Advanced tractography methods: Applied to patients with carpal tunnel syndrome

Abstract

Introduction: Carpal tunnel syndrome (CTS) is a common condition especially for people
with diabetes, obesity or women who are pregnant. Diagnosing CTS has primarily been performed
using electroneuronography. In this thesis the aim was to use an advanced method
of tractography to measure and evaluate diffusion tensor imaging (DTI) parameters between
anatomical landmarks at the distal radioulnar joint to the hamate and trapezium through the
median nerve to see if these parametric values were different between patients and healthy
volunteers.

Method and material: The amount of subjects which took part in this thesis was 20
in total, 10 patients and 10 healthy volunteers. The data acquisition was obtained with a
SIEMENS MAGNETOM Prisma 3T scanner using a handwrist 16 channel coil. The sequence
used to acquire these images was a single-shot echo planar imaging (EPI) with 38 transverse
slices. The diffusion encoding was performed in 20 separate encoding directions using a bfactor
of 1000 s/mm2. The tractogram created from the tractography algorithm was used as
a segmentation tool, to find the voxels in each slice for different anatomical landmarks of the
wrist which were between the anatomical landmarks at the distal radioulnar joint to the hook
of hamate and trapezium. The DTI parameters fractional anisotropy (FA), mean diffusivity
(MD), axial diffusivity (AD), radial diffusivity (RD) and functional cross section area (FCSA)
were then evaluated using MATLAB [1]. To evaluate the significance of these parameters the
Mann-Whitney U-test between the patients and healthy volunteers.

Result: The results of this thesis shows a significant difference between patients and healthy
volunteers for the parameter FA, MD, AD and FCSA. The average parametric values for the
significant parameters were larger for healthy volunteers than for patients.
Discussion: The method used in this thesis could potentially have a better robustness than
some previous methods used with the purpose of diagnosing CTS. The results of this thesis
showed a difference between patients and healthy volunteers for the FCSA-parameter, which
is a new parameter that has not been used in any previous wrist studies and should be tested
more in future work to see if it was reproducible. The parameters FA, MD and AD showed
some similarities with the values obtained from previous studies with the same purpose.

Conclusion: The method used in this thesis was a valid method when evaluating the parametric
DTI-values for patients with CTS. This thesis concluded that DTI can be useful as
a supplementing tool to electroneuronography when diagnosing CTS. The results of the new
parameter FCSA showed potential of differentiating between patients and healthy volunteers
although more work is needed before it can be used on a individual level.

Popular Abstract (Swedish)

Karpaltunnelsyndrom är en vanlig sjukdom och omkring 3.7-5.8 % av befolkningen har eller har drabbats av åkomman. Karpaltunnelsyndrom behöver vanligtvis inte åtgärdas om problemen är lindriga, men vissa får större problem och då åtgärdas det ofta med en operation som ibland inte lindrar åkomman. Den mest populära metoden för att diagnostira karpaltunnelsyndromär idag en metod som heter elektroneurugrafi. Med elektroneurografi undersöks nervbanan m.h.a. svaga elektriska pulser som skickas in genom nervbanan. Denna metod är inte en tillräckligt pålitlig för att diagnostisera karpaltunnelsyndrom, vilket innebär att bättre metoder för att diagnostisera karpaltunnelsyndrom behövs. Karpaltunnelsyndrom är 10 gånger vanligare hos kvinnor än för män och drabbar oftare gravida, överviktiga eller personer med diabetes. I detta arbete skall bildtagningsmetoden magnetisk resonans tomografi tillämpas för att försöka diagnostisera karpaltunnelsyndrom på ett effektivare sätt. Detta sker genom att extrahera information om lämpliga parametrar baserade på vattens rörlighet i nervbanan. Med en särskilt avancerad mätmetod kan visuella banor skapas utav att mäta rörligheten av vatten i olika riktningar. Ett tractorgram kan då skapa en bild av hur vattnet
rör sig inne i nerven.

Detta arbete visade att vattnets diffusion genom karpaltunnlen hade olika värden hos patienter med åkomman jämfört med friska volentärer, vilket innebär att denna teknik kan visa sig vara värdefull vid diagnostisering av karpaltunnelsyndrom. Det ska även nämnas att osäkerheten utav resultatet är stor vilket var på grund av ett begränsat antal deltagare i arbetet. I andra arbeten med samma ändamål har detta också kunnat ses, även om resultaten från detta arbete inte helt överensstämde med liknande arbeten så kunde det fortfarande ses en tydlig skillnad mellan patienter och friska volentärer för de parametrar som undersöktes. Det upptäcktes även att det fanns en stor skillnad mellan medelvärdet hos patienterna och medelvärdet för de friska friviliga av storleken på den den funktionella arean hos mediannerven. Slutsatsen utav arbetet är att värdena som togs fram kan visa på att de avancerade MR-undersökningar skulle kunna bidra med information som bidrar till en säkrare diagnos av karpaltunnelsyndrom.

• author: Rosholm, Tobias
• supervisor: Jimmy Lätt; Elena Aksyuk
• organization: Medical Physics Programme
• course: MSFT01 20191
• year: 2019
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Physics and Astronomy
• language: English
• id: 8995824
• date added to LUP: 2019-09-27 09:05:50
• date last changed: 2019-09-27 09:05:50