www.wikidata.de-de.nina.az
Die Diffusionsgewichtete Magnetresonanztomografie abgekurzt DW MRI von englisch diffusion weighted magnetic resonance imaging ist ein bildgebendes Verfahren das mit Hilfe der Magnetresonanztomografie MRT die Diffusionsbewegung von Wassermolekulen in Korpergewebe misst und raumlich aufgelost darstellt Sie wird zur Untersuchung des Gehirns eingesetzt da sich das Diffusionsverhalten im Gewebe bei einigen Erkrankungen des zentralen Nervensystems charakteristisch verandert und die Richtungsabhangigkeit der Diffusion Ruckschlusse auf den Verlauf der grossen Nervenfaserbundel erlaubt Wie die klassische MRT ist die diffusionsgewichtete Bildgebung nichtinvasiv Da der Bildkontrast allein mittels magnetischer Feldgradienten erzielt wird erfordert sie weder eine Injektion von Kontrastmitteln noch den Einsatz von ionisierender Strahlung Die Diffusions Tensor Bildgebung abgekurzt DTI von englisch diffusion tensor imaging oder DT MRI von diffusion tensor magnetic resonance imaging ist eine haufig eingesetzte Variante der DW MRI die auch die Richtungsabhangigkeit der Diffusion erfasst Pro Volumenelement Voxel bestimmt sie nicht nur einen einzelnen Zahlenwert der im Schnittbild als Grauwert dargestellt werden kann sondern berechnet einen Tensor konkret eine 3 3 Matrix der das dreidimensionale Diffusionsverhalten beschreibt Derartige Messungen sind zeitaufwandiger als herkommliche MRT Aufnahmen und erzeugen grossere Datenmengen die der Radiologe erst durch den Einsatz verschiedener Visualisierungs Techniken interpretieren kann Die Diffusions Bildgebung entstand in den 1980er Jahren Inzwischen wird sie von allen neuen MRT Geraten unterstutzt und hat sich im klinischen Alltag zur Hirninfarkt Diagnose etabliert da die betroffenen Hirnregionen in diffusionsgewichteten Bildern fruher zu erkennen sind als in der klassischen MRT Die Diffusions Tensor Bildgebung wurde Mitte der 1990er Jahre von Peter J Basser und Denis Le Bihan entwickelt Einige Kliniken setzen sie zur Operations und Bestrahlungs Planung ein Daruber hinaus wird die DT MRI in der medizinischen Forschung zur Erforschung von Krankheiten die mit Veranderungen der weissen Substanz einhergehen wie etwa Morbus Alzheimer oder Multiple Sklerose genutzt Auch die Weiterentwicklung der diffusionsgewichteten Bildgebung selbst ist aktueller Forschungsgegenstand etwa im Rahmen des Human Connectome Project Die DT MRI ermoglicht eine Rekonstruktion von Nervenbahnen im Gehirn Traktografie Inhaltsverzeichnis 1 Messverfahren 1 1 Grundlagen 1 2 Diffusionsgewichtete MRT Sequenzen 1 3 Das physikalische Modell 1 4 Berechnung des Diffusions Tensors 1 5 Interpretation des Diffusionskoeffizienten 2 Visualisierung 2 1 Schnittbilder 2 2 Traktografie 2 3 Tensor Glyphen 3 Anwendungen 3 1 Diagnostik 3 2 Operationsplanung 3 3 Forschung 4 Historische Entwicklung 5 Weiterentwicklung des Verfahrens 5 1 Verbesserung der Bildqualitat 5 2 Erhohung der Winkelauflosung 5 3 Verarbeitung und Auswertung der Daten 6 Literatur 7 Weblinks 8 EinzelnachweiseMessverfahren BearbeitenGrundlagen Bearbeiten Die Diffusions Bildgebung beruht auf den gleichen physikalischen Grundlagen wie herkommliche MRT siehe auch Hauptartikel Magnetresonanztomografie Sie nutzt die Tatsache dass Protonen ein magnetisches Moment besitzen und sich in einem ausseren Magnetfeld entweder parallel niederenergetischer Zustand oder antiparallel hochenergetischer Zustand ausrichten Im Gleichgewicht befindet sich eine grossere Anzahl der Protonen im niederenergetischen Zustand wodurch ein Summenvektor parallel zum ausseren Feld entsteht paramagnetischer Effekt Die Richtung des ausseren Felds bezeichnet man im Kontext der MRT als z Achse