Sağlıklı Yetişkinlerde Beyin Sapı Hacminin Normatif Değerleri: 3B Segmentasyon Tekniği Çalışması

Öz

Amaç: Beyin sapı, omurilik ile beyin arasındaki bağlantıyı sağlayarak temel yaşam fonksiyonlarını yöneten kritik bir merkezdir. Alt bölümleri olan mesencephalon, pons ve medulla oblongata; motor, duyusal ve otonom sistem işlevlerinin düzenlenmesinde hayati roller üstlenmektedir. Bu yapıların morfolojik özellikleri, hem nörobilimselaraştırmalar hem de klinik tanı ve takip süreçleri açısından büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmanın amacı, sağlıklı bireylerde beyin sapı alt bölümlerinin hacimlerini karşılaştırarak normatif referans değerler oluşturmaktır. Materyal ve metod: Bu çalışmada, 18-65 yaş aralığında ve herhangi bir nörolojik patolojisi bulunmayan 191 sağlıklı bireyin (105 kadın, 86 erkek) manyetik rezonans görüntüleri retrospektif olarak değerlendirilmiştir. Mesencephalon, pons ve medulla oblongata hacimleri ITK-SNAP yazılımı aracılığıyla manuel segmentasyon yöntemiyle ölçülmüştür. Elde edilen hacimsel veriler, hem mutlak değerleriyle hem de toplam beyin sapı hacmi içindeki oranlarına göre analiz edilmiş ve normatif referans aralıkları belirlenmiştir. Bulgular: Yapılar arası hacimsel karşılaştırmalarda Friedman sıralama testi, mesencephalon, pons ve medulla oblongata hacimleri arasında istatistiksel olarak anlamlı farklar olduğunu ortaya koymuştur (p<,001). Post-hoc analizlerde pons hacminin, hem mesencephalon hem de medullaoblongata'ya göre anlamlı düzeyde daha büyük olduğu belirlenmiştir. Mann-Whitney U testi ile yapılan analizler, cinsiyetler arasında mesencephalon, pons ve medulla oblongata hacimleri açısından istatistiksel olarak anlamlı bir fark bulunmadığını göstermiştir (p>,05). Shapiro-Wilk testine göre, mesencephalon ve pons hacimleri normal dağılım göstermemiş, medulla oblongata hacimleri ise normal dağılım varsayımını karşılamıştır. Sonuç: Bu çalışma, sağlıklı bireylerde beyin sapı alt bölümlerine ait normatif hacim değerlerini ve referans aralıklarını ortaya koymuştur. Elde edilen veriler, beyin sapı yapılarındaki bireysel varyasyonların anlaşılması ve nörolojik hastalıkların erken tanı ve takip süreçlerinde karşılaştırmalı veri kaynağı olarak kullanılabilir. Ayrıca, toplam beyin sapı hacmi içindeki bölgesel oranların cinsiyete göre anlamlı farklılık göstermediği belirlenmiştir. Bu bulgular, nörogörüntüleme tabanlı klinik değerlendirmelerde başvuru verisi niteliğinde olup, temel bilim araştırmalarına da önemli katkılar sunmaktadır.

Anahtar Kelimeler

• Mesencephalon
• Pons
• Medulla oblongata
• ITK-SNAP

Normative Volumetric Values of the Brainstem in Healthy Adults: Study of 3D Segmentation Technique

Öz

Background: The brainstem is a critical center that connects the spinal cord with the brain and governs essential life functions. Its subdivisions-mesencephalon, pons, and medulla oblongata-play vital roles in regulating motor, sensory, and autonomic system functions. The morphological characteristics of these structures are of great importance for both neuroscientific research and clinical diagnostic and follow-up processes. The aim of this study is to compare the volumes of brainstem subregions in healthy individuals and to establish normative reference values. Materials and Methods: This retrospective study evaluated magnetic resonance images of 191 healthy individuals (105 females, 86 males) aged between 18 and 65 years, with no neurological disorders. The volumes of the mesencephalon, pons, and medulla oblongata were measured using manual segmentation via the ITK-SNAP software. The volumetric data obtained were analyzed both as absolute values and as proportions relative to the total brainstem volume, and normative reference ranges were determined. Results: The Friedman ranking test used for volumetric comparisons among the structures revealed statistically significant differences between the volumes of the mesencephalon, pons, and medulla oblongata (p<.001). Post hoc analyses indicated that the volume of the pons was significantly larger than that of both the mesencephalon and medulla oblongata. Analyses conducted using the Mann-Whitney U test showed no statistically significant differences between sexes in terms of mesencephalon, pons, and medulla oblongata volumes (p>.05). According to the Shapiro-Wilk test, the volumes of the mesencephalon and pons did not show normal distribution, whereas the medulla oblongata volume met the normality assumption. Conclusions: This study provides normative volumetric values and reference ranges for brainstem subregions in healthy individuals. The data obtained may serve as a comparative reference for understanding individual variation in brainstem anatomy and for aiding early diagnosis and monitoring of neurological disorders. Additionally, no significant sex-related differences were observed in the regional volume proportions within the total brainstem. These findings offer valuable reference data for neuroimaging-based clinical evaluations and make important contributions to basic science research.

