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Institut für Neurowissenschaften und Medizin
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Nicht-Gaußsche-Diffusion vom Wasser in Hirngewebe

Die Abschwächung des Wasser-NMR-Signals durch molekulare Diffusion im Hirngewebe birgt wertvolle Informationen zur Früherkennung von Schlaganfällen und zur Diagnose von verschiedenen neurologischen Erkrankungen wie Multipler Sklerose oder Alzheimer. Der Kontrast in diffusionsgewichteten Bildgebungssequenzen (DWI) oder in Diffusionstensorbildgebung (DTI) basiert generell auf der Sensitivität der molekularen Bewegung gegenüber lokaler Geometrie und physiologischer Umgebung. Insbesondere die Lagebestimmung von Nervensträngen in der weißen Substanz durch die Messung anisotroper Wasserdiffusion in geordneten axonalen Strukturen ist ein bemerkenswerter Erfolg. Konventionelle Methoden basieren jedoch auf der vereinfachten Gaußschen Diffusion, wie in nicht eingeschränkten, isotropen Flüssigkeiten. Diese Methoden ziehen dadurch nur die gemittelten Charakteristiken der molekularen Bewegung im Bezug auf die kleinen b-Werte (der experimentelle Parameter, der den Grad der Diffusionsgewichtung in einem Bild regelt) in Betracht. Zugleich weisen detailliertere Experimente darauf hin, dass im Hirngewebe wesentliche Abweichungen von der Gaußschen Diffusion zu messen sind (Grinberg et al., Neuroimage, 2011). Diese Abweichungen treten mit höheren b-Werten verstärkt auf. Das Ziel dieses Projektes ist es, ein effizientes Werkzeug zur Untersuchung von nicht-Gaußscher-Diffusion im Hirngewebe zu entwickeln. Eine solche Analyse erlaubt es, Informationen über Diffusionsmechanismen und der zugrunde liegenden Mikrostruktur zu erweitern. Das entwickelte Werkzeug bietet eine Vielzahl von neuen Biomarkern, welche den Kontrast zwischen dem gesunden und krankhaften Gewebe (siehe ein Beispiel für einen Schlaganfall in Abbildung unten; Grinberg et al., NMR Biomed 2012; Grinberg et al., PlosOne, 2014) deutlich verbessern. In diesem Projekt werden diese quantitativen Biomarker in Bezug auf ihre Einsatzmöglichkeiten bei der Analyse der verschiedenen Reifungs- und pathologischen Veränderungen der Hirnmikrostruktur untersucht.

Non-Gaussian Water Diffusion in Brain Tissue

Zusatzinformationen

Ansprechpartner

Prof. Dr. N. J. Shah (Teamleiter)

Priv.-Doz. Dr. Grinberg


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