senkrecht dazu steht die xy Ebene Die Rotationsachse der Protonen prazediert um die z Achse Die Frequenz dieser Bewegung ist zur Feldstarke des ausseren Magnetfelds proportional und wird Larmorfrequenz genannt Eine hochfrequente elektromagnetische Welle HF Puls mit dieser Frequenz regt die magnetischen Momente zu einem Wechsel ihres Zustands an Kernspinresonanz Dadurch andert sich in Abhangigkeit von Starke und Dauer des Pulses die Ausrichtung des Summenvektors er klappt um Die umgeklappten Momente rotieren zunachst phasengleich so dass der Summenvektor nun auch eine rotierende Komponente in der xy Ebene besitzt Dieser Effekt kann mit einer Mess Spule beobachtet werden die senkrecht auf der xy Ebene steht in ihr induziert das rotierende Netto Moment eine Spannung Schaltet man den HF Puls ab kehren die Protonen wieder in ihren Gleichgewichtszustand zuruck Durch Inhomogenitaten im ausseren Feld und thermische Stosse Spin Spin Wechselwirkung verliert sich auch die Phasenkoharenz und die xy Komponente des Summenvektors verschwindet Zur Beobachtung der Diffusionsbewegung muss man ein ortsaufgelostes NMR Experiment machen also ein Feldgradienten NMR Experiment in dem durch das Anlegen von Magnetfeld Gradienten die NMR Signalfrequenz ortsabhangig gemacht wird und somit Ortsveranderungen der Wassermolekule durch Diffusion beobachtbar werden Diffusionsgewichtete MRT Sequenzen Bearbeiten nbsp Schema der Stejskal Tanner Sequenz Eine Diffusionsbewegung entlang der Gradientenfelder wird als Abschwachung des Spin Echos gemessen Erlauterungen im Artikeltext Eine diffusionsgewichtete MRT Sequenz siehe Schema beginnt damit dass der Summenvektor zunachst um 90 in die xy Ebene gekippt wird Die Diffusionswichtung geschieht durch ein kurzzeitig geschaltetes Gradientenfeld das die Feldstarke des ausseren Magnetfelds in einer vorgegebenen Richtung variiert Entlang dieser Richtung prazedieren die Kerne nicht mehr mit der gleichen Larmorfrequenz sie geraten aus der Phase und die in der Mess Spule induzierte Spannung verschwindet Anschliessend kehrt man mit einem erneuten HF Puls die Drehrichtung der Kerne um 180 Puls und schaltet nochmals das gleiche Gradientenfeld ein Aufgrund der identischen Frequenzunterschiede bei umgekehrter Drehrichtung gelangen die magnetischen Momente nun wieder in Phase und es tritt erneut eine Spannung auf das Spin Echo Dies ist allerdings schwacher als das Signal zu Beginn der Sequenz da ein Teil der Kerne nicht wieder in Phase gerat das sind insbesondere diejenigen die sich wahrend der Messung in Richtung des Gradientenfelds bewegt haben Eine Diffusionsbewegung in dieser Richtung aussert sich also in einer Abschwachung des Signals Wie oben beschrieben schwachen auch Spin Spin Wechselwirkungen das Spin Echo ab die Auswirkungen von Feldinhomogenitaten werden dagegen durch die Mess Sequenz eliminiert Um den Einfluss der Diffusionsbewegung abschatzen zu konnen ist daher zum Vergleich eine zweite Aufnahme notwendig in der kein Gradient geschaltet wird Das physikalische Modell Bearbeiten Um die Richtungsabhangigkeit der Diffusion zu beschreiben nutzt die DT MRI das mathematische Modell der freien Diffusion die in der Physik durch die Fickschen Gesetze beschrieben wird Im dreidimensionalen Fall lautet das erste Ficksche Gesetz J D c displaystyle vec J D nabla c nbsp Es stellt die Teilchenstromdichte J displaystyle vec J nbsp in Beziehung zum Konzentrationsgradienten c displaystyle nabla c nbsp Als Proportionalitatsfaktor tritt dabei der skalare Diffusionskoeffizient D displaystyle D nbsp auf In anisotropen Medien ist der Diffusionskoeffizient richtungsabhangig und muss in obiger Gleichung daher durch den Diffusions Tensor D displaystyle