Anahtar Kelimeler

• Mesencephalon
• Pons
• Medulla oblongata
• ITK-SNAP

Kaynakça

1. 1. Sciacca S, Lynch J, Davagnanam I, Barker R. Midbrain, pons, and medulla: Anatomy and syndromes. Radiographics. 2019;39(4):1110–25. doi: 10.1148/rg.2019180126.
2. 2. Shah A, Jhawar SS, Nunez M, Goel A, Goel A. Brainstem anatomy: A study on the basis of the pattern of fiber organization. World Neurosurg. 2020;134:826–46. doi: 10.1016/j.wneu.2019.11.016.
3. 3. Ngeles Fernández-Gil M, Palacios-Bote R, Leo-Barahona M, Mora-Encinas JP. Anatomy of the brainstem: A gaze into the stem of life. Semin Ultrasound CT MR. 2010;31(3):196–219. doi: 10.1053/j.sult.2010.03.006.
4. 4. Diek D, Smidt MP, Mesman S. Molecular organization and patterning of the medulla oblongata in health and disease. Int J Mol Sci. 2022;23(16):9260. doi: 10.3390/ijms23169260.
5. 5. Eskandari F, Shafieian M, Aghdam MM, Laksari K. The importance of axonal directions in the brainstem injury during neurosurgical interventions. Injury. 2021;52(6):1271-6. doi: 10.1016/j.injury.2020.10.055.
6. 6. Ulay HT, Ertuğrul A. Otizmde beyin görüntüleme bulguları: Bir gözden geçirme. Turk Psikiyatri Derg. 2019;20(2):164-74.
7. 7. Onat Ş: Down Sendromlu Çocuklarda Beyindeki Hacim Değişikliklerinin MRI Yöntemiyle İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Tokat: Tokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi Sağlık Bilimleri Enstitüsü, 2019.
8. 8. Acer N, Ertekin T, Küçük A, Babaoğlu C, Çamurdaoğlu M. 20-25 yaş arası sağlıklı gençlerde gri ve beyaz cevher hacimlerinin incelenmesi: Planimetrik çalışma. KTD. 2008;9(2):45-51.

9. 9. Işıklar S, Özkaya G, Özdemir S, Özpar R. Pediatrik yaş grubundaki normal ve atrofik beyinlerde global beyin atrofi indeksinin kranial mr görüntüleri ile değerlendirilmesi: Retrospektif MRG çalışması. Uludağ Üniversitesi Tıp Fakültesi Dergisi. 2023;49(2), 255-261. doi: 10.32708/uutfd.1339328.
10. 10. Elhussein N, Alkhathami AHA, Ayad CE. Norms for brain stem: A morphometric MRI based study. IOSR J Dent Med Sci. 2017;16(6):74–79. doi:10.9790/0853-1606047479.
11. 11. Debnath J, Sharma V, Patrikar S, Krishna S, Shijith KP, Keshav RR. Normal measurements of brainstem and related structures for all ages: An MRI-based morphometric study. Med J Armed Forces India. 2023;79(4):428- 438. doi:10.1016/j.mjafi.2022.06.002.
12. 12. Metwally MI, Basha MAA, AbdelHamid GA, Nada MG, Ali RR, Frere RAF, et al. Neuroanatomical MRI study: reference values for the measurements of brainstem, cerebellar vermis, and peduncles. Br J Radiol. 2021;94(1120):20201353. doi: 10.1259/bjr.20201353.