Messung der Mittellinienverschiebung des Gehirns und ihre Automatisierung: A Review of Techniques and Algorithms

Abstract

Die Mittellinienverschiebung (MLS) des Gehirns ist ein wichtiges Merkmal, das mit verschiedenen bildgebenden Verfahren wie Röntgen, Ultraschall, Computertomographie und Magnetresonanztomographie gemessen werden kann. Die Verschiebung der Mittellinie der intrakraniellen Strukturen hilft bei der Diagnose von intrakraniellen Läsionen, insbesondere bei traumatischen Hirnverletzungen, Schlaganfall, Hirntumor und Abszess. Als Zeichen eines erhöhten intrakraniellen Drucks ist die MLS auch ein Indikator für eine verminderte Hirnperfusion, die durch eine intrakranielle Masse oder einen Masseneffekt verursacht wird. Wir überprüfen Studien, in denen die MLS zur Vorhersage der Ergebnisse von Patienten mit intrakranieller Masse verwendet wurde. In einigen Studien wurde die MLS auch mit klinischen Merkmalen korreliert. Automatisierte Algorithmen zur MLS-Messung haben ein erhebliches Potenzial zur Unterstützung menschlicher Experten bei der Bewertung von Hirnbildern. Bei symmetriebasierten Algorithmen wird die deformierte Mittellinie erkannt und ihr Abstand zur idealen Mittellinie als MLS genommen. Bei den auf Landmarken basierenden Algorithmen wurde die MLS nach der Identifizierung bestimmter anatomischer Landmarken gemessen. Zur Validierung dieser Algorithmen wurden die mit diesen Algorithmen durchgeführten Messungen mit MLS-Messungen verglichen, die von menschlichen Experten vorgenommen wurden. Neben der Messung der MLS in einer bestimmten Bildgebungsstudie gab es neuere Anwendungen der MLS, die den Vergleich mehrerer MLS-Messungen vor und nach der Behandlung und die Entwicklung zusätzlicher Merkmale zur Anzeige des Masseneffekts umfassten. Es werden Vorschläge für die künftige Forschung gemacht.

1. Einleitung

1.1. Geschichte der Mittellinienverschiebung als Bildgebungsmerkmal

Der menschliche Kopf ist annähernd bilateralsymmetrisch. Obwohl es funktionelle Unterschiede zwischen den Hemisphären des Gehirns gibt, folgt die grobe Morphologie der Regel. Sowohl Groß- als auch Kleinhirn sind symmetrisch mit Lappen, Ventrikeln und tiefen Kernen ähnlicher Größe und Form in beiden Hemisphären. Eine subtile strukturelle Asymmetrie spielt in der klinischen Diagnostik der Neuroradiologie keine Rolle. Aus pathologischen Untersuchungen wissen die Ärzte bereits, dass eine intrakranielle Masse eine Hirnverschiebung mit anschließender Herniation, Kompression des Hirnstamms und Tod verursachen kann. Daher verlassen sie sich von Anfang an auf die Verschiebung der Mittellinienstrukturen zur Unterstützung der Diagnose. Anfangs wurde die Verschiebung der verkalkten Zirbeldrüse auf dem Röntgenbild verwendet, gefolgt von der Pneumoenzephalographie und dem Angiogramm.

Nach der Erfindung des Ultraschalls (US), der Computertomographie (CT) und der Magnetresonanztomographie (MRT) wird die Querschnittsbildgebung mit stark verbesserter Auflösung und Gewebekontrast möglich. Während der Liquor (CSF) enthaltende dritte Ventrikel (V3, Abbildung 1) auf US-Bildern leichter zu erkennen ist, beschreiben die meisten Autoren den Grad der Verschiebung des Septum pellucidum (SP, Abbildung 1), einer dünnen Membran zwischen den Frontalhörnern (FHs) der Seitenventrikel, relativ zur idealen Mittellinie (iML) auf CT-Bildern. Unabhängig davon, ob die Zirbeldrüse, die V3 oder das SP verwendet wird, wird die Abweichung der jeweiligen Mittellinienstruktur von der iML als Mittellinienverschiebung (MLS) bezeichnet. Da die Symmetrie bei der radiologischen Beurteilung des Gehirns eine zentrale Rolle spielt, wird bei jeder Verschiebung von Mittellinienstrukturen davon ausgegangen, dass es sich um eine Massenläsion auf der Seite handelt, von der die Mittellinie verschoben ist. In der Praxis gibt es keine akuten „saugenden“ Hirnläsionen, die die Mittellinie zu sich selbst ziehen.

Abbildung 1

Ein computertomographisches Bild von einem Patienten mit traumatischem Hirntrauma zeigt anatomische Orientierungspunkte, die zur Messung der Mittellinienverschiebung (2 mm in diesem Bild) und verschiedener Arten von intrakraniellen Blutungen verwendet werden. SP: Septum pellucidum, V3: dritter Ventrikel (nur der rostralste Teil gezeigt), SDH: Subduralhämatom, SAH: Subarachnoidalblutung und EDH: Epiduralhämatom.

1.2. Verwendung der Mittellinienverschiebung als quantitativer Indikator für den Masseneffekt zur Vorhersage des Ergebnisses bei Traumapatienten

Bereits 1783 leitete Alexander Monro ab, dass der Schädel ein „starrer Kasten“ ist, der mit einem „nahezu inkompressiblen Gehirn“ gefüllt ist, und dass sein Gesamtvolumen tendenziell konstant bleibt. Die Lehre besagt, dass jede Vergrößerung des Volumens des Schädelinhalts (z. B. Gehirn, Blut oder Liquor) den intrakraniellen Druck (ICP) erhöht. Wenn das Volumen eines dieser drei Elemente zunimmt, muss dies auf Kosten des Volumens der beiden anderen Elemente geschehen. Im Jahr 1824 bestätigte Kellie viele der frühen Beobachtungen von Monro. Nach dieser Lehre kann eine fokale intrakranielle Pathologie alle intrakraniellen Strukturen schädigen, indem sie deren Durchblutung aufgrund eines erhöhten ICP verringert, wenn alle Kompensationsmechanismen ausgeschöpft sind. Dieses Phänomen wird als „Masseneffekt“ bezeichnet.

In der NIH Traumatic Coma Data Bank, einer großen prospektiven Multicenterstudie, untersuchten die Autoren Daten aus den anfänglichen CT-Scans von 753 Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma (TBI), definiert als ein Glasgow Coma Scale (GCS) Score von 8 oder weniger. Wenn die CT-Befunde mit einem erhöhten ICP und dem Tod in Verbindung gebracht wurden, waren die wichtigsten Merkmale der Aufnahmen MLS, Kompression oder Verödung der perimesencephalen Zisternen und das Vorhandensein von subarachnoidalem Blut (subarachnoid hemorrhage, SAH). In vielen nachfolgenden Studien wurde das Vorhandensein von MLS mit einem erhöhten ICP und einer schlechteren Prognose in Verbindung gebracht; es bestehen jedoch Wechselwirkungen mit dem Vorhandensein von intrakraniellen Läsionen und anderen CT-Parametern, wie in einer früheren Übersichtsarbeit zusammengefasst wurde. Die MLS auf der CT ist nach wie vor ein nichtinvasiver Schätzer des ICP bei Patienten mit Schädel-Hirn-Trauma, bevor dieser während der Operation tatsächlich gemessen wird, und wird als ein bildgebendes Merkmal zur Unterstützung der Monro-Kellie-Doktrin angesehen. Es wurde ein dosisabhängiger Zusammenhang zwischen MLS und dem Ergebnis bei Patienten mit Schädel-Hirn-Trauma nachgewiesen. Ein ähnlicher Zusammenhang besteht auch zwischen MLS und Bewusstsein bei Patienten mit akuter hemisphärischer Masse.

Obwohl die Klassifizierungsschemata in früheren Berichten sehr unterschiedlich waren, ist MLS eine quantitative Messung, die auf unverstärkten oder kontrastverstärkten Bildern durchgeführt werden kann. Sie kann positive und negative Werte haben und bei einer Person ohne jegliche Verschiebung als 0 definiert werden. Da die MLS bei jedem Gehirn, ob mit oder ohne Pathologie, gemessen werden kann, ist sie zu einem festen Bestandteil bei der Auswertung von Gehirnbildern geworden. Allerdings eignet sich die MLS weniger gut für die Darstellung von Masseneffekten, wenn mehrere Läsionen vorhanden sind. Andererseits kann die perimesencephale zisternale Kompression bei Vorhandensein von bilateralen, multiplen oder posterioren Fossa-Läsionen einen Masseneffekt aufzeigen; sie wird jedoch bestenfalls als semiquantitative Messung betrachtet.

1.3. Standardisierung der Messung der Mittellinienverschiebung

Um die Schwankungen bei der Messung der Mittellinienverschiebung bei Patienten mit Schädel-Hirn-Trauma weiter zu verringern, schlug die Brain Trauma Foundation (BTF) 2006 ein standardisiertes Protokoll für das CT-Bildgebungsverfahren vor. Es wurden standardisierte Methoden zur Schätzung des Hämatomvolumens unter Verwendung der „“-Methode und der MLS-Messung vorgeschlagen. Die BTF schlug vor, axiale (horizontale) 5 mm-Schichten vom Foramen magnum bis zur Sella und 10 mm-Schichten oberhalb der Sella parallel zur orbitomeatalen Linie zu verwenden. Da neuere CT-Scanner in der Lage sind, isotrope Voxel zu erhalten, die eine Bildrekonstruktion in jeder anatomischen Ebene ohne Auflösungsverluste ermöglichen, verwenden viele Krankenhäuser jetzt 5 mm-Schichten während des gesamten Verfahrens.

Auf einem gegebenen axialen Bild wird die MLS auf der Höhe des Foramen Monro (FM) gemessen, das der Kanal ist, der die FHs der Seitenventrikel mit dem V3 verbindet, wie in den Abbildungen 1 und 2 gezeigt. Auf der Höhe des FM ist nur der oberste Teil des V3 zu sehen, wie in Abbildung 2 dargestellt. Der größte anterior-posteriore Durchmesser des V3 liegt in der Regel kaudal dieser Ebene. In der BTF-Leitlinie wird vorgeschlagen, die MLS („“ in Abbildung 2(a)) zu bestimmen, indem zunächst die Breite des intrakraniellen Raums („“) und anschließend der Abstand zwischen dem Knochen und dem SP („“) gemessen wird. Dann kann die MLS durch Berechnung bestimmt werden. In den Leitlinien empfahl die BTF außerdem eine Notoperation für alle traumatischen epiduralen (EDH), subduralen (SDH) oder intrazerebralen Hämatome (ICH), die eine MLS von mehr als 5 mm verursachen.