mathbf D nbsp ersetzt werden eine symmetrische 3 3 Matrix die hier eine lineare Abbildung beschreibt Die Diffusions Bildgebung misst die Selbstdiffusion von Wasser das heisst die Brownsche Molekularbewegung die Wasser Molekule aufgrund ihrer thermischen Energie standig ausfuhren Diese ist nicht mit einem Konzentrationsgradienten verbunden bildet jedoch die physikalische Grundlage des durch die Fickschen Gesetze beschriebenen Prozesses und folgt daher dem gleichen mathematischen Modell Dennoch ist das beschriebene Diffusionstensor Modell streng genommen in der DT MRI nicht anwendbar weil hier keine freie Diffusion vorliegt sondern die Molekularbewegung durch Hindernisse auf zellularer Ebene eingeschrankt ist Ziel des Verfahrens ist es aus der Beobachtung dieser Einschrankung Ruckschlusse auf die Struktur des Gewebes zu ziehen in dem das Wasser diffundiert Aus diesem Grund spricht man statt von Diffusionskoeffizienten genauer von einem apparent diffusion coefficient ADC einem scheinbaren Diffusionskoeffizienten der nicht nur von der Richtung sondern auch von der Diffusionslange abhangt Schaltet man die Gradientenfelder in so kurzem zeitlichen Abstand dass der Grossteil der Molekule wahrend dieser Zeit auf kein Hindernis trifft erscheint die Diffusion frei erhoht man die Diffusionszeit zeigt sich die Einschrankung der Bewegung der ADC nimmt ab In technischen Anwendungen nutzt man diesen Effekt um durch Messungen mit variabler Diffusionszeit den Porendurchmesser von mikroporosen Stoffen zu ermitteln In der Diffusions Tensor Bildgebung ist die Grossenordnung der untersuchten Zellstrukturen bekannt so dass die Diffusionszeit an sie angepasst werden kann In der Praxis der DT MRI kann man daher die Abhangigkeit des ADC von der Diffusionslange ignorieren und spricht haufig weiterhin vereinfachend von Diffusionskoeffizienten Berechnung des Diffusions Tensors Bearbeiten Die zentrale Gleichung der Diffusions Tensor Bildgebung beschreibt die Abschwachung des Mess Signals in Abhangigkeit von den Messparametern und dem Diffusions Tensor Sie wird als Stejskal Tanner Gleichung bezeichnet A g A 0 e b g T D g displaystyle A vec g A 0 cdot e b vec g T mathbf D vec g nbsp A g displaystyle A vec g nbsp steht hier fur die Signalstarke unter Wirkung eines Gradientenfelds in Richtung g displaystyle vec g nbsp A 0 displaystyle A 0 nbsp ist die Signalstarke einer ungewichteten Messung und b displaystyle b nbsp fasst die Messparameter zusammen Der Diffusions Tensor D displaystyle mathbf D nbsp beschreibt eine positiv semidefinite quadratische Form die jeder Richtung g displaystyle vec g nbsp einen ADC zuordnet g displaystyle vec g nbsp und b displaystyle b nbsp werden vor der Messung festgelegt A g displaystyle A vec g nbsp und A 0 displaystyle A 0 nbsp sind nach der Messung bekannt Da die symmetrische Matrix D displaystyle mathbf D nbsp sechs Freiheitsgrade besitzt sind neben der ungewichteten mindestens sechs diffusionsgewichtete Messungen in verschiedenen Richtungen notwendig um mittels der Gleichung den vollstandigen Diffusionstensor schatzen zu konnen Da die Genauigkeit der Ergebnisse aufgrund von Rauschen und Mess Artefakten eingeschrankt ist werden die Messungen in der Regel wiederholt oder zusatzliche Richtungen herangezogen Die Schatzung des Tensors erfolgt dann beispielsweise nach der Methode der kleinsten Quadrate Die hohe Zahl von Einzelmessungen erklart den Zeitaufwand des Verfahrens der je nach Anzahl der Schnittbilder benotigter Genauigkeit und Feldstarke des Scanners zwischen einigen Minuten und einer Stunde betragt Da das Verfahren empfindlich auf aussere Bewegungen reagiert wird der Kopf des Probanden wahrend dieser Zeit durch ein