Funktionelle Magnetresonanztomographie mittels simultaner EEG-Registrierung interiktaler Spikes bei fokaler Epilepsie: Vergleich der on-, off- mit der häufigkeitskorrelierten Datenanalyse

Obwohl die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI) interiktaler Spikes mit simultaner EEG-Ableitung bei Patienten mit fokalen Anfallsleiden seit einigen Jahren zur Lokalisation beteiligter Hirnstrukturen untersucht wird, ist sie nach wie vor eine experimentelle Methode. Um zuverlässig Ergebnisse zu erhalten, ist insbesondere die Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses in der statistischen Bilddatenauswertung von Bedeutung. Frühere Untersuchungen zur sog. event-related fMRI weisen auf einen Zusammenhang zwischen Häufigkeit von Einzelreizen und nachfolgender hämodynamischer Signalantwort in der fMRI hin. Um einen möglichen Einfluss der Häufigkeit interiktaler Spikes auf die Signalantwort nachzuweisen, wurden 20 Kinder mit fokaler Epilepsie mit der EEG-fMRI untersucht. Von 11 dieser Patienten konnten die Daten ausgewertet werden. In einer zweifachen Analyse mit dem Softwarepaket SPM99 wurden die Bilddaten zuerst ausschließlich je nach Auftreten interiktaler Spikes der „Reiz“- oder „Ruhe“-Bedingung zugeordnet, unabhängig von der jeweiligen Anzahl der Spikes je Messzeitpunkt (on/off-Analyse). In einem zweiten Schritt wurden die „Reiz“- Bedingungen auch differenziert nach jeweiliger Anzahl einzelner Spikes ausgewertet (häufigkeitskorrelierte Analyse). Die Ergebnisse dieser Analysen zeigten bei 5 der 11 Patienten eine Zunahme von Sensitivität und Signifikanzen der in der fMRI nachgewiesenen Aktivierungen. Eine höhere Spezifität konnte hingegen nicht gezeigt werden. Diese Ergebnisse weisen auf eine positive Korrelation von Reizhäufigkeit und nachfolgender hämodynamischer Antwort auch bei interiktalen Spikes hin, welche für die EEG-fMRI nutzbar ist. Bei 6 Patienten konnte keine fMRI-Aktivierung nachgewiesen werden. Mögliche technische und physiologische Ursachen hierfür werden diskutiert.

Analyse zur Auswirkung der irreversiblen Wavelet-Kompression (JPEG2000) auf CT-Bildverarbeitungs- und Darstellungsalgorithmen

