Segmentierung von Hirnstammstrukturen in MR-Diffusionstensor-Datensätzen

Der Hirnstamm ist als anatomische Struktur von herausragender Bedeutung, weil von hier aus sämtliche Vitalfunktionen gesteuert werden, weshalb selbst bei kleinsten Läsionen größte Auswirkungen für den Patienten entstehen. Mit der herkömmlichen Magnetresonanztomographie lassen sich funktionelle Einheiten innerhalb des Hirnstamms und der zugehörigen Bahnsysteme nicht abgrenzen. Die Abgrenzung unterschiedlicher Fasersysteme in dieser Region gelingt jedoch durch den Einsatz der Diffusionstensor-Bildgebung (DTI). Die Analyse von hochaufgelösten DTI-Datensätzen erlaubt die Berechnung einzelner Faserbahnen durch ein sog. Fiber-Tracking oder die Segmentierung von Volumenbereichen, in denen die gefundene Vorzugsrichtung ähnlich verläuft. Durch ein geeignetes Segmentierungsverfahren kann ein aufgenommener Volumendatensatz vollständig in Teilvolumina zerlegt werden. Dabei werden diejenigen Bildpunkte zu Clustern zusammengefasst, bei denen die Vorzugsrichtungen in benachbarten Bildpunkten einen gewählten Wert nicht überschreiten. Im Bereich des Hirnstamms können mit diesem Verfahren die großen Faserstränge wie die Pyramidenbahn, die unteren, oberen und mittleren Kleinhirnstiele separat dargestellt werden. Dazu ist allerdings ein mehrstufiges Vorgehen notwendig, bei dem sukzessive ansteigende Grenzwerte für den Segmentierungsprozess eingesetzt werden. Durch die Anwendung eines solchen Verfahrens konnten bei drei gesunden Versuchspersonen erfolgreich die Faserverbindungen des Hirnstamms und der Verlauf der Kleinhirnstiele dargestellt werden.