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Medizin_Gehirn (Fach) / mrt_6_vxlbst_mpmtr_dti_LklstnG (Lektion)
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- Klassische Morphometrie - was wird getan? manuelle Bestimmung einer „Region of Interest“, beispielswese des anterioren cingulären Cortex
- Klassische Morphometrie - wie wird die region of interest bestimmt? manuelle Bestimmung einer „Region of Interest“, beispielsweise des anteriorencingulären Cortex Orientierung an Landmarken Ausmessen der Region mehr al ein Vermesser/Beurteiler/Rater
- Klassische Morphometrie - mehr als ein Vermesser/Rater/Beurteiler -- was ist zu beachten? Naivität gegenüber dem Untersuchungsgegenstand und der untersuchten Person InterRater-Reliabilität sollte größer .85 sein anfällig für Fehler und subjektive Einschätzungen
- Klassische Morphometrie -- Probleme anfällig für Fehler und subjektive Einschätzungen
- Voxelbasierte Morphometrie - wozu? Vergleich der Hirnsubstanz zwischen Probanden/Patienten auf der Basis hochauflösender MR-Bilder
- Voxelbasierte Morphometrie - was muss immer zuerst durchgeführt werden? Was ist dabei zu beachten? Normalisierung - keine zu hohe räumliche Auflösung, da ansonsten anatomische Unterschiede zwischen den Probanden verwischt werden
- Voxelbasierte Morphometrie - was passiert nach der Normalisierung? Segmentierung des Gehirns in graue und weiße Substanz und Zerebrospinalflüssigkeit
- Voxelbasierte Morphometrie - was passiert nach Normalisierung u Segmentierung des Gehirns? „smoothing“ – räumliche Glättung der Grauwerte – Berücksichtigung benachbarter Voxel für die Ermittlung des Werts jedes einzelnen Voxels, Radius 6 – 12 mm
- Smoothing - Überpunkt u was passiert da? Voxelbasierte Morphometrie „smoothing“ – räumliche Glättung der Grauwerte – Berücksichtigung benachbarter Voxel für die Ermittlung des Werts jedes einzelnen Voxels, Radius 6 – 12 mm Grauwerte spiegeln Neuronendichte wider
- Voxelbasierte Morphometrie - letzter Schritt: statistischer Vergleich der Grauwerte in jedem Voxel zwischen Gruppen und/oder Korrelation der Neuronendichte mit Verhaltensdaten auch geeignet, um strukturelle Plastizität zu untersuchen
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- Voxelbasierte Morphometrie -- einzelne Schritte Schema ORIGINAL T1 -> Lineartransformation = NORMALISIERTES T1 -> Segmentierung = SEGMENTIERTES T1 -> Glättung (Smoothing) = GEGLÄTTETES T1 -> STATISTICAL PARAMETRIC MAP
- Voxelbasierte Morphometrie - Beispielstudie 1 -- was wurde gmacht? Vergleich Patientinnen und Kontrollpersonen Untersuchung von strukturellen Veränderungen im Gehirn von Patientinnen mit Anorexia Nervosa
- Voxelbasierte Morphometrie - Beispielstudie 1 -- Hypothesen Untersuchung von strukturellen Veränderungen im Gehirn von Patientinnen mit Anorexia Nervosa Hypothesen: strukturelle und funktionelle Veränderungen in der „Extrastriate Body Area“ (EBA), einem Areal im lateralen Okzipitalkortex, als Grundlage veränderter Verarbeitung von Körper-Stimuli
- Wo liegt das EBA? wozu dient es? „Extrastriate Body Area“ (EBA), ein Areal im lateralen Okzipitalkortex, Areal wird typischerweise aktiviert, wenn man Pbnd Bilder von Körpern zeigt Es wird postuliert, dass dieses Areal bei der Verrbeitung von Körperstimuli beteiligt ist
- Voxelbasierte Morphometrie - Beispielstudie 1 -- welche Untersuchungen? 1. strukturelle und funktionelle MRT-Messungen bei 15 Patientinnen mit Anorexia Nervosa und 15 Kontrollpersonen T1-gewichtete strukturelle Bilder, 1.5 T, TR=1900 ms, TE=3.9 ms, 112 Schichten, 0.5 x 0.5 x 1.25 mm Auflösung 2. „Contour Drawing Rating Scale“ - Selbsteinschätzung: Vergleich von Körperkonturen mit der eigenen vs Fremdeinschätzung: Vergleich von Körperkonturen durch externe Person
- voxelbasierte Morphometrie - Beispielstudie 1 - -- mrt-Bild: Überlappungsbild von Aktivierung und strukturellen Veränderungen In weiß sind die Areale gezeigt, in denen die AN-Patientinnen eine signifikant reduzierte Dichte der grauen Substanz aufwiesen
- basierte Morphometrie - Beispielstudie 1 - -- Ergebniss (Takehomemessage) reduzierte Dichte der grauen Substanz in der EBA bei Patientinnen mit AN
