Diffusor der Prostata

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Die Diffusionsgewichtete Magnetresonanztomografie abgekürzt DW-MRI von englisch diffusion-weighted magnetic resonance imaging ist ein bildgebendes Verfahrendas mit Hilfe der Magnetresonanztomografie MRT die Diffusionsbewegung von Wassermolekülen in Körpergewebe misst und räumlich aufgelöst darstellt. Wie die klassische MRT ist die diffusionsgewichtete Bildgebung nichtinvasiv : Da der Bildkontrast allein mittels Diffusor der Prostata Feldgradienten erzielt wird, erfordert sie weder eine Injektion von Kontrastmittelnnoch den Einsatz von ionisierender Strahlung.

Die Diffusions-Bildgebung entstand in den er Jahren. Inzwischen wird sie von allen neuen MRT-Geräten unterstützt und hat sich im klinischen Alltag zur Schlaganfall -Diagnose etabliert, da die betroffenen Hirnregionen in diffusionsgewichteten Bildern früher zu erkennen sind als in der klassischen MRT.

Basser und Denis Le Bihan entwickelt. Einige Kliniken setzen sie zur Operations- und Bestrahlungs- Planung ein. Auch die Weiterentwicklung der diffusionsgewichteten Bildgebung selbst ist aktueller Forschungsgegenstand, etwa im Rahmen des Human Connectome Project.

Die Rotationsachse der Protonen präzediert um die z-Achse. Die umgeklappten Momente rotieren zunächst phasengleichso dass der Summenvektor Diffusor der Prostata auch eine rotierende Komponente in der xy-Ebene besitzt.

Dieser Effekt kann mit einer Mess-Spule beobachtet werden, die senkrecht Diffusor der Prostata der xy-Ebene steht; in ihr induziert das rotierende Diffusor der Prostata eine Spannung. Entlang dieser Richtung präzedieren die Kerne nicht mehr mit der gleichen Larmorfrequenz; sie geraten aus der Phase und die in der Mess-Spule induzierte Spannung verschwindet. Aufgrund der identischen Frequenzunterschiede bei umgekehrter Drehrichtung Diffusor der Prostata die magnetischen Momente nun wieder in Phase und es tritt erneut eine Spannung auf, das Spin-Echo.

Dies Diffusor der Prostata allerdings schwächer als das Signal zu Beginn der Sequenz, da ein Diffusor der Prostata der Kerne nicht wieder in Phase gerät — das sind insbesondere diejenigen, die sich während der Messung in Richtung des Gradientenfelds bewegt haben. Wie oben beschrieben schwächen auch Spin-Spin-Wechselwirkungen das Spin-Echo ab; die Auswirkungen von Feldinhomogenitäten werden dagegen durch die Mess-Sequenz eliminiert. Um den Einfluss der Diffusionsbewegung abschätzen zu können, ist daher zum Vergleich eine zweite Aufnahme notwendig, in der kein Gradient geschaltet wird.

Im dreidimensionalen Fall lautet das erste Ficksche Gesetz. Diese ist nicht mit einem Konzentrationsgradienten verbunden, bildet jedoch die physikalische Diffusor der Prostata 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 eingeschränkt ist.

Ziel des Verfahrens ist es, aus der Beobachtung dieser Einschränkung Rückschlüsse auf die Struktur des Gewebes zu ziehen, Diffusor der Prostata dem das Wasser diffundiert. In technischen Anwendungen nutzt man diesen Effekt, Diffusor der Prostata durch Messungen mit variabler Diffusionszeit den Porendurchmesser von mikroporösen Stoffen zu ermitteln. Sie wird als Stejskal-Tanner-Gleichung bezeichnet:.

Da die Genauigkeit der Ergebnisse aufgrund von Rauschen und Mess- Artefakten eingeschränkt ist, werden die Messungen in der Regel wiederholt oder zusätzliche Richtungen herangezogen. Diffusor der Prostata Schätzung des Tensors erfolgt dann beispielsweise nach der Methode der kleinsten Quadrate. Die hohe Zahl von Einzelmessungen erklärt den Zeitaufwand des Verfahrens, der je nach Anzahl der Schnittbilder, benötigter Genauigkeit und Feldstärke des Scanners zwischen einigen Minuten und einer Stunde beträgt.