Gestell fixiert Interpretation des Diffusionskoeffizienten Bearbeiten Im Hirngewebe ist die Beweglichkeit der Wasser Molekule durch Hindernisse wie zum Beispiel Zellmembranen eingeschrankt Insbesondere konnen sich die Molekule in Anwesenheit dicht gepackter Nervenfasern entlang der langgestreckten Axone ungehinderter bewegen als quer zu ihnen Die grundlegende Annahme bei der Interpretation von Diffusions Tensor Daten ist daher dass die Richtung des grossten Diffusionskoeffizienten den Verlauf der Nervenfasern widerspiegelt Eine solche Interpretation muss berucksichtigen dass die Axone mit einem Durchmesser im Mikrometer Bereich deutlich unterhalb der Auflosung des Verfahrens liegen die wenige Millimeter betragt Das gemessene Signal stellt also einen Mittelwert uber ein bestimmtes Volumen dar der nur dann aussagekraftig ist wenn das Gewebe innerhalb dieses Gebiets homogen ist Daher konnen nur grossere Nervenfaserbundel dargestellt werden Die genauen Mechanismen die dem beobachteten Diffusionsverhalten zugrunde liegen sind nicht abschliessend geklart Aufgrund der bisherigen Untersuchungen geht man davon aus dass die Richtungsabhangigkeit sowohl die Molekule innerhalb als auch jene ausserhalb der Zellen betrifft und durch die Myelinisierung von Nervenfasern verstarkt aber nicht allein verursacht wird 1 Auch in Muskelfasern weist die Diffusionsbewegung eine klare Vorzugsrichtung auf So wurde das Diffusions Tensor Modell zuerst mittels Messungen an Skelettmuskeln erprobt da die Ergebnisse hier leicht zu verifizieren sind 2 Auch der Aufbau des Herzmuskels von Saugetieren in dem die Ausrichtung der einzelnen Fasern zwischen innerer und ausserer Wand Endokard bzw Epikard um etwa 140 rotiert konnte mittels Diffusions Tensor Messungen an praparierten Herzen sichtbar gemacht werden Mit speziell angepassten Mess Sequenzen ist auch eine Untersuchung des schlagenden Herzens moglich diese ist jedoch aufwandig und bisher Stand 2012 noch keine klinische Routine 3 Visualisierung Bearbeiten nbsp In DTI Schnittbildern wird die Hauptrichtung der Diffusion haufig durch Farben dargestellt nbsp Diffusions Ellipsoide erlauben es Ausschnitte der Daten detailliert darzustellen Ein vollstandiger Diffusions Tensor Datensatz enthalt mehr Informationen als der Mensch durch eine einzige Abbildung aufnehmen konnte Daher wurde eine Vielzahl von Techniken entwickelt die sich jeweils darauf beschranken bestimmte Aspekte der Daten zu veranschaulichen und sich gegenseitig erganzen In der Praxis etabliert haben sich Darstellungen von Schnittbildern Traktografie sowie Tensor Glyphen Schnittbilder Bearbeiten Zur Darstellung von Schnittbildern wie sie aus der traditionellen MRT bekannt sind werden die Diffusions Tensoren auf einen Grau oder Farbwert reduziert Grauwerte werden aus den Eigenwerten des Diffusions Tensors berechnet Ublich sind vor allem der mittlere Diffusionskoeffizient und die Fraktionale Anisotropie Letztere gibt an wie richtungsabhangig die Diffusion ist und gilt als Indikator fur die Unversehrtheit eines Faserbundels Derartige Bilder werden zur Diagnostik oft rein visuell ausgewertet und ermoglichen zum Beispiel die Diagnose von Hirninfarkten Im Rahmen von Gruppenstudien werden statistische Unterschiede in diesen Massen untersucht zum Beispiel ein Ruckgang der Anisotropie bei bestimmten Erkrankungen Ausserdem wird die Richtung des grossten Diffusionskoeffizienten haufig als Farbwert kodiert Hierbei wird jeder der drei Achsen eine der Grundfarben rot grun und blau zugeordnet die bei dazwischen liegenden Richtungen gemischt werden 4 Voxel ohne klare Hauptrichtung erscheinen grau siehe Abbildung Traktografie Bearbeiten Als Traktografie oder Fiber Tracking