(a)

(b)

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Abbildung 2

Beurteilung der Mittellinienverschiebung (MLS) auf einem Bild eines intrazerebralen Hämatoms (ICH), das das Gehirn komprimiert. (a) Obwohl in der Leitlinie vorgeschlagen wurde, die MLS zunächst durch Messung der Breite des intrakraniellen Raums () zu bestimmen, haben viele Neurochirurgen die MLS zunächst durch Einzeichnen der idealen Mittellinie (gepunktete Linie) gemessen. (b) Unser Berechnungsmodell für die deformierte Mittellinie umfasste eine quadratische Bezier-Kurve (weiß) zwischen zwei Liniensegmenten (schwarz).

Da der Schädel nicht immer symmetrisch ist und der Patient während der CT-Untersuchung möglicherweise nicht perfekt ausgerichtet ist, messen viele Fachleute die MLS, indem sie zunächst die iML zeichnen, die den vordersten und hintersten sichtbaren Punkt der Falx (gepunktete Linie in Abbildung 2(a)) verbindet, und dann den am weitesten entfernten Punkt der SP (den äußersten rechten Punkt des weißen horizontalen Liniensegments in Abbildung 2(a)) als senkrecht zur iML messen. Es hat sich gezeigt, dass diese Methode auch bei Patienten mit spontaner ICH eine hohe Übereinstimmung zwischen den Beobachtern aufweist. Darüber hinaus ist die Bestimmung der iML einfacher als die Bestimmung der Breite des intrakraniellen Raums, wenn der Schädel deformiert oder durch eine Operation oder ein Trauma entfernt wurde.

Nachdem die MLS ihren prognostischen Wert bei Patienten mit Schädel-Hirn-Trauma unter Beweis gestellt hat, wird sie bei der Beurteilung neurologischer Erkrankungen häufig als Indikator für den Masseneffekt verwendet. Da jede Krankheit ihren eigenen natürlichen Verlauf hat, sollte die Messung und Analyse der MLS im Zusammenhang mit der Primärdiagnose durchgeführt werden (siehe Tabelle 1). In diesem Beitrag werden in Abschnitt 2 die gängigen bildgebenden Verfahren für die MLS-Messung und ihre Anwendung bei verschiedenen Krankheiten vorgestellt. In Abschnitt 3 werden Algorithmen für die automatische MLS-Messung sowie deren Vorteile und Grenzen erläutert. Neuere Anwendungen, einschließlich der Messung von MLS auf Nachbehandlungsbildern und der Entwicklung neuartiger Merkmale des Masseneffekts, werden in Abschnitt 4 besprochen, und abschließend werden abschließende Bemerkungen gemacht.

2. Methoden

2.1. Computertomographie

Die Computertomographie verwendet einen Computer, um Querschnittsbilder aus Messungen der Röntgentransmission durch dünne Schichten des Patientengewebes zu rekonstruieren. Die kontrastfreie Computertomographie ist die Bildgebungsmethode der Wahl bei Schädel-Hirn-Traumata, da sie weithin verfügbar ist, eine schnelle Bildaufnahme ermöglicht, die Knochen besser abbildet, Ganzkörperbilder bei mehrfach verletzten Patienten liefert, geringe Kosten verursacht und mit den meisten medizinischen Geräten kompatibel ist, so dass auch instabile Patienten untersucht werden können. Auf CT-Bildern ist es möglich, die MLS unter Verwendung des SP, der Zirbeldrüse oder der V3 als anatomische Landmarke zu messen.

Im Allgemeinen wird die CT des Gehirns bei akuten neurologischen Erkrankungen und die MRT bei subakuten oder chronischen Fällen durchgeführt. Neben dem Schädel-Hirn-Trauma ist der Schlaganfall eine weitere wichtige akute neurologische Erkrankung, die eine Bildgebung des Gehirns erfordert. Zur Quantifizierung der neurologischen Beeinträchtigung wird häufig der NIHSS-Score (National Institutes of Health Stroke Scale) verwendet. Die kontrastfreie CT-Untersuchung ist die bevorzugte erste bildgebende Untersuchung bei Schlaganfallpatienten, da sie hyperdichte Blutungen erkennen und von Hirninfarkten unterscheiden kann, was zusammen mit dem NIHSS-Score eine sofortige Intervention ermöglicht. Allerdings sind die frühen Anzeichen von Infarkten auf der CT subtil und eine genaue Identifizierung des Infarktgebiets ist in der Regel nicht möglich.

Das Auftreten einer Hirnschwellung ist die am meisten gefürchtete lebensbedrohliche Folge eines großflächigen ischämischen Schlaganfalls. Der 1996 eingeführte Begriff maligner Infarkt der mittleren Hirnarterie (MCA) wurde ursprünglich definiert als Infarkt des gesamten MCA-Territoriums oder sogar größerer Bereiche, die sich im CT innerhalb von 48 Stunden als Bereiche mit verminderter Dämpfung (Hypodensitäten) zeigen. Eine neurologische Verschlechterung tritt bei den meisten Patienten innerhalb von 72 bis 96 Stunden ein, bei einigen Patienten kann sich die Situation jedoch auch in den folgenden Tagen verschlechtern. Die CT ist auch das Mittel der Wahl bei instabilen Patienten mit MCA-Infarkten mit Schwellungen, die eine weitere Bildgebung erfordern. Der Grad der MLS wird üblicherweise als Maßstab für die radiologische Verschlechterung verwendet. Die Definition variiert jedoch von Studie zu Studie. Sobald ein bösartiger MCA-Infarkt diagnostiziert wird, ist die dekompressive Kraniektomie (DC) mit expansiver Duroplastie die einzige wirksame Behandlung. Die DC wird auch häufig allein oder in Verbindung mit einer Hämatom-Entfernung bei Patienten mit erhöhtem ICP nach einem Schädel-Hirn-Trauma durchgeführt.

Pullicino et al. maßen mehrere Parameter auf einem axialen CT, das innerhalb von 48 Stunden nach Beginn bei 118 konsekutiven Patienten mit schwerem akutem hemisphärischem Schlaganfall durchgeführt wurde. Rohe Risikofaktoren für die 14-Tage-Mortalität, die bei 46 Patienten auftrat, waren ein Läsionsvolumen von 400 ml oder mehr, eine SP MLS von 9 mm oder mehr, eine pineale MLS von 4 mm oder mehr, eine intraventrikuläre Blutung und ein Koma bei der Aufnahme. Nur die SP MLS war in der multivariaten Analyse signifikant mit dem Überleben korreliert, aber die beiden MLS-Messungen waren mit einem Korrelationskoeffizienten von 0,82 hoch korreliert.

Lam et al. analysierten Merkmale der axialen CT, die innerhalb von 24 Stunden nach Auftreten der Symptome bei 55 Patienten mit akutem ausgedehntem MCA-Infarkt durchgeführt wurde. Die Autoren kategorisierten ihre MLS-Messungen in 3 Gruppen: keine MLS, MLS kleiner als 10 mm und MLS größer als 10 mm. Sie beschrieben auch nicht, welche Landmarke zur Messung der MLS verwendet wurde. Die Analyse der einzelnen erklärenden Variablen ergab, dass NIHSS, Vorhandensein von MLS, MLS größer als 10 mm, Ausmaß des Infarkts, Vorhandensein von Hydrocephalus, Verengung des Subarachnoidalraums oder der Cella media und Verlust der kortikomedullären Differenzierung mit der 30-Tage-Mortalität (14 Patienten) assoziiert waren. Die logistische Regressionsanalyse zeigte, dass das Ausmaß des Infarkts und der NIHSS die einzigen unabhängigen Prädiktoren waren. Da sich das Hirnödem in der Regel später entwickelt, betrachteten die Autoren die „frühe“ MLS am ersten Tag als hochspezifisches, aber unempfindliches Zeichen.

Park et al. verwendeten bei 61 Patienten die diffusionsgewichtete MRT (DWI) innerhalb von 14 Stunden und die CT 24 ± 4 Stunden nach Schlaganfallbeginn, um das Infarktvolumen und die MLS am SP zu beurteilen. Der Grad der Hirnatrophie wurde auch anhand des Bicaudat-Verhältnisses bewertet. Bei den Patienten mit akutem Hemisphäreninfarkt ist ein Infarktvolumen von mehr als 220 ml oder eine MLS von mehr als 3,7 mm im Nachfolge-CT etwa 24 Stunden nach Schlaganfallbeginn ein Hinweis auf einen malignen Infarkt, der bei 21 Patienten festgestellt wurde. Bei Infarktpatienten mit weniger atrophischen Gehirnen, definiert durch ein Bicaudat-Verhältnis von weniger als 0,16, ist ein initiales Infarktvolumen von mehr als 160 ml in einem DWI innerhalb von 14 Stunden nach Schlaganfallbeginn hochgradig prädiktiv für einen malignen Verlauf.

Die spontane ICH ist die häufigste Unterart des hämorrhagischen Schlaganfalls. Die Entscheidung, ob und wann eine ICH chirurgisch entfernt wird, hängt in der Regel vom Volumen und der Lage des Hämatoms ab. Ähnlich wie bei traumatischen Hämatomen wird das Volumen der spontanen ICH anhand der ABC-Formel geschätzt. Die am SP oder an der Zirbeldrüse gemessene MLS wird ebenfalls zur Quantifizierung des Fortschreitens des Masseneffekts nach ICH verwendet. Zazulia et al. fanden bei 76 Patienten, bei denen nach einer spontanen supratentoriellen ICH wiederholte CT-Scans durchgeführt wurden, 17 Fälle von MLS-Progression, definiert als eine Zunahme von mehr als 2 mm. Davon traten 10 innerhalb von 2 Tagen auf und waren mit einer Hämatomvergrößerung verbunden, 7 traten später auf und waren mit einer Ödemprogression verbunden. Ein Fortschreiten des Masseneffekts aufgrund eines Ödems trat bei größeren Blutungsvolumina auf. Im Vergleich zur Pinealen MLS war die SP MLS eine empfindlichere Messung. Über die klinische Bedeutung des spät auftretenden Ödems und das Ergebnis der Patienten wurde jedoch nicht berichtet.

