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Institut für Neurowissenschaften und Medizin
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Deformationsbasierte Morphometrie des menschlichen Gehirns

Deformationsbasierte Morphometrie ist ein Verfahren für die Erfassung und Messung struktureller Unterschiede zwischen individuellen Gehirnen. Das Verfahren beruht auf der Analyse von mittels Magnetresonanz-Tomographie (MRT) erstellten Bildern des menschlichen Gehirns und erlaubt durch Bildregistrierungs-Techniken die Berechnung von sogenannten Deformationsfeldern. Mittels dieser Deformationsfelder wiederum können lokale Volumenunterschiede zwischen verschiedenen Gehirnen berechnet werden.
Die folgende Abbildung zeigt das Volumen einer bestimmten Region im Thalamus: Auch bei gesunden Probanden ist über den Altersbereich von 20 bis 50 Jahre eine deutliche Abnahme des Volumens dieser Region erkennbar. Die verschiedenen Symbole unterscheiden das Volumen der betrachteten Region in der linken und rechten Hirnhälfte (Raute=links, Quadrat=rechts).

Thalamus, Ncl. ventralis anterior


Neben diesem „normalen“ Volumenrückgang im menschlichen Gehirn im Verlauf der Alterung können Volumenunterschiede oder –veränderungen aber auch Hinweise geben auf pathologische Ursachen: Dies können zum Beispiel Entwicklungsstörungen sein, aber auch neurodegenerative Erkrankungen, wie die Alzheimer- oder Parkinson-Erkrankung, bei denen fortschreitend Nervenzellen im Gehirn absterben. Solche Veränderungen können insbesondere mittels longitudinaler Deformationsbasierter Morphometrie sichtbar gemacht werden. Zu diesem Zweck werden von jedem Patienten seriell im Abstand mehrerer Monate MR-Aufnahmen erstellt. Die Nachfolge- bzw. „follow-up“-Aufnahmen werden dann mit der initialen Aufnahme registriert, um die zwischen den jeweiligen Zeitpunkten aufgetretenen atrophischen Veränderungen festzustellen.
Im folgenden Beispiel sind die Deformationsvektoren und die Volumenänderungen dargestellt, die im Gehirn eines Patienten, welcher an kortiko-basaler Degenration litt, nach 16 bzw. 26 Monaten aufgetreten waren. Zu beachten ist, dass zur besseren Visualisierung die Deformationsvektoren um den Faktor 4 verlängert dargestellt sind.

DFM_5

Die hierbei auftretenden strukturellen Veränderungen des Gehirns sind zusätzlich in der folgenden Filmsequenz dargestellt: cbd_movie. Hier sind zusätzlich die tatsächlich auftretenden Veränderungen des Gehirns gezeigt.


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