werden Verfahren bezeichnet die den Verlauf grosserer Nervenfaserbundel rekonstruieren Zur Visualisierung sind hierbei Darstellungen von Hyperstromlinien ublich dreidimensionalen Linien deren Verlauf der Richtung des grossten Diffusionskoeffizienten folgt 5 6 Die Abbildung am Beginn dieses Artikels zeigt beispielhaft alle Bundel die die Medianebene schneiden Einen alternativen Ansatz stellt die probabilistische Traktografie dar Sie berechnet fur jeden Punkt im Gehirn eine Wahrscheinlichkeit mit der auf Grundlage der Daten eine Nervenverbindung mit einem gegebenen Ausgangsareal angenommen werden kann 7 Derartige Ergebnisse eignen sich weniger fur die Erzeugung aussagekraftiger Bilder ermoglichen jedoch quantitative Aussagen und finden daher in der Kognitionsforschung Verwendung Die Tatsache dass die Diffusions Tensor Bildgebung derzeit das einzige Verfahren ist das eine nicht invasive Darstellung der Nervenfaserbundel erlaubt hat wesentlich zu ihrer Verbreitung beigetragen Andererseits ist es aufgrund dessen schwierig zu uberprufen inwiefern die Ergebnisse gangiger Traktografie Verfahren mit dem tatsachlichen Verlauf der Nervenbahnen ubereinstimmen Erste Versuche der Validierung im Tierexperiment stutzen die Vermutung dass die Hauptrichtung der Diffusion die Ausrichtung koharenter Nervenfasern anzeigt 8 und weisen Ubereinstimmungen zwischen nichtinvasiver Traktografie und nach dem Tod durchgefuhrten histologischen Untersuchungen nach 9 Bereiche in denen Faserbundel sich auffachern oder kreuzen werden von der DT MRI nur unzureichend erfasst und motivieren daher ihre Weiterentwicklung zu Methoden mit hoher Winkelauflosung siehe unten Tensor Glyphen Bearbeiten Als Glyphen werden in der Visualisierung geometrische Korper bezeichnet deren Form und Ausrichtung die gewunschte Information vermitteln Sie bieten die Moglichkeit die in einem Diffusionstensor enthaltene Information vollstandig darzustellen Allerdings kann in diesem Fall nur ein Ausschnitt der Daten gezeigt werden da Glyphen eine gewisse Grosse haben mussen und sich nicht verdecken durfen um erkennbar zu bleiben Die verbreitetsten Tensor Glyphen sind Ellipsoide deren Halbachsen mit der Starke der Diffusion in der jeweiligen Richtung skaliert sind die langste Halbachse zeigt also in Richtung der starksten Diffusion Ist der Diffusionskoeffizient in allen Richtungen etwa gleich so ahnelt der Diffusions Ellipsoid einer Kugel siehe Abbildung Anwendungen BearbeitenDiagnostik Bearbeiten Eine haufige Anwendung von diffusionsgewichteter MRT ist die Diagnostik von Hirninfarkten Das betroffene Hirngewebe weist oft schon nach wenigen Minuten geringere Diffusionskoeffizienten auf als die gesunde Umgebung Dieser Effekt wird darauf zuruckgefuhrt dass nach Ausfall der Natrium Kalium Pumpen im geschadigten Bereich extrazellulare Flussigkeit in die Zellen einstromt wo ihre Diffusionsbewegung starkeren Einschrankungen unterliegt In herkommlichen MRT Bildern wird der Infarkt erst spater sichtbar in manchen Fallen erst nach 8 bis 12 Stunden 10 Operationsplanung Bearbeiten Bei chirurgischen Eingriffen im Gehirn und der Bestrahlung von Hirntumoren ist es wichtig die Nervenbahnen so weit wie moglich zu erhalten da ihre Verletzung in der Regel zu bleibenden Funktionsausfallen fuhrt Die Diffusions Tensor Bildgebung kann helfen vorab die Lage der Nerven festzustellen und bei der Operations bzw Bestrahlungsplanung zu berucksichtigen Da sich das Gehirn wahrend des Eingriffs verformt kann es sinnvoll sein eine Operation zu unterbrechen um eine erneute Aufnahme anzufertigen Die Diffusions Tensor Bildgebung gibt zudem Hinweise darauf ob ein Tumor bereits in eine Nervenbahn eingedrungen ist und kann in einigen