Alterseffekte von Größe und Signalintensität der Basalganglien in der MR-Bildgebung

Abstract

Im Rahmen der Studie zur Erstellung eines UKT-spezifischen, gesunden Normkollektives, wurden 30 Probanden zwischen 20 und 70 Jahren, mit gleichem Anteil von Frauen und Männern, rekrutiert. Nach klinischer Untersuchung des Gesundheitszustandes wurden die Probanden am 3T-MRT-Scanner gemessen. Die MRT-Daten wurden von zwei Ärzten auf Vorhandensein von Gehirnkrankheiten oder - anomalien neuroradiologisch überprüft. Danach wurden die Basalganglien per Hand mithilfe 3D Slicer sowie automatisiert im FreeSurfer-Programm segmentiert. Bei beiden Methoden wurde das absolute sowie relative Volumen als Prozentsatz des Gehirnvolumens für jeden einzelnen Basalkern berechnet. Wie auch in vielen anderen Studien konnte bestätigt werden, dass ein negativer, mittelstarker linearer Zusammenhang zwischen dem Alter und dem Volumen des N. caudatus sowie des Putamens besteht. Das Alter zeigte im Rahmen dieser Untersuchung keinen signifikanten Einfluss auf das Pallidumvolumen. In der Literatur wird für das Pallidum eine geringere Atrophierate mit großer Varianz beschrieben, so dass hier vermutlich nur in Längsschnittstudien und in großen Querschnittsstudien Alterseffekte gezeigt werden können. Die altersbedingte Schrumpfung des Striatums findet bei Männern schneller statt als bei Frauen, wobei die Volumen-Alter-Korrelationen bei Frauen nicht signifikant sind. Insgesamt stimmen die Ergebnisse gut mit anderen Querund Längsschnittstudien überein. Die Korrelationen zwischen dem Alter und den absoluten sowie relativen Intensitätswerten der Basalkerne wurden jeweils in den T1-, T2- und FLAIR-Sequenzen ausgewertet. Die relativen Intensitätswerte (als Relation vom Intensitätsmittelwert des jeweiligen Kernes zum Intensitätsmittelwert des Spleniums als Kontrollwert) zeigten keine relevanten Korrelationen im Gegensatz zu den absoluten Werten. Trotz großer Streubreite der Werte wurde jedoch bilateral in der FLAIR-Sequenz eine signifikante, altersbedingte Intensitätsminderung beim Nucleus caudatus und beim Putamen und in der T2-Sequenz beim Putamens beobachtet. Wenn man die Mittelvolumina der Basalganglien aus den in 3D Slicer handsegmentierten und in FreeSurfer automatisiert segmentierten Ergebnissen vergleicht, wird in der automatisierten Methode das Volumen des beidseitigen Nucleus caudatus kleiner, das des rechten Putamens und des linken Pallidums signifikant größer berechnet als in der manuellen Methode. Trotz dieser Volumenunterschiede sind die positiven Korrelationen zwischen automatischer und manueller Segmentierung stark und hoch signifikant für den bilateralen Nucleus caudatus und das Putamen. Obwohl beide Methoden gut miteinander korrelieren und die automatisierte Segmentierungstechnik insbesondere wegen der Zeitersparnis interessanter für die Forschung erscheint, bleibt die Handsegmentierung weiterhin der Goldstandard. Die Alterungseffekte wurden auch in den automatisch abgegrenzten Basalganglien ausgewertet und mit handsegmentierten Resultaten verglichen. Insbesondere mit zunehmendem Alter laufen die Ergebnisse der Handsegmentierung und der automatischen Segmentierung auseinander, was sich in einer geringen Volumenunterschätzung im bilateralen Caudatus bei der automatischen Segmentierung und einer stärkeren jährlichen Volumenabnahme im bilateralen Putamen bei Durchführung der Handsegmentierung äußert. Diese Ergebnisse korrelieren gut mit anderen Studien. Eine mögliche Erklärung für diesen Effekt ist die gezeigte Intensitätsentwicklung mit dem Alter: Durch die zunehmende Intensitätsänderung kommt es für entsprechende Algorithmen zu einer schlechteren Abgrenzbarkeit oder Erkennbarkeit. Andere Erklärungen wie vermehrte Bewegung im Alter sind im vorliegenden Kollektiv nicht zu erwarten. Für zukünftige Studien zum Volumen der Basalganglien wird daher empfohlen, die Veränderung der Intensitätswerte und die dadurch eventuell bedingte systematische Abweichung bei der automatischen Segmentierung zu berücksichtigen.