Insbesondere können sich die Moleküle in Anwesenheit dicht gepackter Nervenfasern entlang der langgestreckten Axone ungehinderter bewegen als quer zu ihnen. Eine solche Interpretation muss berücksichtigen, dass die Axone mit einem Diffusor der Prostata im Mikrometer -Bereich deutlich unterhalb der Auflösung des Verfahrens liegen, die wenige Millimeter beträgt. Das gemessene Signal stellt also einen Mittelwert über ein bestimmtes Volumen dar, der nur dann aussagekräftig ist, wenn das Gewebe innerhalb dieses Gebiets homogen ist.

Auch in Muskelfasern weist die Diffusionsbewegung eine klare Vorzugsrichtung auf. So wurde Diffusor der Prostata Diffusions-Tensor-Modell zuerst mittels Diffusor der Prostata an Skelettmuskeln erprobt, da die Ergebnisse hier leicht zu verifizieren sind. Mit speziell Diffusor der Prostata Mess-Sequenzen ist auch eine Untersuchung des schlagenden Herzens möglich; diese ist jedoch aufwändig und bisher Stand: noch keine klinische Routine.

Diffusor der Prostata vollständiger Diffusions-Tensor-Datensatz enthält mehr Informationen, als der Mensch durch eine einzige Abbildung aufnehmen könnte. Daher wurde eine Vielzahl von Techniken Diffusor der Prostata, die sich jeweils darauf beschränken, bestimmte Aspekte der Daten zu veranschaulichen und sich gegenseitig ergänzen. Grauwerte werden aus den Eigenwerten des Diffusions-Tensors berechnet. Üblich sind vor allem der mittlere Diffusionskoeffizient und die Fraktionale Anisotropie.

Letztere gibt an, wie richtungsabhängig die Diffusion ist und gilt als Indikator für die Unversehrtheit eines Faserbündels. Derartige Bilder werden zur Diagnostik oft rein visuell ausgewertet und ermöglichen zum Beispiel die Diagnose von Schlaganfällen.

Hierbei wird jeder der drei Achsen eine der Grundfarben rot, grün und blau zugeordnet, die bei dazwischen liegenden Richtungen gemischt werden. Einen alternativen Ansatz Diffusor der Prostata die probabilistische Traktografie dar. Sie berechnet für jeden Punkt im Diffusor der Prostata eine Wahrscheinlichkeit, mit der auf Grundlage der Daten eine Nervenverbindung mit einem gegebenen Ausgangsareal angenommen werden kann.

Die Tatsache, dass die Diffusions-Tensor-Bildgebung derzeit das einzige Verfahren ist, das eine nicht-invasive Darstellung der Nervenfaserbündel erlaubt, hat wesentlich zu ihrer Verbreitung beigetragen. Andererseits ist es aufgrund dessen schwierig zu überprüfen, inwiefern die Ergebnisse gängiger Traktografie-Verfahren mit dem tatsächlichen Verlauf der Nervenbahnen übereinstimmen.

Erste Versuche der Validierung im Tierexperiment stützen die Vermutung, dass die Hauptrichtung der Diffusion die Ausrichtung kohärenter Nervenfasern anzeigt [8] und weisen Übereinstimmungen zwischen nichtinvasiver Traktografie und nach dem Tod durchgeführten histologischen Untersuchungen nach.

Als Glyphen werden in der Visualisierung geometrische Körper bezeichnet, deren Form und Ausrichtung die gewünschte Information vermitteln.

Sie bieten die Möglichkeit, die in einem Diffusionstensor enthaltene Information vollständig darzustellen. Die verbreitetsten Tensor-Glyphen sind Ellipsoidederen Halbachsen mit der Stärke der Diffusion in der jeweiligen Richtung skaliert Diffusor der Prostata die längste Halbachse zeigt also in Richtung der stärksten Diffusion.

Ist der Diffusionskoeffizient in allen Richtungen etwa gleich, so ähnelt der Diffusions-Ellipsoid einer Kugel siehe Abbildung. Das betroffene Hirngewebe weist oft schon nach wenigen Minuten geringere Diffusionskoeffizienten auf als die gesunde Umgebung. Dieser Effekt wird darauf zurückgeführt, dass nach Ausfall der Natrium-Kalium-Pumpen im geschädigten Bereich extrazelluläre Flüssigkeit in die Zellen einströmt, wo ihre Diffusionsbewegung stärkeren Einschränkungen unterliegt.

