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Traktografie ist die Abbildung neuronaler Verbindungen im Gehirn, mittels Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI). DTI ist ein MRT (Magnetresonanz-)Technik, die empfindlich auf Diffusion von Wassermolekülen im Körper und wo Diffusionsmuster in einem dreidimensionalen Bild dargestellt werden. Es ermöglicht, die langen Nervenfaserbündel sowie kompliziertere kurze Verbindungen zwischen verschiedenen kortikalen und subkortikalen Regionen in einem dreidimensionalen Bild darzustellen.
Isotrope und anisotrope Diffusion
Es gibt zwei Arten der Verbreitung. Kostenlos, oder isotrop Die Diffusion erfolgt gleichmäßig in alle Richtungen. Treffen die Wassermoleküle jedoch auf Hindernisse, ist die Diffusion nicht in alle Richtungen gleich. Das nennt man anisotrop Diffusion. In diesem Fall nimmt die relative Mobilität von Wassermolekülen von einem Ursprung nicht die Form einer Kugel an. Die abweichenden Richtungen werden dann modelliert als a Ellipsoid, und die dazu verwendete Technik heißt Diffusion Tensor Bildgebung.
Diffusion und weiße Substanz
Anisotropie tritt hauptsächlich in der weißen Substanz von Axonen im Gehirn oder in Muskelgewebe des Herzens auf. Im Gehirn können auf vielfältige Weise Hindernisse entstehen, zum Beispiel durch Zellmembranen, Axone, grauer Staub und weiße Substanz (myelin). In der weißen Substanz des Gehirns ist das Haupthindernis die Hülle der langen Nervenfasern (auch genannt). Axone genannt): die Myelinscheide. Bündel solcher Axone stellen eine starke Barriere gegen senkrechte Diffusionsmuster dar, stellen aber auch einen Diffusionspfad parallel zur Richtung der Nervenfasern dar. In diesem Fall breiten sich die Wassermoleküle in Richtungen parallel zur Faserstruktur schneller aus als in Richtungen, die senkrecht dazu. Dies hat auch zur Folge, dass die gemessene Diffusionsrate von der Blickrichtung eines Beobachters abhängt. In DTI hat jeder voxel des MRT-Bildes also ein oder mehrere Parameterpaare, nämlich die Geschwindigkeit und Richtung der Diffusion in einem dreidimensionalen Bild, die für den jeweiligen Parameter gelten. Die anisotrope Diffusion wird reduziert, wenn Axone oder ihre Myelinschicht beschädigt werden, wie z Gehirnverletzung, Tumoren und Entzündungen der Fall ist. Damit eignet sich die Technik auch zur Erkennung pathologischer Zustände in Hirnstrukturen.
Bildgebung
Anisotropie kann auf verschiedene Weise gemessen werden. Eine Möglichkeit ist die Berechnung des sogenannten fraktionierte Anisotropie (FA)-Index. Dabei entspricht der Wert 0 einer perfekten sphärischen Diffusion und ein Wert 1 einer idealen linearen Diffusion. Ein gut markierter Nerv oder Trakt hat einen FA von mindestens 0,20. In einigen Fällen wird manchmal ein Wert von 0,90 erreicht. Diese Zahlen geben lediglich den Grad der Sphärizität (oder Linearität) eines Diffusionsmusters an und sagen an sich nichts über die Richtung selbst aus. Es wurden spezielle Computerprogramme entwickelt, um Richtungsinformationen in einem dreidimensionalen Bild zu erfassen. Diese sogenannten anisotropen Karten haben drei Farben, in denen zum Beispiel die x-Achse (Links-Rechts-Dimension) in Rot, die Y-Achse (Heck-Vorder-Dimension) in Grün und die Z-Achse (vertikale Dimension) dargestellt wird ) in Blau. Die fraktionierte Anisotropie wird als Index der anatomischen Eigenschaften der weißen Substanz betrachtet, wie z Myelinisierung, Durchmesser und Dichte der Nervenfasern.
Verweise
- Filler, AG: Geschichte, Entwicklung und Auswirkung der Computertomographie in der neurologischen Diagnostik und Neurochirurgie: CT, MRT, DTI: Nature Precedings DOI: 10.1038/npre.2009.3267.4.
- Mori, S: Einführung in die Diffusions-Tensor-Bildgebung. New York: Elsevier (2007)