D11 Strukturelle Neurobildgebung (CT, MRT, DTI)

Thema

Hirngewebe erzeugt in der strukturellen Magnetresonanztomographie (MRT) je nach seinen physikalischen Eigenschaften unterschiedliche Kontraste: Die Zeit, die jedes Hirngewebe benötigt, um seine longitudinale Magnetisierung wiederherzustellen, und die Zeit, die für den Abfall seiner transversalen Magnetisierung benötigt wird, unterscheiden sich zwischen grauer Substanz, weißer Substanz und Liquor. Diese Unterschiede in beiden Zeiträumen ermöglichen es, diese drei Hirngewebetypen im Bild voneinander zu unterscheiden. Die Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI) erweitert dieses Prinzip des Gewebekontrasts, misst jedoch nicht Relaxationszeiten, sondern die anisotrope Diffusion von Wasser in der weißen Substanz. Anders ausgedrückt: Sie misst, wie leicht Wasser in bestimmten Richtungen in der weißen Substanz diffundiert. Diese anisotrope Diffusion wird durch einen Diffusions-Tensor charakterisiert, dessen Hauptdiffusionsrichtungen die Berechnung der fraktionellen Anisotropie der weißen Substanz ermöglichen – ein direktes Maß für die mikrostrukturelle Integrität der Axonbahnen, die durch diese weiße Substanz verlaufen. Je intakter die Axonbahnen sind, desto größer ist die in diesem Bereich der weißen Substanz gemessene fraktionelle Anisotropie, da Wasser entlang intakter Axone gerichteter diffundiert als entlang beschädigter Axone. Diese fraktionelle Anisotropie dient auch als quantitatives Maß für die Myelinisierung der Axone – dieselbe Menge Myelin, die bereits in einem anderen Modell dieses Katalogs zur Beschreibung der Myelinscheide verwendet wurde.

Neben der fraktionellen Anisotropie wird die anisotrope Diffusion von Wasser in der weißen Substanz auch durch die mittlere Diffusivität beschrieben. Diese quantifiziert das Ausmaß der Wasserdiffusion, ohne die Diffusionsrichtung zu berücksichtigen. Ausgehend von der Hauptdiffusionsrichtung an jedem Punkt im Gewebe der weißen Substanz rekonstruiert die Traktographie den vollständigen Verlauf der Axonbündel und integriert diese Hauptrichtung im gesamten Gewebe der weißen Substanz.

Neben der weißen Substanz ermöglicht die strukturelle Magnetresonanztomographie auch die volumetrische Segmentierung spezifischer Hirngewebestrukturen, wie beispielsweise des Hippocampus bei Alzheimer oder der Substantia nigra bei Parkinson. Diese volumetrische Segmentierung erlaubt die objektive Quantifizierung der Atrophie oder der strukturellen Schädigung dieser Hirngewebestrukturen. Zusammengenommen ermöglicht dasselbe Hirngewebe, das zunächst anhand seiner Relaxationszeiten differenziert und anschließend detaillierter durch diffusionsanisotrope Diffusion der weißen Substanz charakterisiert wird, letztendlich die objektive Quantifizierung der strukturellen Schäden bei den in anderen Modellen dieses Katalogs beschriebenen Pathologien durch volumetrische Segmentierung.

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