Bei chirurgischen Eingriffen im Gehirn und der Bestrahlung von Hirntumoren ist es wichtig, die Nervenbahnen so weit wie möglich zu erhalten, da ihre Verletzung in der Regel zu bleibenden Funktionsausfällen führt. Bestrahlungsplanung zu berücksichtigen. Da sich das Gehirn während des Diffusor der Prostata 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 Fällen die Einschätzung unterstützen, ob eine Operation überhaupt aussichtsreich ist. Die Diffusions-Tensor-Bildgebung wird zunehmend als Forschungsinstrument in medizinischen und kognitionswissenschaftlichen Studien eingesetzt. Im Zentrum des Interesses stehen hier meist Veränderungen des mittleren Diffusionskoeffizienten Mittlere Diffusivität und der Fraktionalen Anisotropiewobei letztere häufig als Indikator für die Integrität von Nervenfasern interpretiert wird.

So konnte etwa gezeigt werden, dass normale Alterungsprozesse mit einem signifikanten Rückgang der Fraktionalen Anisotropie und einer Erhöhung der mittleren Diffusivität einhergehen. Die Diffusions-Tensor-Bildgebung wird hier auch komplementär 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 Diffusor der Prostata in der herkömmlichen Magnetresonanztomographie als einheitliche Struktur erscheint.

Einen besonderen Schwerpunkt bilden aktuelle Varianten der Diffusions-Bildgebung im Human Connectome Projectdessen Ziel es ist, die natürliche Variabilität des gesunden menschlichen Konnektoms zu untersuchen. Im Rahmen dieses während der Jahre bis mit insgesamt knapp 40 Millionen US-Dollar geförderten Programms werden die Ergebnisse der Diffusions-Bildgebung unter anderem mit Genanalysen und kognitiven Fähigkeiten korreliert.

Der Chemiker Edward O. Stejskal und sein Doktorand John E. Diffusor der Prostata beschrieben bereitswie sich ein kurzzeitig geschaltetes Gradientenfeld in Kernspinresonanz -Experimenten dazu nutzen lässt, die Diffusionsbewegung von Wasserstoff-Kernen zu messen. In den er Jahren schufen Paul Christian Lauterbur und Peter Mansfield mit der ortsaufgelösten Magnetresonanztomografie die Möglichkeit, die Kernspinresonanz zur Bildgebung einzusetzen.

Für diese Daten wurde eine Vielzahl neuer Diffusor der Prostata vorgeschlagen, von denen bislang Stand: keins eine dem Diffusor der Prostata vergleichbare Verbreitung erfahren hat. Aus diesem Grund gibt es kaum Fortschritte in Richtung einer höheren Ortsauflösung des Verfahrens, da kleinere Volumenelemente ein entsprechend schwächeres Ausgangssignal bieten.

Diese Sequenzen führen jedoch besonders häufig zu Artefakten. Diesen Problemen begegnet man zum einen durch Nachbearbeiten der Messdaten im Computer, wodurch die Störungen zum Teil korrigiert werden können. Das Diffusions-Tensor-Modell beschreibt das Diffusionsverhalten innerhalb eines Voxels nur Diffusor der Prostata annähernd korrekt, wenn die Diffusion eine einzige Hauptrichtung besitzt. In den vergangenen Jahren wurden daher Ansätze entwickelt, in sehr vielen 60 und mehr verschiedenen Richtungen diffusionsgewichtete Aufnahmen zu machen, um komplexes Diffusionsverhalten besser erfassen zu Diffusor der Prostata.

Auch die Methoden, mit denen die Daten der Diffusions-Bildgebung für medizinische Studien weiterverarbeitet und ausgewertet werden, sind derzeit Stand: Gegenstand der Forschung. Dies hat sich als problematisch erwiesen, da es schwierig ist, die anatomischen Strukturen verschiedener Individuen perfekt zur Deckung zu bringen und Abweichungen zu irreführenden Diffusor der Prostata widersprüchlichen Studienergebnissen führen können.

Neben verbesserten Algorithmen zur Registrierung werden daher derzeit auch Methoden zur statistischen Auswertung entwickelt, die weniger empfindlich auf Registrierungsfehler reagieren.

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