Song et al. korrelierten bei 118 Patienten mit spontaner supratentorieller ICH Koma (GCS-Score von 8 oder weniger) und Anisokorie mit CT-Befunden. Eine univariate Analyse ergab, dass das Hämatomvolumen, der Score der intraventrikulären Blutung und die Amplitude der MLS mit Koma und Anisokorie zusammenhingen. Die mittleren MLS betrugen 1,3, 5,9 und 10,1 mm bei Patienten ohne Koma, bei Patienten mit Koma, aber ohne Anisokorie, bzw. bei Patienten mit Koma und Anisokorie. Die Autoren gaben nicht an, ob ein bestimmter Orientierungspunkt zur Messung der MLS verwendet wurde. Die 30-Tage-Mortalität lag bei 33,9 %, und es wurde nicht angegeben, ob ein Patient operiert wurde. Außerdem wurden die klinischen Befunde nicht mit dem Ergebnis korreliert.

Das chronische subdurale Hämatom (cSDH) besteht aus einer dicken schwarzen Flüssigkeit, die wie Motoröl aussieht und lysierte Blutgerinnsel enthält. Es tritt meist bei älteren Menschen auf, und die Entwicklung vom akuten SDH zum cSDH dauert mehrere Wochen. Die klinischen Symptome und Anzeichen der cSDH sind weniger dramatisch als die der akuten SDH, die unbehandelt schnell tödlich verläuft. Auf CT-Bildern erscheint die cSDH als eine Ansammlung mit geringer Abschwächung außerhalb des Gehirns. Die MLS kann erheblich sein, insbesondere bei Patienten mit atrophischen Gehirnen. Klinisch präsentieren sich die meisten Patienten mit cSDH mit Kopfschmerzen oder leichter Gliederschwäche (Hemiparese), selbst bei großen MLS. Bilaterale cSDH ist häufig. Wenn sie auftritt, wird die Mittellinie in ihre normale Position zurückgedrängt, so dass die MLS bei diesen Patienten weniger nützlich ist. Um den Masseneffekt angemessen beurteilen zu können, müssen weitere bildgebende Verfahren eingesetzt werden.

Anstatt mit der Sterblichkeit korreliert die MLS bei Patienten mit cSDH mit anderen Variablen. Jukovic und Stojanovic untersuchten 83 Patienten mit 53 unilateralen und 30 bilateralen cSDH, um die MLS-Schwelle für Hemiparese zu bestimmen. Die Autoren haben nicht beschrieben, wie sie die MLS gemessen haben. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass bei einseitiger cSDH der Schwellenwert der MLS bei 10 mm liegen könnte; bei bilateraler cSDH lag der Schwellenwert bei 4,5 mm. Interessanterweise haben Patienten mit unilateraler cSDH häufiger sowohl eine Hemiparese (44 Patienten) als auch eine MLS (48 Patienten), aber die Empfänger-Operations-Kennlinie war kleiner als die von bilateralen cSDH-Patienten abgeleitete Kurve. Die Autoren gaben nicht an, wie ihre Patienten behandelt wurden, fanden aber bei bilateralen cSDHs eine Hemiparese kontralateral zur Seite der dickeren Hämatomschicht. Einige ihrer Patienten könnten asymmetrisch verteilte „bilaterale“ Läsionen haben, die sich klinisch und radiologisch wie eine unilaterale cSDH verhalten.

Bei einigen Patienten mit cSDH ist das Bewusstsein beeinträchtigt. Sucu et al. untersuchten 45 Patienten mit cSDH, die sich einer Burr-Hole- oder Twist-Drill-Kraniostomie unterzogen. Sie verglichen den Bewusstseinszustand der Patienten anhand des GCS-Scores, der MLS an der Zirbeldrüse und der SP sowohl in der präoperativen als auch in der frühen postoperativen Phase. Bei allen Patienten war die MLS der Zirbeldrüse sowohl auf den prä- als auch auf den postoperativen CT-Bildern fast immer kleiner als die SP MLS. Die postoperativen CT-Aufnahmen wurden unmittelbar nach Entfernung der Drainagekatheter, 2 bis 4 Tage postoperativ, ausgewertet. Von den 45 eingeschlossenen Patienten hatten 28 eine Bewusstseinsstörung, die durch einen GCS-Wert von weniger als 15 definiert war. Die Hälfte von ihnen hatte GCS-Werte von 13 (8 Patienten) und 14 (6 Patienten). Bei Patienten mit cSDH und Bewusstseinsstörungen wurde festgestellt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass der GCS-Wert nach der Operation wieder auf 15 anstieg, größer war, wenn der SP MLS 10 mm oder mehr betrug. Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass eine cSDH-Evakuierung wahrscheinlich nicht zur Wiederherstellung des Bewusstseins führt, wenn die zugehörige MLS nicht groß genug ist, um eine schlechte Bewusstseinslage zu erklären. Mit anderen Worten: Ein kleiner MLS macht es wahrscheinlicher, dass es eine andere Ursache gibt. In beiden Studien über cSDH sind die MLS-Schwellenwerte erheblich größer als bei Patienten mit Schädel-Hirn-Trauma oder MCA-Infarkt. Diese Unterschiede lassen sich durch die unterschiedliche Pathophysiologie und den höheren Grad der Hirnatrophie bei cSDH-Patienten erklären.

Hirnabszess ist definiert als ein fokaler eitriger Prozess innerhalb des Hirnparenchyms. In früheren Stadien des Hirnabszesses, der so genannten Cerebritis, ist die eitrige Läsion nur schwach vom umgebenden Gehirn abgegrenzt. Wenn sich die Abszesskapsel in späteren Stadien bildet, zeigen kontrastmittelverstärkte CT- und MRT-Aufnahmen einen gut definierten, in der Regel glatten und dünnen Rand der Anreicherung (Ringanreicherung). Demir et al. werteten CT- und MRT-Bilder von 96 Patienten mit klinischen Diagnosen von Hirnabszessen retrospektiv aus. Sie erfassten die bildgebenden Merkmale in Bezug auf die Anzahl, Lage und Größe der Läsionen sowie das Vorhandensein und Ausmaß eines periläsionalen Ödems und der MLS. Dementsprechend wurde ein Schweregradindex für die Bildgebung erstellt. Von diesen Patienten wurden 86 operiert, meist durch Aspiration (72 Patienten). Die Autoren maßen die MLS wahrscheinlich in der Nähe des SP oder der V3, wie in ihren Abbildungen gezeigt, aber Einzelheiten wurden nicht angegeben. Sie klassifizierten die MLS als leicht (kleiner als 5 mm), mittelschwer (zwischen 5 und 10 mm) oder schwer (größer als 10 mm) und addierten dann die aus anderen Parametern gewonnenen Werte. Sie zeigten eine negative Korrelation zwischen dem Schweregradindex der Bildgebung und dem anfänglichen GCS. Es bestand ein signifikanter Unterschied zwischen den klinischen und bildgebenden Parametern von Patienten mit einem unerwünschten Ereignis im Vergleich zu Patienten mit guter Genesung.

Nach DC bei TBI oder malignem MCA-Infarkt haben die Patienten große Schädeldefekte. Sie unterziehen sich nach Abklingen des Hirnödems einer Kranioplastik, um sie zu schützen und zu kosmetisieren. Neben der Feststellung, ob eine DC erforderlich ist, wurde die MLS auch zur Vorhersage der neurologischen Verbesserung nach der Kranioplastie verwendet. Lin et al. untersuchten 56 Kranioplastik-Patienten, 35 mit MLS zwischen 1 und 12 mm und 21 ohne MLS, und analysierten ihre klinischen Merkmale. Sechsundvierzig ihrer Patienten hatten eine DC wegen eines Schädel-Hirn-Traumas oder einer spontanen ICH und 10 wegen eines großen Infarkts oder einer intrakraniellen Infektion. Alle hatten eine große einseitige DC mit Schädeldefektdurchmessern von mehr als 100 mm erhalten. Ein Jahr nach der Schädelplastik kam es zu signifikanten Verbesserungen der Werte für GCS, Arm- und Beinmuskelkraft. Eine signifikant größere Verbesserung des GCS-Scores wurde in der MLS-Gruppe beobachtet. Acht Patienten in der MLS-Gruppe hatten ein abgesenktes Gehirn, was auf eine größere Vorschädigung durch ein Schädel-Hirn-Trauma oder einen Schlaganfall hindeutet. Große Hirnverletzungen sind häufig mit dem Syndrom der Trepanation (ST) nach DC verbunden, wenn sich das Hirnödem mit der Zeit zurückbildet. Die Autoren führen die neurologische Verbesserung auf das Verschwinden des ST zurück, aber sie berichten nicht, wie viele der 9 Patienten mit MLS und GCS-Score-Verbesserung ein abgesunkenes Gehirn hatten.

2.2. Magnetresonanztomographie

Die MRT ist eine Technik, die mit Hilfe von Magnetfeldern und Radiowellen tomographische Bilder erzeugt. Sie bietet einen hervorragenden Weichteilkontrast, der wesentlich besser ist als bei allen anderen bildgebenden Verfahren, einschließlich CT und US. Bei allen Patienten, bei denen eine intrakranielle Neubildung oder Infektion in Betracht kommt, ist die kontrastverstärkte MRT die bevorzugte Untersuchung, da diese Läsionen als abnorme Anreicherung erkannt werden können. Da das MRT-Signal sehr schwach ist, sind häufig eine längere Bildgebungszeit und die Mitarbeit des Patienten erforderlich, so dass es für die Untersuchung instabiler Patienten weniger geeignet ist. Die axialen MRT-Bilder, die in den orthogonalen Standardebenen axial, sagittal und koronal rekonstruiert werden, haben einen etwas anderen Winkel als die CT-Bilder, die parallel zur orbitomeatalen Linie rekonstruiert werden. Trotz dieses Unterschieds ist die Messung der MLS auf MRT- und CT-Bildern im Wesentlichen das gleiche Verfahren. Sobald die Schicht mit der relevanten anatomischen Landmarke ausgewählt ist, kann die MLS durch Messung des Abstands zwischen dieser Struktur und der iML oder der halben Breite des intrakraniellen Raums bestimmt werden, wie in Abschnitt 1.3 beschrieben.

