Clinical high-resolution imaging of the inner ear by using magnetic resonance imaging (MRI) and cone beam computed tomography (CBCT)

Šantek, Tomislav; Blume, Christian; Prescher, Andreas

doi:44210

Clinical high-resolution imaging of the inner ear by using magnetic resonance imaging (MRI) and cone beam computed tomography (CBCT)

Šantek, Tomislav^RWTH*

2025

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Tomislav Šantek

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2025

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Prescher, Andreas (Thesis advisor)^RWTH* ; Blume, Christian (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-03-10

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-04548
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1011114/files/1011114.pdf

Einrichtungen

Institut und Lehrstuhl für Molekulare und Zelluläre Anatomie (511001-4 ; 921110)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Die Darstellung der komplexen Morphologie des Innenohrs hat durch Fortschritte in der Magnetresonanztomographie (MRT) erheblich zugenommen. Die Interpretation der Bildgebungsbefunde wird in der klinischen Praxis allerdings durch das begrenzte Wissen über anatomische Details sowie durch Artefakte erschwert. Artikel zu diesem Thema sind sowohl in Fachzeitschriften als auch in Nachschlagewerken selten zu finden. Dies motivierte uns zu einem direkten Vergleich von hochauflösender MRT und digitaler Volumentomographie (DVT) mit dem anatomischen Großflächenschnitt als Referenz. Das Ziel, die Anatomie eines menschlichen Innenohrs unter Verwendung moderner hochauflösender MRT und DVT, die im klinischen Alltag verfügbar sind und das Schläfenbein in maximaler Auflösung darstellen, zu vergleichen. Dabei sollte auch geklärt werden ob es sich bei regelmäßig beobachteten Strukturen im MRT um tatsächliche anatomische Strukturen oder um für die Bildgebung typische Artefakte handelt. Material und Methoden: Ein frisches menschliches anatomisches Präparat wurde auf einen klinischen 3-Tesla MRT Scanner unter Verwendung einer speziellen Oberflächenspule untersucht. Anschließend wurde dasselbe Präparat mittels DVT untersucht. Für beide Bildgebungsmodalitäten wurden hochauflösende 3D-Datensätze generiert, die eine multidimensionale Darstellung ermöglichten. Im zweiten Schritt wurden anatomische Großflächenschnitte des Präparats geschnitten und gefärbt. Dies ermöglichte einen direkten Vergleich der Bildgebung mit der Anatomie. Ergebnisse: Die klinische MRT konnte die Innenohranatomie mit bemerkenswerter Präzision darstellen. Stark T2-gewichtete Bildgebungsprotokolle eignen sich hervorragend zur Darstellung von flüssigkeitsgefüllten Strukturen des Innenohrs. Die Makulaorgane, die Cristae ampullares und der Aqueductus cochlae waren deutlich zu erkennen. Trunkationsartefakte werden häufig mit der feinen Membran verwechselt, die das endolymphatische vom perilymphatischen Kompartiment trennt. Eine direkte Darstellung dieser Grenzlinie war jedoch nicht möglich. Schlussfolgerung: Bei der Darstellung der Außenkonturen des Innenohrs sind sowohl die CBCT als auch die MRT vergleichbar. Die MRT ist in der Visualisierung der Innenstrukturen des membranösen Labyrinths klar überlegen. Trunkationsartefakte in der MRT müssen von echten anatomischen Strukturen unterschieden werden. Eine Unterscheidung zwischen endolymphatischem und perilymphatischem Kompartiment war mit keiner der beiden Bildgebungsmodalitäten möglich und erfordert fortschrittliche Bildgebungstechniken. Zusammenfassend bieten zeitgenössische klinische Schnittbildgebungstechniken wertvolle Einblicke in die feinen anatomischen Details des Innenohrs. Unsere Ergebnisse bieten eine Grundlage für die weitere Verfeinerung der Bildanalyse und die Verbesserung der diagnostischen Genauigkeit in klinischen Settings.

Imaging of the delicate inner ear morphology has become more and more precise owing to the rapid progress in magnetic resonance imaging (MRI). However, in clinical practice, the interpretation of imaging findings is hampered by a limited knowledge of anatomical details which are frequently obscured by artifacts. Corresponding review articles are as rare in journals as they are in reference books. This shortness prompted us to perform a direct comparison of imaging with anatomical whole-mount sections as a reference. It was the intention of this paper to compare the microscopic anatomy of a human inner ear as shown on anatomical whole-mount sections with high-resolution MRI and cone beam computed tomography (CBCT). Both are available in clinical routine and depict the structures with maximum spatial resolution. It was also a goal of this work to clarify if structures that were observed on MRI in a regular manner correlate with factual inner ear anatomy or correspond with artifacts typical for imaging. Methods: A fresh human anatomical specimen was examined on a clinical 3-Tesla MRI scanner using a dedicated surface coil. The same specimen was then studied with CBCT. In each imaging modality, high-resolution 3D data sets which enabled multiplanar reformatting were created. In the second step, anatomical whole-mount sections of the specimen were cut and stained. This process enabled a direct comparison of imaging with anatomical conditions. Results: Clinical MRI was able to depict the inner ear with remarkable anatomical precision. Strongly T2-weighted imaging protocols are exquisitely capable of showing the fluid-filled components of the inner ear. The macular organs, ampullary crests and cochlear aqueduct were clearly visible. Truncation artifacts are prone to be confused with the delicate membrane separating the endolymphatic from the perilymphatic compartment. However, it was not possible to directly depict this borderline. Conclusions: In defining the outlines of the inner ear, CBCT and MRI were equivalent. MRI was clearly superior in depicting internal elements of the membranous labyrinth. However, the thin, membranous confines of the endolymphatic sac remained invisible. Truncation artifacts on MRI have to be distinguished from true anatomical structures. A discrimination of endolymphatic vs. perilymphatic compartment was not possible with either of the two imaging modalities and calls for different advanced imaging techniques. In conclusion, contemporary clinical cross-sectional imaging is capable of depicting delicate anatomical details of the inner ear. Our results could therefore serve as a reference for image analysis.

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