Biophysikalische Mechanismen kortikaler Suszeptibilität

Die quantitative Suszeptibilitätsbestimmung (QSM) ist ein neues Verfahren mit dem ein circa 10-fach höherer Kontrast zwischen grauer und weißerHirnsubstanz als mit konventioneller Magnetresonanztomographie (MRT) Bildgebung erreicht werden kann. Mit QSM lässt sich die Magnetisierbarkeit von Gewebe völlig nicht-invasiv bestimmen, wodurch sich neue Anwendungen für in-vivo Untersuchungen von Veränderungen des menschlichen Hirngewebes ergeben. Besonders interessant erscheint QSM in diesem Kontext für die Bestimmung von Eiseneinlagerungen und für mikrostrukturelle Gewebeveränderungen. Die derzeit eingesetzte QSM Methodik ermöglicht die Bestimmung der magnetischen Suszeptibilität für das gesamte Gehirn in relativ kurzer Zeit, da allerdings Suszeptibilitätsartefakte im Kortex besonders stark ausgeprägt sind, wurden in diesem Bereich noch keine konsistenten Studien durchgeführt. Das vorliegende Projekt erweitert und stabilisiert vorhandenen Strategien zur QSM Rekonstruktion durch dedizierte anatomische Informationen, damit auch kortikale Grenzbereiche zuverlässig und stabil erfasst werden können. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist die Erstellung eines generellen biophysikalischen Models kortikaler Suszeptibilität. In diesem Modell werden neben paramagnetischem Eisen, auch die Struktur und Zusammensetzung von diamagnetischem Myelin sowie die Orientierung der Nervenfasern bezüglich des magnetischen Feldes berücksichtigt werden. Für dieDurchführung der Entwicklungsarbeiten stehen ein moderner Ultrahochfeld- Magnetresonanztomograph zur Verfügung. QSM im menschlichen Kortex ist bei inflammatorischen und neurodegenerativen Erkrankungen von besonderem Interesse. Histopathologische Arbeiten zeigten vermehrte Eisenablagerungen im Motorkortex von Patienten mit amyotropher Lateralsklerose (ALS). Auch in amyloiden Plaques von Alzheimerpatienten sowie in kortikalen Läsionen von Multiple Sklerose (MS) Patienten kommt es zur verstärkten Anreicherung mit Eisen. Die methodischen Entwicklungen, die im Rahmen dieses Projektes umgesetzt werden, erlauben Eisenablagerung und damit verbundene mikrostrukturelle Gewebeveränderungen detaillierter und biophysikalisch fundiert zu bestimmen. Dadurch sind neue Einblicke in pathologische kortikale Gewebsveränderungen sowie klinische Applikationen bei neurologischen Erkrankungen möglich.