Fallen die Einschatzung unterstutzen ob eine Operation uberhaupt aussichtsreich ist Forschung Bearbeiten Die Diffusions Tensor Bildgebung wird zunehmend als Forschungsinstrument in medizinischen und kognitionswissenschaftlichen Studien eingesetzt Im Zentrum des Interesses stehen hier meist Veranderungen des mittleren Diffusionskoeffizienten Mittlere Diffusivitat und der Fraktionalen Anisotropie wobei letztere haufig als Indikator fur die Integritat von Nervenfasern interpretiert wird So konnte etwa gezeigt werden dass normale Alterungsprozesse mit einem signifikanten Ruckgang der Fraktionalen Anisotropie und einer Erhohung der mittleren Diffusivitat einhergehen 11 Auch bei vielen neurologischen und psychiatrischen Krankheiten darunter Multiple Sklerose Epilepsie Morbus Alzheimer Schizophrenie und HIV Enzephalopathie lassen sich Veranderungen in der DT MRI nachweisen Viele Studien auf Basis der Diffusion Bildgebung gehen der Frage nach welche Hirnregionen besonders betroffen sind Die Diffusions Tensor Bildgebung wird hier auch komplementar zur funktionellen Magnetresonanztomografie eingesetzt Die Neurowissenschaft nutzt zudem probabilistische Traktografie Verfahren die Hinweise auf Nervenverbindungen zwischen bestimmten Hirnarealen liefern Dies erlaubt es den Thalamus weiter zu untergliedern obwohl er in der herkommlichen Magnetresonanztomographie als einheitliche Struktur erscheint 12 Einen besonderen Schwerpunkt bilden aktuelle Varianten der Diffusions Bildgebung im Human Connectome Project dessen Ziel es ist die naturliche Variabilitat des gesunden menschlichen Konnektoms zu untersuchen Im Rahmen dieses wahrend der Jahre 2010 bis 2015 mit insgesamt knapp 40 Millionen US Dollar geforderten Programms werden die Ergebnisse der Diffusions Bildgebung unter anderem mit Genanalysen und kognitiven Fahigkeiten korreliert Historische Entwicklung BearbeitenDer Chemiker Edward O Stejskal 1932 2011 und sein Doktorand John E Tanner beschrieben bereits 1965 wie sich ein kurzzeitig geschaltetes Gradientenfeld in Kernspinresonanz Experimenten dazu nutzen lasst die Diffusionsbewegung von Wasserstoff Kernen zu messen 13 Nach ihnen sind sowohl die fur die Diffusions Bildgebung grundlegende Mess Sequenz benannt als auch die Formel die es ermoglicht aus der Abschwachung des Spin Echos den Diffusionskoeffizienten zu errechnen In den 1970er Jahren schufen Paul Christian Lauterbur und Peter Mansfield mit der ortsaufgelosten Magnetresonanztomografie die Moglichkeit die Kernspinresonanz zur Bildgebung einzusetzen 1985 fuhrte der Neuroradiologe Denis LeBihan das von Stejskal und Tanner entwickelte Verfahren zur Diffusionsmessung in die MRT ein In Zusammenarbeit mit LeBihan schlug der Ingenieurwissenschaftler Peter J Basser 1994 schliesslich den Diffusions Tensor als Modell vor Er berucksichtigt die Richtungsabhangigkeit des Diffusionskoeffizienten und erlaubt somit Ruckschlusse auf den Verlauf grosser Nervenbahnen Etwa seit dem Jahr 2000 entwickeln verschiedene Forschergruppen aufwandigere Varianten der Diffusions Bildgebung die eine grosse Zahl von Messungen und oder eine besonders starke Diffusionswichtung erfordern Fur diese Daten wurde eine Vielzahl neuer Modelle vorgeschlagen von denen bislang Stand 2011 keins eine dem Diffusions Tensor vergleichbare Verbreitung erfahren hat Weiterentwicklung des Verfahrens BearbeitenVerbesserung der Bildqualitat Bearbeiten Diffusionsgewichtete MRT Messungen bieten haufig nur eine eingeschrankte Bildqualitat Die gegenuber traditioneller MRT hohere Anfalligkeit gegen Storungen erklart sich aus dem oben beschriebenen Messverfahren Da sich die Diffusionsbewegung in einer Abschwachung des gemessenen Signals aussert