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Funktionelle Magnetresonanztomographie

Synonyme: fMRT, Funktionelle Magnetresonanztomografie
Englisch: Functional magnetic resonance imaging, fMRI

1 Definition

Die Funktionelle Magnetresonanztomographie ist eine auf den Physiker Kenneth Kwong zurückgehende Variante der Magnetresonanztomographie. Die Methode misst Veränderungen der Gewebsdurchblutung (rCBF) in den verschiedenen Hirnregionen, die durch den Energiebedarf aktiver Nervenzellen hervorgerufen werden. Sie kann dadurch funktionelle Abläufe im Gehirngewebe in Form von Schnittbilderserien darstellen.

Unter dem Begriff "funktionelle Magnetresonanztomographie" wird darüber hinaus auch die kinematische Magnetresonanztomographie eingeordnet.

2 Grundlagen

Grundlage für die Darstellung des fMRT ist der so genannte BOLD-Effekt, der die unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften von sauerstoffreichem und sauerstoffarmem Blut zur Signaldetektion nutzt, genauer gesagt den Unterschied zwischen Oxyhämoglobin und Desoxyhämoglobin.  

Oxyhämoglobin ist diamagnetisch und hat keinen Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften des umgebenden Gewebes. Desoxyhämoglobin hingegen ist paramagnetisch. Diese Eigenschaft führt zu diskreten, aber darstellbaren Magnetfeldveränderungen.

Bei der einer Stimulation von Gehirnarealen kommt es zu einer umschriebenen Stoffwechselsteigerung, die sich regional durch einen gesteigerten zerebralen Blutfluss manifestiert. Dadurch verändert sich das Verhältnis von oxigeniertem zu desoxigeniertem Hämoglobin, was eine Signaländerung nach sich zieht. Werden die Aufnahmen zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten (Ruhezustand vs. stimulierter Zustand) gemacht, können sie durch statistische Testverfahren miteinander verglichen werden. Die stimulierten Areale werden dann vom Computer räumlich zugeordnet und visuell dargestellt.

3 Aussagekraft

Die fMRT kann in einem Zeitfenster von wenigen Sekunden Nervenzellaktivitäten millimetergenau lokalisieren. Sie ermöglicht dadurch neue Einblicke in die Funktionsabläufe des Gehirns, vor allem in die Topografie von kognitiven und emotionalen Vorgängen. Bei der Auswertung der Daten muss beachtet werden, dass die Veränderung der Hämodynamik im Gehirngewebe nicht direkt mit der neuronalen Aktivität auftritt, sondern erst nach einer Latenzzeit von einigen Sekunden.

4 Einsatzgebiete

Die fMRT findet überwiegend in der Neuroradiologie zur präoperativen Abklärung Verwendung. Beispielsweise kann mit ihrer Hilfe die Sprachlateralisation festgestellt werden. Das ist bei geplanter Hirntumorresektion wichtig, die nahe dem Wernicke-Areal oder Broca-Areal liegen. Auch bei therapieresistenten Temporallappenepilepsien sowie Parietallappenepilepsien, die neurochirurgisch behandelt werden müssen, ist sie von großer Bedeutung. Hierfür werden dem Patienten verschiedene Aufgaben bzw. Parameter über einen Monitor präsentiert, den der liegende Patient durch einen Spiegel betrachten kann:

  • Verbgeneration-Parameter: Dem Patienten werden in 30 Sekunden Abständen für jeweils 30 Sekunden in einem Zeitraum von 5 Minuten Nomen präsentiert. Er soll nun passende Verben zu jedem Nomen überlegen. Beispiel: Präsentiert wird ein Ball. Patient kann z.B. an Spielen, Fangen oder Werfen denken. Dieser Parameter stimuliert vor allem das sprachmotorische Broca-Areal.
  • Phrases-Parameter: Dem Patienten werden in der gleichen Weise wie oben Sätze präsentiert. Er soll sich überlegen, ob der Satz inhaltlich Sinn ergibt. Beispiel: "Der Fußballer kickt einen Ball." Inhaltlich korrekt. "Der Bäcker backt Autos." Inhaltlich nicht korrekt. Dieser Parameter stimuliert vor allem das sprachsensorische Wernicke-Areal. Auch kommt es bei diesem Parameter zu stärkeren Aktivierungen im visuellen Kortex.
  • Object-Naming-Parameter: Bei diesem Parameter werden dem Patienten in gleicher Weise wie bei den ersten beiden Parametern Bilder und Zeichnungen von Objekten gezeigt, die er benennen muss. Auch dieser Parameter stimuliert vor allem das Broca-Areal. Der visuelle Kortex ist hier ebenfalls stärker aktiviert als beim Verbgeneration-Parameter.

Zusätzlich zu den bereits genannten Indikationen erhält die fMRT auch in der Hirnforschung, Psychiatrie und im Neuromarketing steigende Aufmerksamkeit.

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