Im Vergleich zur CT erkennt die MRT-DWI das infarzierte Volumen innerhalb der ersten Stunden und ermöglicht so eine frühzeitige Identifizierung des betroffenen Gebiets und eine Vorhersage der Hirnschwellung, einschließlich des malignen MCA-Infarkts. Die CT ist jedoch nach wie vor die wichtigste Methode zur Diagnose von Hirnschwellungen bei Folgeuntersuchungen, wenn eine klinische Verschlechterung eintritt. In einer prospektiven, multizentrischen Kohortenbeobachtungsstudie untersuchten Thomalla et al. Patienten mit akutem MCA-Infarkt innerhalb von 6 Stunden nach Auftreten der Symptome mit MRT-Techniken wie DWI, Perfusionsbildgebung und MR-Angiographie. Von den 140 eingeschlossenen Patienten entwickelten 27 einen malignen MCA-Infarkt, der als Verschlechterung des NIHSS-Scores und als großer MCA-Infarkt bei der MRT- oder CT-Nachuntersuchung von mindestens zwei Dritteln des MCA-Territoriums mit Kompression der Ventrikel oder der MLS definiert wurde. In dieser Studie wird die MLS als Endpunkt und nicht als Prädiktor für das Ergebnis verwendet. Sobald sie zusammen mit einem großen Infarkt im MRT oder CT nachgewiesen wird, kann ein bösartiger MCA-Infarkt diagnostiziert werden. Eine quantitative Definition der MLS wurde jedoch nicht gegeben. Obwohl die CT die sicherste Untersuchung für instabile Patienten mit einer neurologischen Verschlechterung ist, könnte bei einigen Patienten die MLS im MRT nachgewiesen werden, bevor es zu einer klinischen Verschlechterung kommt. Der vorab festgelegte Schwellenwert eines DWI-Läsionsvolumens von mehr als 82 ml sagte eine maligne Infektion mit hoher Spezifität voraus, die Sensitivität war jedoch gering. Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass bei einer Untergruppe von Patienten mit kleinen anfänglichen DWI-Läsionsvolumina wiederholte diagnostische Tests erforderlich sind. Aus demselben Grund wurde von Park et al. eine routinemäßige CT-Follow-up-Untersuchung mit MLS-Messung durchgeführt, wie zuvor in Abschnitt 2.1 beschrieben.

Die zerebrale Venenthrombose (CVT) ist eine seltene Schlaganfall-Subtypologie mit einem sehr variablen klinischen Verlauf. Yii et al. führten von 1997 bis 2010 eine retrospektive Studie an 106 konsekutiven Patienten mit bildgebend bestätigter CVT durch. Ihre Studie zeigte, dass venöse Infarkte und eine Hyperintensität in der DWI mit einer klinischen Verschlechterung einhergingen. Andere Bildgebungsmerkmale, einschließlich Parenchymblutung, vasogenes Ödem, MLS und Thromboselokalisation, waren nicht prädiktiv für eine klinische Verschlechterung. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die CVT einen anderen natürlichen Verlauf hat als der MCA-Infarkt.

Intrakranielle Neubildungen und Abszesse können einen ähnlichen subakuten Verlauf und ein fokales neurologisches Defizit aufweisen. Sowohl Abszesse als auch Tumore haben ein perifokales (umgebendes) Ödem, aber erstere neigen zu einer Ringanreicherung auf CT- und MRT-Bildern, während letztere solide oder zystisch mit dicken, unregelmäßigen Wänden sein können. Demir et al. führten bei Patienten mit der klinischen Diagnose eines Hirnabszesses eine kontrastmittelverstärkte MRT durch, wenn keine Kontraindikationen vorlagen. Bei der MRT kann die MLS mit der gleichen Technik wie bei der CT gemessen werden. Diese Ergebnisse können direkt verglichen und für eine weitere statistische Analyse gesammelt werden, wie in Abschnitt 2.1 beschrieben.

Baris et al. untersuchten die MRT-Bilder von 40 Patienten mit primären und 40 mit metastasierten intraaxialen supratentoriellen Hirntumoren. Die Gruppe der supratentoriellen primären solitären Hirntumoren wurde außerdem in eine Untergruppe mit Glioblastoma multiforme (GBM) (24 Patienten) und eine Untergruppe mit anderen Hirntumoren als GBM (16 Patienten) eingeteilt. MLS, Tumorvolumen, perifokales Ödemvolumen und das Verhältnis von Ödem zu Tumor wurden gemessen. Zu den pathologischen Diagnosen von Primärtumoren, die nicht zu den GBM gehören, gehören Tumoren niedrigeren Grades und weniger aggressiver Subtypen. Die Autoren verwendeten axiale FLAIR-Bilder, um die subfazinäre Herniation zu messen, die gleichbedeutend mit MLS zu sein schien. Sie gaben jedoch nicht an, ob ein bestimmter Orientierungspunkt, wie z. B. der SP, verwendet wurde. Der Grad der MLS wurde als Grad 1 Herniation kategorisiert, wenn die MLS kleiner als 5 mm war, und als Grad 2 Herniation, wenn die MLS größer war. Die Ergebnisse zeigten, dass MLS und Tumorvolumen in der Primärtumorgruppe größer waren als in der Metastasengruppe, während das Ödemvolumen im Verhältnis zum Tumorvolumen geringer war. MLS von mehr als 5 mm war bei Primärtumoren häufiger anzutreffen. Da größere Tumoren eine größere MLS und einen geringeren zusätzlichen Raum für Ödeme haben, könnte der Größenunterschied zwischen den Gruppen zu diesen Unterschieden beitragen.

Im Vergleich zu bösartigen Tumoren haben gutartige Hirntumoren ein anderes biologisches Verhalten und einen anderen natürlichen Verlauf. Zeidman et al. untersuchten 21 Patienten, bei denen serielle MRT-Untersuchungen des Gehirns durchgeführt wurden, um die Wachstumsrate von nicht operierten Meningeomen zu bestimmen. Ausschlaggebend für die Entscheidung gegen eine Operation waren das Fehlen entsprechender neurologischer Symptome oder Anzeichen und die Sorge vor einem hohen Operationsrisiko für neurologische Beeinträchtigungen. Sie kamen zu dem Schluss, dass die mittlere volumetrische Wachstumsrate signifikant höher war als die planimetrische Wachstumsrate. Sie erfassten zwar auch spezielle bildgebende Merkmale wie Verkalkung, T2-Hypointensität, duralem Schwanz, Masseneffekt und MLS, doch keines dieser Merkmale korrelierte mit der Wachstumsrate. Da Meningeome meist gutartige, langsam wachsende Tumoren sind, bleibt der ICP normal, bis der Tumor sehr groß wird. Daher spielt die MLS bei der Überwachung von Meningeom-Patienten nur eine geringe Rolle.

2.3. Ultraschall

US-Bildgebung wird mit der Puls-Echo-Technik durchgeführt. Der US-Schallkopf wandelt elektrische Energie in einen kurzen Hochfrequenz-Schallimpuls um, der in das Gewebe des Patienten übertragen wird, und wird dann zu einem Empfänger, der die Echos der reflektierten Schallenergie aufnimmt. Anstatt das gesamte anatomische Volumen abzubilden und standardisierte axiale, sagittale und koronale Schichten zu rekonstruieren, werden US-Bilder in jeder anatomischen Ebene erzeugt, indem die Ausrichtung und der Winkel des Schallkopfs sowie die Position des Patienten angepasst werden. Die Visualisierung anatomischer Strukturen durch US ist durch Knochen und gashaltige Strukturen wie den Schädel und die Eingeweide eingeschränkt.

Außer bei Säuglingen ist US nicht das diagnostische Mittel der ersten Wahl für die Bildgebung des Gehirns. Bei Patienten mit neurologischen Erkrankungen wird zunächst eine CT- oder MRT-Untersuchung durchgeführt. Anschließend kann der US zur Beurteilung der Karotiden oder zur Beurteilung der intrakraniellen Gefäße mit der transkraniellen Farbdopplersonographie (TCCS) eingesetzt werden. Ein wichtiger Vorteil der US ist die Bequemlichkeit der Untersuchung am Krankenbett, was für instabile Patienten hilfreich ist, die möglicherweise mit Beatmungsgeräten, Monitoren und intravenösen Pumpen ausgestattet sind, was den Transport sowohl umständlich als auch riskant macht.

Seidel et al. führten eine TCCS-Untersuchung am Krankenbett durch, um die Flussmuster der MCA bei Schlaganfallpatienten zu untersuchen. Sie kamen zu dem Schluss, dass die TCCS-Untersuchung schnelle und zuverlässige Daten über den Subtyp und den Mechanismus des Schlaganfalls unmittelbar nach dem Einsetzen des Schlaganfalls liefern kann, aber die Untersuchung konnte aufgrund eines unzureichenden zeitlichen akustischen Fensters bei 17 ihrer 84 Patienten nicht durchgeführt werden. Darüber hinaus leisteten sie Pionierarbeit bei der MLS-Messung mit Hilfe von US und TCCS. Nach der Identifizierung der Arterien des Willis-Kreises wurde die Tiefe des Insonationsfensters so eingestellt, dass das Mittelhirn in der Mitte des Bildes und der kontralaterale Schädel sichtbar wurden. Von dieser Position aus wurde der Schallkopf um 10 Grad nach oben geneigt, um die V3 anhand ihrer hyperechoischen Ränder und des umgebenden hypoechoischen Thalamus und der hyperechoischen Zirbeldrüse zu identifizieren. Obwohl etwas geneigt, ist die US-Scan-Ebene annähernd horizontal. Die Abstände zwischen der US-Sonde und dem Zentrum des V3 wurden von beiden Seiten des Kopfes aus gemessen. Diese beiden Abstände, und , können dann zur Berechnung der MLS nach der Formel verwendet werden. Mathematisch gesehen ist diese Formel die gleiche wie die in Abschnitt 1.3 beschriebene MLS-Formel.