wird dies starker vom Rauschen der Mess Apparatur beeinflusst Aus diesem Grund gibt es kaum Fortschritte in Richtung einer hoheren Ortsauflosung des Verfahrens da kleinere Volumenelemente ein entsprechend schwacheres Ausgangssignal bieten Zudem benotigt man eine grosse Zahl von Einzelmessungen und nutzt daher meist zeitsparende Mess Sequenzen wie das Echo Planar Imaging um den Gesamtaufwand und die Belastung des Patienten vertretbar zu halten Diese Sequenzen fuhren jedoch besonders haufig zu Artefakten Diesen Problemen begegnet man zum einen durch Nachbearbeiten der Messdaten im Computer wodurch die Storungen zum Teil korrigiert werden konnen Die radiologische Forschung sucht ausserdem nach neuen MRT Sequenzen die weniger fehleranfallig sind Erhohung der Winkelauflosung Bearbeiten Das Diffusions Tensor Modell beschreibt das Diffusionsverhalten innerhalb eines Voxels nur dann annahernd korrekt wenn die Diffusion eine einzige Hauptrichtung besitzt Somit stosst es in Voxeln in denen Nervenbahnen sich kreuzen oder auffachern an seine Grenzen In den vergangenen Jahren wurden daher Ansatze entwickelt in sehr vielen 60 und mehr verschiedenen Richtungen diffusionsgewichtete Aufnahmen zu machen um komplexes Diffusionsverhalten besser erfassen zu konnen Derartige Verfahren bezeichnet man mit der Abkurzung HARDI High Angular Resolution Diffusion Imaging Diffusions Bildgebung mit hoher Winkelauflosung Verarbeitung und Auswertung der Daten Bearbeiten Auch die Methoden mit denen die Daten der Diffusions Bildgebung fur medizinische Studien weiterverarbeitet und ausgewertet werden sind derzeit Stand 2011 Gegenstand der Forschung Fruhe Studien nutzten zum Teil sehr einfache Methoden der Bildregistrierung um aus den Diffusions Daten abgeleitete Masse uber grossere Probandengruppen hinweg zu vergleichen Dies hat sich als problematisch erwiesen da es schwierig ist die anatomischen Strukturen verschiedener Individuen perfekt zur Deckung zu bringen und Abweichungen zu irrefuhrenden und widerspruchlichen Studienergebnissen fuhren konnen Neben verbesserten Algorithmen zur Registrierung werden daher derzeit auch Methoden zur statistischen Auswertung entwickelt die weniger empfindlich auf Registrierungsfehler reagieren 14 Literatur BearbeitenDerek K Jones Hrsg Diffusion MRI Theory Methods and Applications Oxford University Press 2011 ISBN 978 0 19 536977 9 Englischsprachiges Fachbuch das in Beitragen internationaler Experten physikalische und biologische Grundlagen Messmethoden algorithmische Auswertung Anwendungen aktuelle Forschungsthemen und historische Hintergrunde abdeckt Bernhard Preim Dirk Bartz Visualization in Medicine Morgan Kaufmann 2007 ISBN 978 0 12 370596 9 Englischsprachiges Fachbuch Behandelt in Kapitel 18 Messung Verarbeitung Visualisierung und Interpretation von Diffusions Tensor Daten Charles D Hansen Christopher R Johnson Hrsg Visualization Handbook Academic Press 2004 ISBN 978 0 12 387582 2 Englischsprachiges Fachbuch Behandelt in Kapitel 16 die visuelle Aufbereitung von Diffusions Tensor Daten Le Bihan D Mangin JF Poupon C Clark CA Pappata S Molko N Chabriat H Diffusion Tensor Imaging Concepts and Applications In Journal of Magnetic Resonance Imaging 2001 S 534 546 englisch Diffusion Tensor Imaging Concepts and Applications Memento vom 19 Oktober 2013 im Internet Archive PDF 696 kB abgerufen am 22 Juni 2016 Ubersichts Artikel in Fachzeitschrift Joachim Weickert Hans Hagen Hrsg Visualization and Processing of Tensor Fields Springer Berlin 2006 ISBN 3 540 25032 8 Englischsprachiges Fachbuch zur Visualisierung und Verarbeitung von Tensor Daten mit einem deutlichen Schwerpunkt auf DT MRI Den Geheimnissen des Gehirns auf der Spur in Arzte