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Institut für Neurowissenschaften und Medizin
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Simulationen des Hochfeld-BOLD-Signals

Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI) ist ein beliebtes Werkzeug, um Gehirnaktivität nicht invasiv zu messen. Die meisten fMRT-Studien verwenden das BOLD-(blood oxygenation level dependent) MR-Signal. Die physiologische Entstehung des BOLD-Signals, welches unter anderem vom cerebralen Blutvolumen (CBV), vom cerebralen Blutfluß (CBF) und des cerebralen Sauerstoffverbrauch (CMRO2) abhängt, ist noch immer nicht vollständig bekannt und stellt ein aktives Forschungsfeld dar. Das Ziel dieses Projekts ist, die Simulation des BOLD-Signals mit Hilfe des MR-Simulators JEMRIS zu ermöglichen. Mit Hilfe eines Monte-Carlo-Ansatzes wird, ausgehend von einem vorgegebenen Blutvolumen und eines vorgegebenen Sauerstoffgehalts im Blut, eine zufällige mikrovaskulare Struktur erstellt (siehe Abb. 1). Wie bereits von Ogawa et al. (1993) vorgeschlagen, werden die Blutgefäße durch unendliche Zylinder modelliert. Einzelne Spins diffundieren innerhalb dieser mikrovaskulären Struktur. Da das Magnetfeld durch die Blutgefäße verzerrt wird, erfahren die Spins entlang des Diffusionspfades unterschiedlich starke Magnetfelder. Diese Information wird bei der Berechnung des MR-Signals mit Hilfe des numerischen Differenzialgleichungslöser CVODE berücksichtigt. Auf diese Weise kann das BOLD-Signal sowohl in Abhängigkeit der Sequenz Parameter, als auch in Abhängigkeit der physiologischen Größen (Blutvolumen und Blutoxygenierung) simuliert werden.

Simulationen des Hochfeld-BOLD-SignalsEine typische zufällig generierte mikrovaskulare Struktur. Rot: Arteriolen (r=8μm) Magenta: Kapillaren (r=2.5μm) Blau: Venolen (r=8μm)

Zusatzinformationen

Ansprechpartner

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



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