Bei Gehirnen mit degenerativen Erkrankungen ist es möglich, die V3 zu finden und ihren Durchmesser mit Hilfe des transkraniellen B-Mode-Bildes zu messen. Wenn die Ventrikel jedoch komprimiert sind, hilft TCCS beim Auffinden der V3 und bei der Messung der MLS. Daher verwenden wir in den folgenden Abschnitten den Begriff „US“, um den gesamten Messprozess einschließlich der Identifizierung des arteriellen Flusses mit TCCS zu beschreiben. Zur Validierung der MLS-Messung durch US wird ein entsprechendes CT-Bild innerhalb eines bestimmten Zeitfensters, in der Regel Stunden, als Goldstandard verwendet. Da die US-Scanebene annähernd horizontal ist, wurden sonographische MLS- und CT-MLS-Messungen in der Regel ohne Transformation oder Konvertierung direkt verglichen.

Stolz et al. rekrutierten prospektiv 61 Patienten mit supratentoriellem Infarkt (45 Patienten) oder intrazerebraler Blutung (16 Patienten). Insgesamt 122 sonographische Messungen der MLS am Krankenbett wurden mit CT-Daten in einem 12-Stunden-Zeitfenster verglichen. Der Korrelationskoeffizient lag insgesamt bei 0,93. Bei den 50 US-Messungen, die innerhalb eines 3-Stunden-Fensters durchgeführt wurden, war die Korrelation sogar noch besser. Das gesamte 95 %-Konfidenzintervall der MLS-Differenz zwischen TCCS- und CT-Messungen betrug ±1,78 mm. Alle Unterschiede betrugen weniger als 2 mm. Neben der Validierung ihrer Ergebnisse kamen die Autoren zu dem Schluss, dass die US-Methode besonders für schwerkranke Patienten geeignet ist, die nicht transportfähig sind. Sie berichteten nicht, ob ein Patient wegen eines unzureichenden zeitlichen Schallfensters ausgeschlossen wurde.

Nachdem die Autoren die Genauigkeit der sonographischen MLS-Messung bestätigt hatten, nahmen sie 42 Patienten mit akutem, schwerem hemisphärischem Schlaganfall auf, die mit einem Scandinavian Stroke Scale Score von weniger als 35 Punkten definiert waren. Bei der Aufnahme wurden ein CT und eine Carotis-Duplex-Sonographie durchgeführt. Die TCCS wurde 8 ± 3, 16 ± 3, 24 ± 3, 32 ± 3 und 40 ± 3 Stunden nach Beginn des Schlaganfalls durchgeführt. Die Größe des Infarkts wurde anhand der Nachfolge-CT bestimmt. Zwölf der Patienten starben an den Folgen einer Hirnhernie, 28 überlebten. Zwei Männer erhielten 27 und 30 Stunden nach dem Schlaganfall eine DC und überlebten. Sie wurden von der weiteren Analyse ausgeschlossen. Bereits 16 Stunden nach Beginn des Schlaganfalls war die MLS in der Herniengruppe signifikant höher. Die Sterblichkeit lag bei 100 %, wenn die sonographische MLS nach 16, 24, 32 bzw. 40 Stunden größer als 2,5, 3,5, 4,0 und 5,0 mm war. Sechzehn von 42 Patienten wurden in den ersten 48 Stunden sediert und künstlich beatmet, was die klinische Überwachung äußerst schwierig machte. Die Autoren schlugen vor, dass die bettseitige TCCS-Überwachung der MLS eine diagnostische Alternative für kritisch kranke Patienten darstellt, die sonst nicht angemessen überwacht werden können.

Tang et al. untersuchten 51 konsekutive Patienten mit akuter spontaner supratentorieller ICH mittels US. Achtzehn Patienten wurden ausgeschlossen, weil sie auf mindestens einer Seite des Schädels keine akustischen Fenster im Schläfenbereich hatten. Neben der MLS wurde auch der Pulsatilitätsindex (PI) der MCA gemessen und mit CT-Daten verglichen, einschließlich der MLS und des mit der Formel berechneten Hämatomvolumens. Der Korrelationskoeffizient zwischen der MLS im US und im CT betrug 0,91. Im Vergleich zu den Patienten mit einem ICH-Volumen von weniger als 25 mL wiesen diejenigen mit einem größeren Volumen eine größere MLS und einen höheren PI der ipsilateralen MCA auf. Bei der Verwendung von US war die MLS empfindlicher und spezifischer als der PI bei der Erkennung großer ICH und der Vorhersage eines schlechten Ausgangs. Die Autoren bestätigten die Genauigkeit der sonographischen MLS-Messung und kamen zu dem Schluss, dass die Überwachung der MLS mittels Ultraschall eine Hämatomausdehnung erkennen und das kurzfristige funktionelle Ergebnis vorhersagen kann. Sie stellten einen Patienten vor, bei dem eine Hämatomausdehnung durch US erkannt und durch ein anschließendes CT bestätigt wurde, aber es wurde nicht berichtet, ob es weitere Patienten mit ähnlichen Verläufen gab.

Llompart Pou et al. führten prospektiv 60 TCCS-Untersuchungen am Krankenbett bei 41 Patienten mit Schädel-Hirn-Trauma durch, wobei das durchschnittliche Zeitintervall zwischen CT und TCCS-Untersuchungen 322 ± 216 Minuten betrug. Nach der Marshall-Klassifikation (TCDB) waren 11 der 60 CT-Untersuchungen vom Typ V (evakuierte Masse). Die Autoren machten jedoch keine weiteren Angaben zu den durchgeführten Operationen. Kein Patient wurde wegen eines unzureichenden akustischen Fensters ausgeschlossen. Der Korrelationskoeffizient zwischen der mittels CT und TCCS gemessenen MLS betrug 0,88. Die Unterschiede zwischen ihnen reichten von +2,33 bis -2,07 mm mit einem Durchschnitt von 0,12 mm. In keiner Untergruppe gab es statistisch signifikante Unterschiede. Die Autoren kamen zu einer ähnlichen Schlussfolgerung, dass die sonografische MLS-Messung genau und für die bettseitige Überwachung bei TBI-Patienten geeignet ist.

Die sonografische MLS-Messung unter Verwendung der V3 als Orientierungspunkt ist im Vergleich zu CT-Schichten auf der Höhe der V3 genau. Ein direkter Vergleich von sonographischen MLS-Daten mit CT-MLS-Daten, die am SP gemessen wurden, ist jedoch ungeeignet, da der maximale anterior-posteriore Durchmesser der V3 kaudal (inferior) und posterior zum SP liegt. Motuel et al. führten eine prospektive Studie an 52 konsekutiven Patienten der neurochirurgischen Intensivstation durch, von denen 31 wegen eines schweren Schädel-Hirn-Traumas aufgenommen wurden. Sieben Patienten hatten eine Operation zur Entfernung einer intrakraniellen Masse hinter sich. Die sonografische MLS wurde so bald wie möglich vor oder nach der CT gemessen, wobei die V3 als Orientierungspunkt diente. Neben dem Vergleich mit CT-MLS-Daten an der V3 (Methode 1) verglichen die Autoren ihre sonografischen MLS-Daten auch mit „Standard“-CT-MLS-Daten am SP (Methode 2). Der Korrelationskoeffizient betrug 0,76 für Methode 1 und 0,81 für Methode 2. Der Unterschied zwischen den US- und CT-Messungen betrug im Durchschnitt 0,1 mm für Methode 1 und 0,9 mm für Methode 2.

Obwohl statistisch nicht signifikant, berichteten die Autoren über eine etwas kleinere MLS, die mit der CT unter Verwendung der V3 als Orientierungspunkt gemessen wurde (4,2 ± 5,5 mm), verglichen mit der MLS, die mit dem SP ermittelt wurde (4,7 ± 6,7 mm). Die Beziehung zwischen MLS und ICP wurde anhand der Ergebnisse der 30 Patienten mit invasiver ICP-Überwachung untersucht. Es wurde kein signifikanter Zusammenhang zwischen ICP und MLS festgestellt, der mit allen drei Methoden ermittelt wurde. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die MLS im subfalcinen Raum nicht einheitlich ist und anatomische Beschränkungen bei der Bestimmung der MLS an verschiedenen anatomischen Markern eine Rolle spielen. In ähnlicher Weise gab es auch Unterschiede zwischen der MLS, die mit dem SP bestimmt wurde, und der MLS, die mit der Zirbeldrüse auf CT-Bildern gemessen wurde, selbst wenn sie sich auf derselben Schicht befinden. Ausgehend von diesen Ergebnissen scheinen MLS-Messungen nur dann vergleichbar zu sein, wenn dieselbe Landmarke verwendet wird.

3. Algorithmen für die automatisierte Messung der Mittellinienverschiebung

Computergestützte bildgebende Diagnosesysteme haben ein erhebliches Potenzial zur Unterstützung menschlicher Experten bei der Auswertung von Gehirnbildern. Neben der Identifizierung intrakranieller Läsionen sollte die Messung der Mittellinienverschiebung ein wichtiger Bestandteil dieser Systeme sein. In diesem Abschnitt stellen wir Algorithmen vor, die MLS automatisch messen können. Die meisten dieser Algorithmen basieren auf CT-Bildern, können aber leicht für MRT-Bilder modifiziert werden.

Für einen menschlichen Spezialisten ist die Messung der MLS auf Bildern einer bestimmten Studie recht einfach. Nach der Auswahl der richtigen axialen Schicht oder Ebene und dem Auffinden des Referenzpunktes, der entweder durch die iML oder durch den Mittelpunkt der Breite des intrakraniellen Raumes bestimmt wird, kann die MLS als senkrechter Abstand zwischen dem Landmark (dem SP oder der Zirbeldrüse) und dem Referenzpunkt gemessen werden. Für ein Computersystem ist es einfach, Entfernungen auf digitalen Bildern zu messen. Vor der eigentlichen Messung der MLS müssen jedoch spezielle Vorverarbeitungs- und Merkmalsextraktionstechniken angewendet werden, um die relevanten Punkte auf den Eingabebildern zu finden. Eine Reihe von Methoden, die die intakte Midsagittalebene (iMSP) auf einer vollständigen CT-Untersuchung des Gehirns erkennen, können verwendet werden, um Informationen über die iML auf der einzelnen Schicht zu erhalten, die zur Messung der MLS verwendet wird. Um die „standardisierte“ MLS auf der Ebene der FM zu messen, muss die richtige Schicht manuell oder automatisch korrekt identifiziert werden.