Woche Wien 16 2002 Nr 27 ISSN 1862 7137 Allgemein verstandlicher Uberblick uber das Verfahren deutsch Weblinks Bearbeiten nbsp Commons Diffusions Tensor Bildgebung Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien Informationen des Zentrums fur Bildgebung in den Neurowissenschaften Brain Imaging Center Frankfurt zur Funktionsweise der DT MRI Pressemitteilung der National Institutes of Health 2000 zu den Moglichkeiten der DT MRI englisch Einzelnachweise Bearbeiten Christian Beaulieu The basis of anisotropic water diffusion in the nervous system a technical review In NMR in Biomedicine 2002 15 S 435 455 P J Basser J Mattiello D LeBihan Estimation of the effective self diffusion tensor from the NMR spin echo In Journal of Magnetic Resonance Series B San Diego Cal 103 1994 S 247 254 ISSN 1064 1866 Sonia Nielles Vallespin Choukri Mekkaoui u a In vivo diffusion tensor MRI of the human heart Reproducibility of breath hold and navigator based approaches In Magnetic Resonance in Medicine 70 2013 S 454 doi 10 1002 mrm 24488 S Pajevic C Pierpaoli Color schemes to represent the orientation of anisotropic tissues from diffusion tensor data Application to white matter fiber tract mapping in the human brain In Magnetic Resonance in Medicine New York 42 1999 3 S 526 540 ISSN 0740 3194 S Mori B J Crain V P Chacko P C M van Zijl Three dimensional tracking of axonal projections in the brain by magnetic resonance imaging In Annals of Neurology 45 2 S 265 269 1999 P J Basser S Pajevic C Pierpaoli J Duda A Aldroubi In vivo fiber tractography using DT MRI data In Magnetic Resonance in Medicine New York 44 2000 S 625 632 ISSN 0740 3194 T E J Behrens M W Woolrich M Jenkinson H Johansen Berg R G Nunes S Clare P M Matthews J M Brady S M Smith Characterization and Propagation of Uncertainty in Diffusion Weighted MR Imaging In Magnetic Resonance in Medicine 50 S 1077 1088 2003 C P Lin W Y I Tseng H C Cheng J H Chen Validation of diffusion tensor magnetic resonance axonal fiber imaging with registered manganese enhanced optic tracts In NeuroImage 14 5 S 1035 1047 2001 J Dauguet S Peled V Berezovskii T Delzescaux S K Warfield R Born C F Westin 3D histological reconstruction of fiber tracts and direct comparison with diffusion tensor MRI tractography In Medical Image Computing and Computer Assisted Intervention Seiten 109 116 Springer 2006 K O Lovblad H J Laubach A E Baird F Curtin G Schlaug R R Edelman S Warach Clinical Experience with Diffusion Weighted MR in Patients with Acute Stroke In American Journal of Neuroradiology Oak Brook Ill 19 1998 S 1061 1066 ISSN 0195 6108 E V Sullivan und A Pfefferbaum Diffusion Tensor Imaging in Aging and Age Related Neurodegenerative Disorders Kapitel 38 in D K Jones Hrsg Diffusion MRI Theory Methods and Applications Oxford University Press 2011 T E J Behrens H Johansen Berg u a Non invasive mapping of connections between human thalamus and cortex using diffusion imaging In Nature Neuroscience New York 6 2003 7 750 757 ISSN 1097 6256 E O Stejskal J E Tanner Spin Diffusion Measurements Spin echoes in the presence of a time dependent field gradient In Journal of Chemical Physics Melville 42 1965 S 288 292 ISSN 0021 9606 S M Smith M Jenkinson H Johansen Berg D Rueckert T E Nichols C E Mackay K E Watkins O Ciccarelli M Z Cader P M Matthews T E J Behrens Tract based spatial statistics Voxelwise analysis of multi subject diffusion data In NeuroImage 31 4 S 1487 1505 2006 nbsp Dieser Artikel wurde am 20 November 2006 in dieser Version in die Liste der exzellenten Artikel aufgenommen Normdaten Sachbegriff LCCN sh2005006795 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Diffusions Tensor Bildgebung amp oldid 229875317