3D-Oberflächenvisualisierung des Gehör- und Gleichgewichtsorgans mittels Image Fusion von HR-CT- und HR-MRT-Volumendatensätzen

Abstract

Ziel dieser Studie war es, eine realistische dreidimensionale Darstellung des Gehör- und Gleichgewichtsorgans anhand von fusionierten Volumen-Datensätzen durchzuführen. Diese wurden aus hochauflösenden Computer-Tomographieaufnahmen (HR-CT) und hochauflösenden Magnetresonanztomographieaufnahmen (HR-MRT) gewonnen. Anschließend sollte die Qualität und die Beurteilbarkeit dieser Visualisierungsform mit einer herkömmlichen axialen zweidimensionalen Darstellung verglichen werden. Bei 10 Patienten (6 Frauen und 4 Männer), die aufgrund von Schallempfindungs- und/oder Schallleitungstörungen unter partiellen oder totalen Hörverlusten (n=5), unter Schwindel (n=2) oder Tinnitus (n=3) litten, wurden ein HR-CT und ein HR-MRT des Felsenbeins durchgeführt. CT-Aufnahmen wurden mit einem 16-Zeilen Computertomographiescanner durchgeführt. MRT-Daten wurden mithilfe eines 3.0-Tesla Magnetresonanzscanners mit einer speziellen Gradientenecho-Sequenz (3D-CISS-Sequenz) und sowohl T2-gewichteten als auch unverstärkten und kontrastmittelverstärkten T1-gewichteten Turbo-Spinecho Sequenzen akquiriert. Die Segmentation der Strukturen des Mittelohrs erfolgte anhand eines im Handel erhältlichen Computerprogrammes halbautomatisiert aus den HR-CT-Volumendatensätzen, die Segmentation der Innenohrstrukturen manuell aus den HR-MRT-Volumendatensätzen. Die Strukturen konnten als dreidimensionale farbkodierte und schattierte Oberflächenrekonstruktion dargestellt werden. Anschließend folgte die Überlagerung und Fusionierung der schattierten dreidimensionalen Objekte aus beiden Volumendatensätzen mithilfe desselben Computerprogrammes, um alle Strukturen (das komplette Gehör- und Gleichgewichtsorgan) in einem dreidimensionalem Raum darstellen zu können. Die Visualisierung des Gehör- und Gleichgewichtsorgans in Verbindung mit speziellen Bildfusionsverfahren nutzt die Vorteile beider bildgebender Verfahren, nämlich die sehr gute Darstellbarkeit knöcherner Strukturen beim CT als auch die gute Abgrenzbarkeit von Weichteilgewebe und Flüssigkeiten beim MRT. Durch die hohe räumliche Auflösung, die beide Modalitäten gewährleisten, können auch sehr kleine Strukturen visualisiert werden. Im Vergleich zu den fusionierten zweidimensionalen axialen Schichtbildern ermöglicht die dreidimensionale Visualisierung eine deutlichere Darstellung und eine bessere Einschätzung der komplizierten topographischen Verhältnisse. Das Gehör- und Gleichgewichtsorgan besteht sowohl aus knöchernen Strukturen als auch aus Weichteilgewebestrukturen und flüssigkeitsgefüllten Räumen. Eine optimale Darstellung von HR-CT- und HR-MRT-Volumendatensätzen ist somit nur durch ein Bildfusionsverfahren möglich. Im Vergleich zu einer zweidimensionalen axialen Darstellung gestattet dieses dreidimensionale Verfahren eine realistischere und gleichzeitig übersichtlichere Visualisierung des Gehör- und Gleichgewichtsorgans.

The aim of this study was to perform a realistic visualization of the auditory and vestibular system using volume data sets from high-resolution computed tomography (HR-CT) and high-resolution magnetic resonance imaging (HR-MRI). In 10 patients with conductive and/or sensorineural hearing loss, vertigo and tinnitus, HR-CT and HRMRI of the petrous bone were performed consecutively. CT was performed with a 16-slice computed tomography scanner using a high spatial resolution. MRI was perfomed with a 3.0 Tesla scanner using a threedimensional- constructive interference in steady state (3D-CISS) gradient-echo, and T2-weighted, unenhanced and gadolinium (GD)-enhanced T1-weighted turbo spin-echo sequences. The middle ear structures were interactively segmented and visualized with a color- coded shaded-surface rendering method using the HR-CT volume data sets. The inner ear structures were interactively segmented and visualized with a color- coded shaded-surface rendering method using the high-resolution 3D-CISS MRI volume data sets. Finally, both shaded-surface rendered models were superimposed semi-automatically using a commercial available software program to visualize the auditory and vestibular system. The representation of the middle and inner ear structures with image fusion of HR-CT and HR-MRI takes advantage of both the high bony contrast of HRCT and the high soft tissue contrast discrimination and sensitivity to fluids of HR-MRI, as well as the high spatial resolution of both modalities. In comparison to the fused axial CT/MRI, the images of 3D CT/MRI fusion facilitates a clear representation and better spatial orientation.