Algorithmen zur Messung der MLS werden in zwei Typen eingeteilt: symmetriebasierte und landmarkbasierte Algorithmen. Bei symmetriebasierten Algorithmen ist die Erkennung spezifischer anatomischer Orientierungspunkte nicht erforderlich. Stattdessen wird eine Kurve gesucht, die alle verschobenen und verformten Strukturen verbindet. Da einige Strukturen wie der SP und die Zirbeldrüse durch eine intrakranielle Masse verschoben sind, während andere wie die Ventrikel und das Corpus Callosum deformiert sind, verwenden wir den Begriff „deformierte Mittellinie (dML)“, um diese Kurve zu beschreiben. Bei landmarkbasierten Algorithmen werden zunächst bestimmte Strukturen, häufig Teile der Seitenventrikel, erkannt. Innerhalb der gegebenen (ventrikulären) Regionen wird der SP oder eine andere Landmarke identifiziert und die MLS wird entsprechend gemessen.

3.1. Symmetriebasierte Methoden

Liao et al. schlugen eine automatisierte Methode zur Erkennung der dML auf CT-Schichten in Höhe der FM vor. Wie in Abbildung 2(b) dargestellt, wurde die dML in drei Segmente zerlegt: das obere und das untere gerade Segment (schwarze Linien), die Teile der harten Falx cerebri darstellen, die zwei Hirnhemisphären trennt, und das zentrale gekrümmte Segment, das durch eine quadratische Bezier-Kurve (weiße Kurve) gebildet wird und das dazwischenliegende weiche Hirngewebe darstellt. Die Autoren gingen davon aus, dass die dML die Kurve mit maximaler bilateraler Symmetrie ist, die durch Minimierung des Summenquadrats der Differenzen über alle Mittellinienpixel in einem horizontalen (links-rechts) Bereich von 24 mm berechnet wird. Um die Berechnung weiter zu vereinfachen, wurden die oberen und unteren Falxsegmente als unbeweglich angenommen, wodurch sie zu vertikalen Linien wurden. Ein genetischer Algorithmus wurde angewandt, um die optimalen Werte der vier Variablen zu ermitteln, die die Positionen der drei Kontrollpunkte der Bezier-Kurve bestimmen. Der Algorithmus wurde dreimal wiederholt, wobei die maximal zulässigen Werte der MLS auf 15, 22,5 und 30 mm festgelegt wurden. Wenn die Ergebnisse stabil waren, wurde die MLS nach der Ermittlung der dML durch die Position des zentralen Kontrollpunkts bestimmt. Andernfalls wurden sie als Fehlschläge gewertet.

Unser Algorithmus wurde an pathologischen Bildern von 81 aufeinanderfolgenden Patienten evaluiert, die über einen Zeitraum von einem Jahr in einem einzigen Institut behandelt wurden. Vierundfünfzig dieser Patienten hatten ein Schädel-Hirn-Trauma und 25 hatten eine spontane ICH. Unser Algorithmus war in der Lage, die MLS von 65 (80 %) Patienten zu messen. Bei 62 (95 %) von ihnen betrug die Differenz weniger als 1 mm. Alle drei ungenauen Ergebnisse traten bei Bildern mit einer MLS von mehr als 10 mm auf. Obwohl die Erfolgsquote der MLS-Messungen mit zunehmender MLS abnahm, wurden die meisten Patienten mit einer MLS von mehr als 5 mm korrekt gemessen. Ein wesentlicher Nachteil unseres Algorithmus war die höhere Fehlerquote bei Bildern von spontanen ICH, die häufig an den Basalganglien nahe der Mittellinie auftreten. Unter Verwendung manuell und automatisch gemessener MLS-Daten führten wir auch eine Ergebnisanalyse bei Patienten mit Schädel-Hirn-Trauma durch. Obwohl statistisch nicht signifikant, schien die MLS ein Prädiktor für die Sterblichkeit zu sein. Die Vorhersage des Todes unter Verwendung einer MLS von 3,5 mm als Schwellenwert war zu 76 % sensitiv (13/17) und zu 71 % (24/34) spezifisch. Bei der Mortalitätsvorhersage schnitt unser automatischer Algorithmus nicht schlechter ab als die manuelle MLS-Messung.

Chen et al. schlugen eine automatische Methode zur Schätzung der dML auf MRT-Bildern bei Gliompatienten vor. Die Autoren konstruierten ein erweitertes Voigt-Modell, das die Lage der dML auf der axialen Schicht mit dem maximalen Tumordurchmesser anhand der Größe und Lage der Läsion vorhersagte. Sie verwendeten einen Elastizitätskoeffizienten und einen Viskositätskoeffizienten für Hirngewebe aus der Literatur. Eine zusammengesetzte lokale Symmetriemetrik, die lokale Intensitätssymmetrie und lokale Intensitätsgradientensymmetrie kombiniert, wird vorgeschlagen, um die vorhergesagte Mittellinie innerhalb eines lokalen Fensters zu verfeinern, dessen Größe gemäß einem Lochkameramodell bestimmt wird. Ohne theoretischen Beweis haben die Autoren verschiedene Werte des Modulationsfaktors empirisch ausprobiert, und der Kandidat mit der maximalen Summe der zusammengesetzten lokalen Symmetrie wurde in jedem Fall als die „vorhergesagte“ dML behandelt. Dann wurde diese dML verfeinert und entsprechend der lokalen Symmetrie geglättet.

Die vorgeschlagene Methode wurde an 30 MRT-Datensätzen aus dem Wettbewerb „Multimodal Brain Tumor Segmentation“ der MICCAI-Konferenz 2013 validiert. Die Autoren wählten manuell die axiale Schicht mit dem maximalen MLS aus, wobei sie davon ausgingen, dass dies der Schicht mit dem maximalen Tumor-zu-Hirn-Verhältnis entspricht. Die MLS auf diesen MRI-Schichten lag zwischen 0 und 6 mm. Obwohl die abgegrenzte dML nicht dem Niveau entsprach, das üblicherweise für die „standardisierte“ MLS-Bewertung und Ergebnisbeurteilung verwendet wird, erzielte der Autor genaue Ergebnisse. Im Vergleich zu manuell nachgezeichneten dMLs ergab ihre Methode eine mittlere Differenz von 0,61 ± 0,27 mm und eine durchschnittliche maximale Differenz von 1,89 ± 1,18 mm.

3.2. Landmark-basierte Methoden

Yuh et al. entwickelten eine Reihe von Computeralgorithmen in der Programmierumgebung MATLAB 7.0.1 zur Auswertung von CT auf Anzeichen von TBI. Der Algorithmus schien zuerst den Schädel und den iMSP zu erkennen, aber Einzelheiten wurden nicht genannt. Anschließend wurden Blut- und Liquorpixel mit Hilfe geeigneter CT-Dichte-Schwellenwerte, räumlicher Filterung und Clusteranalyse erkannt. Sobald die bluthaltigen Pixel identifiziert sind, werden sie je nach ihrer Lage relativ zum Schädel als EDH, SDH, ICH, SAH oder IVH klassifiziert. Zur Berechnung der MLS wurde die Symmetrie der Liquorpixel in den Seitenventrikeln in Bezug auf die durch die Symmetrieachse des Schädels bestimmte iML bewertet. Das Volumen des Clusters der basalen Liquorpixel wurde berechnet, um den Status der basalen Zisternen zu bestimmen. Die Autoren gaben jedoch nicht an, wie die Liquorpixel als Ventrikel oder Zisternen identifiziert wurden. Die Software wurde dann auf eine Validierungsstichprobe von mehr als 200 Patienten angewandt, die wegen des Verdachts auf eine akute TBI untersucht wurden. Die automatische Erkennung des Vorhandenseins von mindestens einem radiologischen Zeichen einer akuten Schädel-Hirn-Trauma zeigte eine hohe Sensitivität von 98 %. Die Autoren gaben keine quantitativen MLS-Messergebnisse an. Sie berichteten über eine Sensitivität von 100 % und eine Spezifität von 98 % für den Nachweis von MLS, die größer als 5 mm sind. Da nur 9 Patienten einen solchen Befund aufwiesen und weitere 4 Patienten falsch-positive Ergebnisse hatten, betrug die positive Vorhersagerate ihrer MLS-Erkennungsmethode nur 70 %.

Xiao et al. schlugen ein Verfahren vor, mit dem MLS durch Erkennung der SP innerhalb der gegebenen CT-Studie gemessen werden können. Alle Schichten der Studie wurden in ein Vorverarbeitungssystem eingespeist, das den Schädel und den iMSP erkannte und alle extrakraniellen Regionen mit Hilfe einer Kombination von Filtern in einem Multiresolutionsansatz entfernte. Dann wurde die Schicht, die die FHs und den SP enthielt, aus allen ventrikulären Regionen mit Hilfe von Expertenregeln und einer binären Multiresolution-Level-Set-Methode ausgewählt. Die iML wurde als Schnittpunkt zwischen der iMSP, die mit der Liu-Methode berechnet wurde, und der Ebene dieser Schicht definiert. Schließlich wird der SP als isodenses Liniensegment innerhalb hypodenser FHs mit Hilfe der Hough-Transformation erkannt und durch wiederholte morphologische Erosion gewichtet. Der am weitesten von der iML entfernte Punkt auf dem SP wurde zur Messung der MLS verwendet. In der Regel war dies der hinterste Punkt.