Der technische Fortschritt konfrontiert die medizinische Bildgebung wie keine andere Sparte der Medizin mit einem rasanten Anstieg zu speichernder Daten. Anschaffung, Wartung und Ausbau der nötigen Infrastruktur entwickeln sich zunehmend zu einem ökonomischen Faktor. Ein Verfahren, welches diesem Trend etwas entgegensetzten könnte ist die irreversible Bilddatenkompression. Sie ist seit über 10 Jahren Gegenstand vieler Studien, deren Ergebnisse sich wiederum in Empfehlungen zum Einsatz irreversibler Kompression mehrerer nationaler und internationaler Organisation, wie CAR, DRG, RCR und ESR wiederspiegeln. Tenor dieser Empfehlungen ist, dass der Einsatz von moderater irreversibler Bilddatenkompression sicher und sinnvoll ist. Teil dieser Empfehlungen sind auch Angaben über das Maß an Kompression, ausgedrückt in Kompressionsraten, welche je nach Untersuchung und anatomischer Region als sicher anwendbar gelten und keinen diagnostisch relevanten Verlust der komprimierten Bilder erzeugen.rnVerschiedene Kompressionsalgorithmen wurden vorgeschlagen. Letztendlich haben sich vor allem die beiden weit verbreiteten Algorithmen JPEG und JPEG2000 bewährt. Letzterer erfährt in letzter Zeit zunehmen Anwendung, aufgrund seiner einfacheren Handhabung und seiner umfangreichen Zusatzfunktionen.rnAufgrund rechtlich-ethischer Bedenken hat die irreversible Kompression keine breite praktische Anwendung finden können. Dafür verantwortlich ist unter anderem auch die Unklarheit, wie sich irreversible Kompression auf Nach- und Weiterverarbeitung (sog. Postprocessing) medizinischer Bilder, wie Segmentierung, Volumetrie oder 3D-Darstellung, auswirkt. Bisherige Studien zu diesem Thema umfassen vier verschiedene Postprocessing-Algorithmen. Die untersuchten Algorithmen zeigten sich bei verlustbehafteter Kompression im Bereich der erwähnten, publizierten Kompressionsraten weitgehend unbeeinflusst. Lediglich die computergestützte Messung von Stenosegraden in der digitalen Koronarangiographie kollidiert mit den in Großbritannien geltenden Empfehlungen. Die Verwendung unterschiedlicher Kompressionsalgorithmen schränkt die allgemeinernAussagekraft dieser Studienergebnisse außerdem ein.rnZur Erweiterung der Studienlage wurden vier weitere Nach- und Weiterverarbeitungsalgorithmen auf ihre Kompressionstoleranz untersucht. Dabei wurden die Kompressionsraten von 8:1, 10:1 und 15:1 verwendet, welche um die empfohlenen Kompressionsraten von CAR, DRG, RCR und ESR liegen und so ein praxisnahes Setting bieten. Als Kompressionsalgorithmus wurde JPEG2000 verwendet, aufgrund seiner zunehmenden Nutzung in Studien sowie seiner bereits erwähnten Vorzüge in Sachen Handhabung und Zusatzfunktionen. Die vier Algorithmen umfassten das 3D-Volume rendering von CT-Angiographien der Becken-Bein-Gefäße, die Computer-assistierte Detektion von Lungenrundherden, die automatisierte Volumetrie von Leberrundherden und die funktionelle Bestimmung der Ejektionsfraktion in computertomographischen Aufnahmen des Herzens.rnAlle vier Algorithmen zeigten keinen Einfluss durch irreversibler Bilddatenkompression in denrngewählten Kompressionsraten (8:1, 10:1 und 15:1). Zusammen mit der bestehenden Literatur deuten die Ergebnisse an, dass moderate irreversible Kompression im Rahmen aktueller Empfehlungen keinen Einfluss auf Nach- und Weiterverarbeitung medizinischer Bilder hat. Eine explizitere Vorhersage zu einem bestimmten, noch nicht untersuchten Algorithmus ist jedoch aufgrund der unterschiedlichen Funktionsweisen und Programmierungen nicht sicher möglich.rnSofern ein Postprocessing Algorithmus auf komprimiertes Bildmaterial angewendet werden soll, muss dieser zunächst auf seine Kompressionstoleranz getestet werden. Dabei muss der Test eine rechtlich-ethische Grundlage für den Einsatz des Algorithmus bei komprimiertem Bildmaterial schaffen. Es sind vor allem zwei Optionen denkbar, die Testung institutsintern, eventuell unter Zuhilfenahme von vorgefertigten Bibliotheken, oder die Testung durch den Hersteller des Algorithmus.

Deficit actual tool use in schizophrenia is linked to structural alterations in key regions of planning and executing of tool use and connecting fibers