- voxelbasierte Morphometrie - Beispielstudie 2 – was wurde gemacht? Korrelation Hirnstruktur - Verhaltensdaten Neuronale Korrelate der Aufmerksamkeitskontrolle bei neurodegenerativen Erkrankungen
- voxelbasierte Morphometrie - Beispielstudie 2 -- wer wurde untersucht? 65 Patienten mit verschiedenen neurodegenerativen Erkrankungen: Alzheimer Demenz, „Mild Cognitive Impairment“, frontotemporale Demenz und andere
- voxelbasierte Morphometrie - Beispielstudie 2 -- welche Untersuchungen? T1-gewichtete MR-Bilder, 1.5 T, 1.0 x 1.0 x 1.5 mm Auflösung, TR = 10 ms??? (mussein Fehler sein), TE = 4 ms „Flanker Task“: Reaktionsauswahl - rechte oder linke Taste als Reaktion auf mittleren Pfeil kongruente oder inkongruente „Flanker“
- voxelbasierte Morphometrie - Beispielstudie 2 -- Auswertung/Ergebnisse VBM und Reaktionsgenauigkeit und VBM und Reaktionsschnelligkeit Korrelation grauer Substanz mit Reaktionsgenauigkeit: Anzahl korrekter Reaktionen im linken anterioren cingulären Cortex, linken dorsolateralen präfrontalen Cortex, bilateralen orbitofrontalen Cortex Reaktionsschnelligkeit: Reaktionszeiten am rechten temporoparietalen Übergang, sowie im rechten ventro- und dorsolateralen präfrontalen Kortex
- Unterschiedliche Zielsetzungen bei VBM-Studien Vergleich Patienten vs. Kontrollen zur Erfassung struktureller Veränderungen im Gehirn, die mit einem Krankheitsbild assoziiert sind – möglichst „typische“ Patienten bzw. homogene (Sub-)gruppen Korrelation zwischen Neuronendichte in bestimmten Arealen und Verhalten – Patientengruppe mit genügend Varianz
- VBM: Vergleich Patienten vs. Kontrollen zur Erfassung struktureller Veränderungen im Gehirn, die mit einem Krankheitsbild assoziiert sind. Benötigt: möglichst „typische“ Patienten bzw. homogene (Sub-)gruppen
- VBM: Korrelation zwischen Neuronendichte in bestimmten Arealen und Verhalten -- Benötigt: Patientengruppe mit genügend Varianz
- DTI Diffusion Tensor Imaging / Diffusionstomographie
- DTI ermöglicht.... ...die Messung der Richtung von Axonbündeln in der weißen Hirnsubstanz bei Patienten und Gesunden
- DTI - Grundlage... ...ist die Diffusion von Wassermolekülen
- Diffusion: Grundlage der DTI natürlich ablaufender Vorgang, beschreibt den Transport von Substanzen (z.B. Wassermolekülen) von A nach B basiert auf der thermischen Zufallsbewegung der Teilchen und führt zum Konzentrationsausgleich
- Diffusion - gemessen durch... gemessen durch Diffusionsrate D (mm 2 /s)
- DTI - Diffusion von Wasser... Zellmembranen... Diffusion von Wasser in biologischem Gewebe verläuft innerhalb und außerhalb von Zellen, um Zellen herum und durch sie hindurch Zellmembranen behindern jedoch die Diffusion, Zelltod erleichtert sie
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- DTI - gleichmäßige Diffusion.... ungleichmäßige Diffusion... gleichmäßige Diffusion in alle Richtungen wird isotrop genannt, ungleichmäßige Diffusion wird somit als anisotrop bezeichnet
- DTI: Wassermoluküle diffundieren.... Axone verlaufen... Hauptdiffusionsrichtung von Wassermolekülen ist ... Wassermoluküle diffundieren leichter entlang eines Axonbündels als quer dazu, weildie Myelinhüllen, die die meisten Axone umgeben, Querbewegungen verhindern Axone verlaufen „geordnet“, d.h. in eine bestimmte Richtung, und parallel zueinander, --> ähnliche Diffusons-Effekte für alle Spins in einem Voxel Hauptdiffusionsrichtung von Wassermolekülen ist also ein guter Indikator für dieRichtung von Axonbündeln --> Visualisierung anatomischer Faserverbindungen
- DTI - Was ist ein guter Indikator für die Richtung von Axonbündeln? Hauptdiffusionsrichtung von Wassermolekülen
- Warum ist die Hauptdiffusionsrichtung von Wassermolekülen ein guter Indikator für die Richtung von Axonbündeln? Wassermoluküle diffundieren leichter entlang eines Axonbündels als quer dazu, weil die Myelinhüllen, die die meisten Axone umgeben, Querbewegungen verhindern Axone verlaufen „geordnet“, d.h. in eine bestimmte Richtung, und parallel zueinander ähnliche Diffusons-Effekte für alle Spins in einem Voxel
- DTI - Was bedeutet, die Axone verlaufen geordnet? d.h. in eine bestimmte Richtung, und parallel zueinander
- DTI - ähnliche Diffusons-Effekte für... ...alle Spins in einem Voxel