Unser System wurde an Bildern von 96 aufeinanderfolgenden Patienten getestet, die auf der neurochirurgischen Intensivstation aufgenommen wurden. Die Ergebnisse wurden von menschlichen Experten bewertet. Unser Algorithmus konnte FHs in Bildern von 16 Patienten nicht erkennen, die alle große intrakranielle Hämatome (13 SDHs, 1 EDH und 2 ICHs) mit ausgeprägten Hirnverformungen aufwiesen. In 2 Fällen mit Cavum septum pellucidum, bei denen die SP eine Trennung zwischen ihren beiden Segelklappen aufweist, erkannte unser Algorithmus nur eine der beiden Segelklappen. Bei den übrigen 78 Patienten beträgt die mittlere Differenz zwischen den automatischen und manuellen MLS-Messungen 0,23 ± 0,52 mm. Deutlich abweichende SP wurden erfolgreich erkannt, und MLS bis zu 30 mm wurden genau gemessen. Der Unterschied zwischen der automatisch gemessenen und der manuell gemessenen MLS war in 70 von 78 Fällen kleiner als 1 mm und in 60 Fällen kleiner als 0,5 mm. Der Fehler nahm mit zunehmender MLS nicht zu. Unsere Methode ist robust und kann sowohl in Notfällen als auch in der Routine angewendet werden. Dreißig Patienten unterzogen sich einer Operation. Ihre durchschnittliche MLS war viel größer als die der nicht operierten Patienten (9,2 ± 7,1 gegenüber 1,7 ± 1,3 mm), was die Nützlichkeit der MLS für die Steuerung eines sofortigen chirurgischen Eingriffs bestätigt.

Chen et al. stellten ein automatisiertes System auf der Grundlage von CT-Bildern vor, mit dem die MLS geschätzt und ein erhöhter ICP festgestellt werden kann. Ihre Methode basierte auf ihren früheren Arbeiten zur Ventrikelerkennung. Die Liquorpixel wurden mit Hilfe eines Gaußschen Mischmodells für jede CT-Schicht erkannt, um die Pixel in vier Gewebetypen zu klassifizieren: Knochen oder Hämatom, graue Substanz, weiße Substanz und Liquor. Anhand dieser Pixel wurden die Ventrikel anhand von Größen- und Lagekriterien erkannt. Zur Schätzung der MLS führten die Autoren zunächst eine iML-Schätzung auf der Grundlage von Schädelsymmetrie, Falx und interhemisphärischem Sulcus durch. Dann wurde eine Segmentierung der Ventrikel aus dem CT-Scan vorgenommen und als Leitfaden für die Identifizierung der dML durch Formabgleich verwendet. Die Autoren waren der Ansicht, dass diese Verfahren den Messprozess durch Ärzte nachahmen und zeigten vielversprechende Ergebnisse bei der Auswertung.

CT-Datensätze mit 391 Schichten von 17 TBI-Patienten wurden auf iML- und dML-Erkennung sowie auf MLS-Messung und ICP-Schätzung getestet. In den meisten Schichten (über 80 %) lagen die Fehler zwischen der von der Methode geschätzten iML und der manuellen Beschriftung bei etwa 2 Pixeln bzw. 1 mm. Bei der dML beträgt die Differenz bei über 80 % weniger als 2,25 mm, vorausgesetzt, die Qualität der ventrikulären Segmentierung ist relativ gut, d. h. das Segmentierungsergebnis ermöglicht eine manuelle MLS-Messung. Mit anderen Worten, die Methode versagte auch, wenn die Ventrikel aufgrund einer ausgeprägten Hirndeformation nicht identifiziert werden konnten.

Liu et al. präsentierten eine weitere landmarkbasierte Methode zur automatischen Erkennung und Quantifizierung der MLS-Verschiebung auf CT-Bildern von TBI. Nach der Diskretisierung des Histogramms wurden die Pixel auf den Bildern als Schädel, Hämatom, Gehirn oder Liquor klassifiziert. Die „mittlere Schicht“, wahrscheinlich die Schicht auf der Höhe der FM, wurde aus allen Bildern der jeweiligen Studie anhand einer Wahrscheinlichkeitskarte ermittelt, die die FHs, die V3 und die perimesencephale Zisterne enthält. Auf dieser Schicht wurden die vorderen und hinteren Falxansätze innerhalb eines bestimmten Bereichs auf der Grundlage der Schädeldicke erkannt. Mit Hilfe eines Gauß’schen Clustering-Verfahrens wurden die Liquorregionen und die darin befindlichen Landmarkenpixel erkannt. Mehrere Falxkandidaten wurden mit Hilfe einer richtungsabhängigen, einfach verknüpften Kette nach der Kantenerkennung erkannt. Die räumlichen Beziehungen zwischen diesen Markern wurden anhand der Daten von 200 Patienten trainiert. Die Wahrscheinlichkeitsverteilung wurde anhand von Trainingsdaten aus der mittleren Schicht von 200 Patienten mit Hilfe eines Gaußschen Mischmodells erlernt.

Die Autoren testeten ihre Methode an einem experimentellen Datensatz mit 565 Patienten mit etwa 12 CT-Schichten pro Patient. Ob sich die Trainingsdaten mit den Testdaten überschneiden, wurde nicht angegeben. Mehr als 100 Patienten hatten MLS von mehr als 5 mm. Ihre Methode erreichte einen maximalen Abstandsfehler von 4,7 ± 5,1 mm. Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass ihre Methode frühere Methoden übertraf, insbesondere bei großen ICH und fehlenden Ventrikeln.

4. Neuere Anwendungen: Über die Unterstützung der Diagnose und die Steuerung der Behandlung hinaus

4.1. Messung der Mittellinienverschiebung nach der Behandlung

Intrakranielle Läsionen, die auf CT- oder anderen Bildern diagnostiziert wurden, entwickeln sich im Laufe der Zeit weiter. Ihre Form und Größe werden auch durch medizinische oder chirurgische Behandlungen verändert. Nach diesen Behandlungen kann die MLS weiterhin mit den in Abschnitt 1.3 beschriebenen Methoden gemessen werden. Bei Patienten, die sich einer DC unterziehen, werden Teile des Schädels entfernt, was die Messung der Breite des intrakraniellen Raums erschwert. Die iML kann jedoch weiterhin identifiziert und zur Messung der MLS verwendet werden. Nach erfolgreicher Behandlung sollte die MLS abnehmen. Wir haben die Mittellinienrückkehr (MLR) wie folgt definiert: MLR = , wobei und die MLS bezeichnen, die auf den Bildern nach der Behandlung bzw. auf den Bildern der Ausgangslinie gemessen wurde. Darüber hinaus schlugen wir einige quantitative Bildgebungsparameter zur Bewertung der dekompressiven Bemühungen und der dekompressiven Wirkung vor. Der Aufwand der DC, das Kraniektomievolumen, kann mit der ABC-Methode geschätzt werden. Andererseits wird das Volumen der transcalvarialen Hirnhernie (TCH), das dem durch die Schädelentfernung und die expansive Duroplastie erzeugten Behandlungseffekt entspricht, als Differenz zwischen zwei Kalotten modelliert.

Takeuchi et al. überprüften retrospektiv prä- und postoperative CT-Bilder von 186 konsekutiven Patienten, die wegen eines Schädel-Hirn-Traumas operiert wurden, und untersuchten die prognostischen Faktoren neuer CT-Befunde, die weniger als 24 Stunden nach der Operation auftraten. Obwohl es keine standardisierte oder etablierte Regel für den Zeitpunkt der postoperativen Untersuchung gab, wurde bei 139 von 186 Patienten innerhalb von 1 Stunde nach der Operation ein CT durchgeführt, darunter 138 zur Routinekontrolle. Bei 29 Patienten (15,6 %) wurden auf der postoperativen CT insgesamt 30 neue Befunde festgestellt, darunter SDH bei 11 Patienten (10 kontralateral, 1 ipsilateral), Hirnkontusionen bei 11 (9 kontralateral, 2 ipsilateral), kontralaterale EDH bei 5 und Ganzhirnischämie bei 3. Die Autoren berichteten nicht über postoperative MLS bei Nachfolge-CT-Untersuchungen. Zehn Patienten mit neuen Befunden unterzogen sich insgesamt 11 Folgeoperationen, und 7 von ihnen hatten DC. Eine univariate Analyse zeigte, dass ein GCS-Score von 8 oder weniger, SDH als Hauptindikation für die Operation, MLS, obliterierte Basalzisterne und DC signifikant mit einem höheren Risiko für neue Befunde verbunden waren. Da die DC bei 26 von 29 Patienten mit neuen Befunden als erster Eingriff durchgeführt wurde, hatten 24 von ihnen eine Entfernung der SDH mit Masseneffekt, einschließlich großer (9,0 ± 5,7 mm) MLS und Verödung der Basalzisterne, und diese Faktoren waren tatsächlich eng miteinander verbunden. Eine multiple logistische Regressionsanalyse ergab DC, niedrige GCS und basale Zisternenobliteration als signifikante Risikofaktoren.

Sucu et al. untersuchten 45 Patienten mit cSDH, die sich einer Kraniostomie mit Bohrer oder Spiralbohrer unterzogen. Obwohl die MLS sowohl in den präoperativen als auch in den frühen postoperativen CT-Bildern gemessen wurde, korrelierte nur die präoperative MLS mit der Verbesserung bei 28 Patienten mit Bewusstseinsstörungen vor der Operation. Die Autoren beobachteten jedoch bei den meisten Patienten eine MLS-Reduktion (MLR) sowohl im SP als auch in der Zirbeldrüse. Die MLR trägt wahrscheinlich zur Verbesserung anderer Symptome als der Erholung des Bewusstseins bei, z. B. Hemiparese oder Kopfschmerzen. Die Messung der postoperativen MLS allein spielt bei cSDH wahrscheinlich eine geringere Rolle, da eine klinische Verbesserung auch bei teilweiser Entfernung erreicht werden kann, wobei ein Rest von cSDH und MLS zurückbleibt.

Jeon et al. untersuchten 70 Patienten mit malignem MCA-Infarkt, die sich einer DC unterzogen. Die MLS wurde an der SP und der Zirbeldrüse auf den letzten prä- und postoperativen CT-Bildern mit einem mittleren Abstand von 8,3 Stunden gemessen. Eine Verringerung der MLS oder MLR war mit höheren postoperativen GCS-Werten und einer geringeren Sterblichkeit 6 Monate nach dem Schlaganfall verbunden, nachdem Alter, Geschlecht, NIHSS-Score und präoperative MLS berücksichtigt wurden. Die anterior-posterioren Durchmesser der durch DC geschaffenen Knochendeckel betrugen etwa 130 mm. Das „extrakranielle Bulging-Volumen“, das Volumen des Hirngewebes jenseits der Oberfläche, die von der durch die DC geschaffenen Schädelfensterkante gebildet wird, war signifikant mit der MLS-Reduktion verbunden. Im Durchschnitt hatten Patienten mit einer MLS-Reduktion das kleinste Infarktvolumen, während Patienten mit einer MLS-Progression das größte Infarktvolumen aufwiesen. Der Unterschied war jedoch nicht signifikant. Ob eine größere DC zu einer größeren MLS-Reduktion führt, bleibt unbekannt. Anstelle der Messung des extrakraniellen Vorwölbungsvolumens könnte unser geometrisches Modell des TCH eine genauere Schätzung des dekompressiven Effekts liefern.