Introduction: Schizophrenia patients frequently suffer from complex motor abnormalities including fine and gross motor disturbances, abnormal involuntary movements, neurological soft signs and parkinsonism. These symptoms occur early in the course of the disease, continue in chronic patients and may deteriorate with antipsychotic medication. Furthermore gesture performance is impaired in patients, including the pantomime of tool use. Whether schizophrenia patients would show difficulties of actual tool use has not yet been investigated. Human tool use is complex and relies on a network of distinct and distant brain areas. We therefore aim to test if schizophrenia patients had difficulties in tool use and to assess associations with structural brain imaging using voxel based morphometry (VBM) and tract based spatial statistics (TBSS). Methode: In total, 44 patients with schizophrenia (DSM-5 criteria; 59% men, mean age 38) underwent structural MR imaging and performed the Tool-Use test. The test examines the use of a scoop and a hammer in three conditions: pantomime (without the tool), demonstration (with the tool) and actual use (with a recipient object). T1-weighted images were processed using SPM8 and DTI-data using FSL TBSS routines. To assess structural alterations of impaired tool use we first compared gray matter (GM) volume in VBM and white matter (WM) integrity in TBSS data of patients with and without difficulties of actual tool use. Next we explored correlations of Tool use scores and VBM and TBSS data. Group comparisons were family wise error corrected for multiple tests. Correlations were uncorrected (p < 0.001) with a minimum cluster threshold of 17 voxels (equivalent to a map-wise false positive rate of alpha < 0.0001 using a Monte Carlo procedure). Results: Tool use was impaired in schizophrenia (43.2% pantomime, 11.6% demonstration, 11.6% use). Impairment was related to reduced GM volume and WM integrity. Whole brain analyses detected an effect in the SMA in group analysis. Correlations of tool use scores and brain structure revealed alterations in brain areas of the dorso-dorsal pathway (superior occipital gyrus, superior parietal lobule, and dorsal premotor area) and the ventro-dorsal pathways (middle occipital gyrus, inferior parietal lobule) the action network, as well as the insula and the left hippocampus. Furthermore, significant correlations within connecting fiber tracts - particularly alterations within the bilateral corona radiata superior and anterior as well as the corpus callosum -were associated with Tool use performance. Conclusions: Tool use performance was impaired in schizophrenia, which was associated with reduced GM volume in the action network. Our results are in line with reports of impaired tool use in patients with brain lesions particularly of the dorso-dorsal and ventro-dorsal stream of the action network. In addition an effect of tool use on WM integrity was shown within fiber tracts connecting regions important for planning and executing tool use. Furthermore, hippocampus is part of a brain system responsible for spatial memory and navigation.The results suggest that structural brain alterations in the common praxis network contribute to impaired tool use in schizophrenia.

Adaption multivariater Testmethoden für hochdimensionale Daten der funktionellen Bildgebung

Magdeburg, Univ., Fak. für Mathematik, Diss., 2012

Einfluss frühkindlicher Sozialerfahrung auf die funktionelle Reifung des anterioren cingulären Cortex der Strauchratte (Octodon degus)

Maternal separation, rodent, anterior cingulate, prefrontal cortex, spines, synapses, GABA, calbindin, parvalbumin, calretinin, CRH, CRF

Lipoproteinsubfraktionen : Isolierung und Messmethoden, biochemische Charakterisierung und funktionelle Eigenschaften

Lipoprotein, LpB, LpB:C-III, LpB:E, LpB:C-III:E, internalisation, fibroblast, gel chromatography, immunprezipitation, immun affinity chromatography

funktionelle Bedeutung der Serin/Threonin-Kinase Ndr2 in Integrin-Signalwegen für die Differenzierung neuronaler Zellen

Magdeburg, Univ., Fak. für Naturwiss., Diss., 2011

Funktionelle Mikroarchitektur rekurrenter corticothalamischer Schaltkreise sowie deren perzeptuelle Relevanz

Magdeburg, Univ., Fak. für Naturwiss., Diss., 2011

Expression und funktionelle Relevanz von Zwei-Poren K+-Kanälen der Task-Familie in thalamischen Schaltneutronen

Thalamus, thalamocortical relay neurons, TASK-channels, Two-Pore-K+-channels, HCN-channels, Halothane, Muscarin, Bupivacaine, Spermine, computer modelling

Funktionelle und morphologische Analyse der Läsionsplastizität nach transienter zerebraler Ischämie

Thallium-autometallographie, electrophysiology in vivo,ischemia, neurogenesis, microglia