessment by MRI

The internal jugular veins (IJVs) represent the major path for extra-cranial venous drainage of the brain, therefore IJV flow impairment can affect cerebral perfusion. Since hydraulic resistance of blood vessels is inversely proportional to their radius, measuring IJV cross sectional area (CSA) provides indirect information about resistance to brain outflow. However, the IJVs CSA and hemodynamic parameters in physiological and pathological conditions that are reported in the scientific literature disagree and are difficult to compare. This discrepancy is due, first of all, to the high physiologic intra- and inter-subject variability of IJV CSA and hemodynamic measurements, which makes the differentiation between pathological and physiological condition difficult. Secondly, the multiplicity of imaging techniques used to perform the measure can influence the CSA measure. Furthermore, many different segmentation software, based on different algorithms, are available to draw the regions of interest (ROIs) and perform the CSA measure. Overall, a gold standard for IJV morphological and hemodynamic assessment is still not available. Nevertheless, the interest in the characterization of IJV features is growing, since the implication of the vascular system in the pathogenesis and/or in the development of some neurological diseases, such as Multiple Sclerosis (MS), Parkinson’s Disease (PD) and Alzheimer disease (AD), has been hypothesized. The present work aimed at evaluating and comparing IJV CSA obtained with two different MRI techniques (TOF MRI and PC MRI) and with two different segmentation software (Jim and SPIN) in a group of healthy controls (HCs), to establish which protocol provides the most reliable estimation. Intraoperator and interoperator reproducibility were assessed both for IJV CSA segmented on TOF images using Jim SW package and for IJV CSA measures obtained processing PC images through SPIN SW package. Afterwards, the measurement protocols (i.e. different MRI technique and different segmentation software) were compared to identify the best MRI technique-SW combination for IJV assessment. After the methodological investigation, the most appropriate measurement protocols were chosen and applied in a group of MS and PD patients, to detect potential morphological (i.e. CSA) and hemodynamic IJV differences (i.e. velocity and flow rate) with respect to HC.

Le vene giugulari interne (IJVs) rappresentano il principale percorso per il drenaggio venoso extra-cranico del cervello, pertanto, la compromissione del flusso sanguigno nelle IJVs può influire sulla perfusione cerebrale. Dal momento che la resistenza idraulica dei vasi sanguigni è inversamente proporzionale al loro raggio, la misurazione dell'area della sezione trasversale (CSA) fornisce un'informazione indiretta sulla resistenza al deflusso sanguigno cerebrale. Ad ogni modo, gli studi riportati in letteratura non concordano nel definire quale sia il range fisiologico di valori di CSA e dei parametri emodinamici delle IJVs. Ciò è dovuto, innanzitutto, alla elevata variabilità morfologica intra- ed inter-soggetto del sistema di drenaggio extra-cranico, che si rispecchia nella variabilità delle misure di IJV CSA ed emodinamiche e che rende difficile la differenziazione tra condizione fisiologica e patologica. In secondo luogo, la molteplicità delle tecniche di imaging utilizzate per eseguire la misura può influenzare la misura di CSA. Inoltre, sono disponibili diversi software di segmentazione, basati su algoritmi distinti, per disegnare le regioni di interesse (ROI) ed eseguire la misura della CSA. Nel complesso, un gold standard per la valutazione morfologica ed emodinamica di IJV non è ancora disponibile. Ciononostante, l'interesse per la caratterizzazione delle IJV sta crescendo, dal momento che è stato ipotizzato un coinvolgimento del sistema vascolare nella patogenesi e/o nello sviluppo di alcune malattie neurologiche, come la sclerosi multipla (MS), la malattia di Parkinson (PD) e la malattia di Alzheimer (AD). Il presente lavoro mira a valutare e confrontare le misure di IJV CSA ottenute con due diverse tecniche di risonanza magnetica (TOF MRI e PC MRI) e con due diversi software di segmentazione (Jim e SPIN) in un gruppo di individui sani (HC), al fine di stabilire quale protocollo fornisca la stima più affidabile. In primo luogo, sono state valutate la riproducibilità intraoperatore ed interoperatore sia per la IJV CSA segmentata su immagini TOF utilizzando Jim, sia per le misure di IJV CSA derivate dall'elaborazione di immagini PC tramite il pacchetto SW SPIN. Secondariamente, sono stati confrontati i protocolli di misurazione (cioè tecnica MR diversa e software di segmentazione diverso) per identificare la migliore combinazione di tecnica MRI e software per la segmentazione. A seguito dell'indagine metodologica, i protocolli di misurazione più appropriati sono stati scelti e applicati in un gruppo di pazienti MS e PD, per rilevare potenziali differenze morfologiche (CSA) ed emodinamiche delle IJV (portata e velocità del flusso) rispetto ai HC.