Missori et al. werteten präoperative und frühe postoperative CT-Bilder von 73 Patienten mit unilateraler DC aus. Die frühe postoperative MLS wurde an Bildern gemessen, die innerhalb von 3 postoperativen Tagen gewonnen wurden. Die Gründe für die DC waren hämorrhagische oder ischämische Schlaganfälle in 48 Fällen, ein Schädel-Hirn-Trauma in 22 Fällen und eine Infektion in 3 Fällen. Der einzige Faktor, der mit dem Überleben 12 Monate nach der Operation assoziiert war, war eine reduzierte postoperative MLS am SP von einem präoperativen Durchschnitt von 9,2 ± 3,8 mm auf 2,3 ± 2,7 mm bei 42 überlebenden Patienten. Andererseits reduzierte sich die MLS bei 31 verstorbenen Patienten weniger effektiv von 11,5 ± 4,8 mm auf 4,7 ± 4,8 mm. Die Autoren entfernten relativ kleine Knochendeckel mit einer Fläche von 7643 mm2 bei den überlebenden Patienten und 7372 mm2 bei den verstorbenen Patienten. Sie schlugen vor, dass einigen Patienten ein größerer DC hätte eingesetzt werden sollen, um die Überlebenswahrscheinlichkeit zu erhöhen, wahrscheinlich durch eine weitere Senkung des ICP und eine Reduzierung der MLS. Um die prä- und intraoperative Entscheidungsfindung zu erleichtern, bietet unsere Formel eine einfache Methode zur Schätzung des Volumens des vorgeschlagenen Knochenlappens, d. h. des dekompressiven Aufwands.

Neben dem DC wurde die MLS auch als neuroanatomischer Prädiktor für das Aufwachen bei akut komatösen Patienten verwendet. Kowalski et al. führten eine prospektive Beobachtungsstudie durch, in die alle neu auftretenden Komapatienten einbezogen wurden, die über einen Zeitraum von 12 aufeinanderfolgenden Monaten in die neurowissenschaftliche Intensivstation aufgenommen wurden. Die CT-Scans wurden unabhängig voneinander zu Beginn des Komas, nach dem Aufwachen und bei der Nachuntersuchung analysiert. Die MLS wurde an der SP und der Zirbeldrüse gemessen. Das Durchschnittsalter der 85 untersuchten Patienten betrug 58 ± 16 Jahre, 51 % waren weiblich, und bei 78 % lag eine zerebrovaskuläre Ätiologie des Komas vor. Die Autoren beschrieben nicht, wie sie diese Patienten behandelten, weder medizinisch noch chirurgisch. Insgesamt 43 Patienten wachten auf. Bei der CT-Untersuchung zu Beginn des Komas war das Ausmaß des MLS der Zirbeldrüse bei den Patienten, die erwachten, weniger ausgeprägt. Die Zeit, die zwischen dem CT zu Beginn des Komas und dem Nachfolge-CT verstrich, war bei den Patienten, die erwachten (Median 4 Tage), ähnlich wie bei denen, die nicht erwachten (Median 3 Tage). Bei der Nachfolge-CT war eine MLS von weniger als 6 mm im SP und in der Zirbeldrüse mit dem Auftreten des Komas verbunden. Die Umkehrung oder Einschränkung der lateralen Hirnverschiebung ist mit dem akuten Aufwachen komatöser Patienten verbunden. Die Autoren schlugen vor, dass die MLS ein objektiver Parameter für die Prognose und Behandlung dieser Patienten sein kann. Zusätzliche unabhängige Prädiktoren für das Aufwachen waren ein jüngeres Alter, ein höherer GCS-Wert bei Komaeintritt und eine nicht traumatische Koma-Ätiologie.

4.2. Entwicklung neuer bildgebender Merkmale des Masseneffekts

Aus Studien über Schädel-Hirn-Traumata abgeleitet, sind die perimesencephale zisternale Kompression und MLS bildgebende Merkmale, die den Masseneffekt darstellen. Definitionsgemäß ist der Masseneffekt, der von sich aus einen erhöhten ICP und eine beeinträchtigte zerebrale Perfusion verursacht, sekundär zu einer intrakraniellen Masse wie EDH oder SDH. Eine solche „sekundäre Schädigung“ unterscheidet sich pathophysiologisch von der durch die intrakranielle Masse verursachten Schädigung, der „primären Schädigung“. Daher werden Merkmale einer intrakraniellen Masse, wie z. B. ihr Volumen oder ihre Dicke, und die der Massenwirkung als unterschiedliche Variablen behandelt, die sich unabhängig voneinander auf das Patientenergebnis auswirken und in einer Leitlinie als separate Punkte aufgeführt werden. Mizutani et al. führten eine multiple Regressionsanalyse durch, um die Beziehung zwischen dem anfänglichen Hirndruck und den Ergebnissen der ersten CT-Untersuchung bei 100 konsekutiven Patienten mit mittelschwerer bis schwerer Schädel-Hirn-Trauma zu untersuchen. Sie waren in der Lage, den ICP bei 80 % der Patienten zu schätzen. Zu den CT-Merkmalen, die zur Schätzung des ICP beitrugen, gehören – in der Reihenfolge ihrer Bedeutung – die zisterale Kompression, die Größe des SDH, die Ventrikelgröße, der Status des SAH, der Status der Hirnkontusion, die MLS und der Ventrikelindex. Diese Variablen können in solche, die eine primäre Verletzung darstellen, und solche, die eine sekundäre Verletzung darstellen, eingeteilt werden.

Quattrocchi et al. fanden jedoch eine Wechselwirkung zwischen Hämatomgröße und MLS. Unter Berücksichtigung des Patientenergebnisses und der Sterblichkeitsraten deutete ihre Studie darauf hin, dass eine MLS, die in keinem Verhältnis zur Dicke der intrakraniellen Blutung steht, gemessen radial von der inneren Schädeldecke, ein äußerst nützlicher Prädiktor für ein schlechtes Patientenergebnis nach einem Schädelhirntrauma war. Eine ähnliche Wechselwirkung wurde von Bartels et al. wiederentdeckt. Sie fanden heraus, dass die MLS im Verhältnis zur SDH-Dicke die Mortalität vorhersagte. Insgesamt wurden 59 Patienten eingeschlossen, die sich einer SDH-Evakuierung und einer Intensivbehandlung wegen eines erhöhten Hirndrucks unterzogen, von denen 29 starben. Sie fanden eine starke Korrelation zwischen einer MLS, die die Hämatomdicke um 3 mm oder mehr überstieg, und der nachfolgenden Sterblichkeit. Bei diesen 8 Patienten führte das Trauma offenbar zu mehr Schäden als nur zu einer akuten SDH. Ähnlich wie bei großen MCA-Infarkten führt diese zusätzliche Schädigung zu einer Schwellung des Gehirns, die die MLS verschlimmert. Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass die Beziehung zwischen MLS und Hämatomdicke als separater Faktor in die Ergebnisvorhersage einbezogen werden könnte.

Da die MLS am SP gemessen wird, wird sie sicherlich durch Veränderungen der Ventrikelformen und -größen beeinflusst. Toth et al. führten eine retrospektive Untersuchung an 76 Erwachsenen mit schwerem stumpfen Schädelhirntrauma durch, die eine Ventrikulostomie erforderten. Sie quantifizierten das Volumen des linken und rechten Seitenventrikels durch computergestützte manuelle Volumenmessungen. Sechzig Patienten hatten auf dem ersten CT-Scan keine oder eine kleine (weniger als 5 mm) MLS. Von diesen entwickelten 15 Patienten später MLS von mehr als 5 mm. Es zeigte sich, dass ein Verhältnis der lateralen Ventrikelgröße (LVR) von mehr als 1,67 eine spätere große MLS mit einer Sensitivität von 73,3 % und einer Spezifität von 73,3 % vorhersagt. Sie kamen zu dem Schluss, dass die LVR-Analyse einfach und schnell durchführbar ist und frühere Eingriffe zur Abschwächung späterer MLS ermöglichen könnte. Ob eine Ventrikulostomie ihre Messung verändern würde, wurde nicht diskutiert.

5. Schlussfolgerungen und zukünftige Richtungen

Die Mittellinienverschiebung ist ein bewährtes zusammengesetztes bildgebendes Zeichen, das mit CT, MRT und US gemessen werden kann. Die Standardisierung der MLS-Messung erleichtert die Kommunikation und den Vergleich zwischen verschiedenen Gutachtern und ermöglicht eine weitere Automatisierung. Wir haben den aktuellen Stand der Technik bei der MLS-Messung und ihre Beziehung zu anderen klinischen und bildgebenden Parametern zusammengefasst. Merkmale, Grenzen und Validierung automatisierter Algorithmen, die bei der MLS-Messung helfen, wurden überprüft. Wir haben auch neue Bildgebungsparameter oder deren Kombinationen hervorgehoben, die zu einem besseren Verständnis der Hirnverschiebung und -deformation sowie ihrer klinischen Auswirkungen führen können. Neben der Verfeinerung der derzeitigen Praxis der MLS-Messung auf axialen CT-, MRT- und US-Bildern wird die Auswertung der MLS auf koronalen Schnitten oder dreidimensionalen Volumina weitere Informationen liefern, die zur Optimierung der medizinischen oder chirurgischen Behandlung von intrakraniellen Massen und deren Masseneffekt verwendet werden können.

Interessenkonflikte

Die Autoren erklären, dass es keine Interessenkonflikte im Zusammenhang mit der Veröffentlichung dieser Arbeit gibt.

Dankeschön

Diese Arbeit wurde vom taiwanesischen Ministerium für Wissenschaft und Technologie (Grant 106-2314-B-002-082) unterstützt.