Hirth, Christina: NICHTINVASIVES OPTISCHES MAPPING UND SPEKTROSKOPIE ZUR FUNKTIONELLEN UNTERSUCHUNG DES GEHIRNS Räumliche, zeitliche und physiologische Aspekte lokaler Veränderungen der Blutoxygenierung bei funktioneller Aktivierung

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Kapitel 3. Ergebnisse

3.1. Multilokuläre NIRS

Bei allen 5 Versuchspersonen zeigte sich bei funktioneller Aktivierung ein lokalisierter Anstieg der Blutoxygenierung. Das charakteristisches Antwortmuster war ein Anstieg des [oxy-Hb] und ein Abfall des [deoxy-Hb]. Abbildung 10 zeigt das charakteristische Muster von Veränderungen des [oxy-Hb] und des [deoxy-Hb] bei funktioneller Aktivierung (für Fingerbewegung) am Beispiel einer Versuchsperson.


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Abb. 10: NIRS Mapping bei einer Versuchsperson während Durchführung einer sequentiellen Fingerbewegung. Dargestellt ist der Zeitverlauf für [oxy-Hb] und [deoxy-Hb] in den einzelnen Messorten entsprechend der Anordnung der Optodenpositionen über dem linken frontalen und parietalen Kortex. (Mittelung aus 5 Stimulationsdurchgängen; die Stimulationsperiode ist gelb gekennzeichnet).


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3.1.1. Räumliche und zeitliche Charakteristik der Veränderungen von [oxy-Hb] und [deoxy-Hb]

[Oxy-Hb] und [deoxy-Hb] Veränderungen zeigen ein unterschiedliches zeitliches und räumliches Muster. Die [oxy-Hb] Antwort zeigt einen biphasischen Zeitverlauf mit einem raschen initialen Anstieg, der ca. 5 sec nach Stimulationsbeginn ein Maximum erreicht. Dieser initiale Peak ist mit hoher zeitlichen Konsistenz bei allen Probanden und unabhängig vom Stimulationsparadigma in mehreren Messpositionen erkennbar. Nach diesem raschen initialen Anstieg folgt noch während der Stimulation ein Abfall auf unterschiedliches Niveau. Die Antwort mündet entweder in ein Plateau bei etwas geringerer Amplitude, kehrt auf Baselinewerte zurück oder sinkt noch während der Stimulation deutlich unterhalb die Baseline ab. Diese Variabilität im Antwortmuster setzt sich bis in die Poststimulationsperiode hinein fort.

Im Gegensatz zum [oxy-Hb] Anstieg ist der Abfall des [deoxy-Hb] durch einen monophasischen Zeitverlauf charakterisiert. Mit einer Latenz von ca. 8 Sekunden nach Stimulationsbeginn kommt es zu einem plateauartigen Abfall des [deoxy-Hb]. Wenige Sekunden nach Beendigung der Stimulation kehren die Werte wieder auf Baselineniveau zurück. Gelegentlich zeigt sich ein poststimulatorischer Overshoot. Im Gegensatz zur [oxy-Hb] Antwort finden sich kaum Variationen im Zeitverlauf.

Der Anstieg des [oxy-Hb] und der Abfall des [deoxy-Hb] zeigen ein lokales Maximum. Auffällig ist dabei ein Mismatch in der räumlichen Ausdehnung der [oxy-Hb] und der [deoxy-Hb] Antwort. Der [oxy-Hb] Anstieg ist mit größerer Variabilität im Antwortmuster durch eine ausgedehntere räumliche Verteilung vor allem in der initialen Phase der Stimulation gekennzeichnet, während der [deoxy-Hb] Abfall stärker lokalisiert auftritt. Daraus ergibt sich ein unterschiedliches Verhältnis zwischen [oxy-Hb] Anstieg und [deoxy-Hb] Abfall in den unterschiedlichen Messpositionen. Vor allem in den Randbereichen des Messareals ist die [oxy-Hb] Antwort nicht mit einem Abfall im [deoxy-Hb] verbunden. Hier finden sich auch abweichende Antwortmuster mit einem Abfall im [oxy-Hb] oder einem Anstieg im [deoxy-Hb].


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Abb. 11: Maps der dynamischen Veränderungen von [oxy-Hb] und [deoxy-Hb] im Zeitverlauf (Mittelwert über jeweils 5 sec). Der zeitlichen Delay zwischen Beginn der [oxy-Hb] und [deoxy-Hb] Antwort, sowie die Unterschiede in der räumliche Ausdehnung der [oxy-Hb] Antwort im Vergleich zur [deoxy-Hb] Antwort sind deutlich erkennbar.


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3.1.2. Charakteristik der Veränderungen der Blutoxygenierung in Abhängigkeit vom Stimulationsparadigma

Die Durchführung der unterschiedlichen Stimulationsparadigma resultiert prinzipiell in einem gleichen charakteristischen Antwortmuster mit einem lokalisierten Anstieg des [oxy-Hb] und einem lokalisierten Abfall im [deoxy-Hb]. Es zeigen sich jedoch Unterschiede in der quantitativen Ausprägung der Antwort und in der Lokalisation der maximalen Veränderungen.

Während die [oxy-Hb] Antwort nur geringfügige Unterschiede in der räumlichen und zeitlichen Charakteristik in allen drei Aktivierungsparadigmen aufweist finden sich deutliche Unterschiede in der Lokalisation der maximalen Veränderungen des [deoxy-Hb].


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Abb. 12: Veränderungen des [oxy-Hb] und des [deoxy-Hb] bei Aktivierung unterschiedlicher motorischer Kortexareale. Dargestellt sind jeweils die Mittelwerte (mit Standardabweichung) für Veränderungen von [oxy-Hb] und [deoxy-Hb] bei 4 Versuchspersonen. Es zeigen sich deutliche Unterschiede in der quantitativen Ausprägung und der Lokalisation maximaler Veränderungen im [deoxy-Hb].


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3.1.3. Lokalisation der maximalen Antwort im Messareal

Unterschiede in der Lokalisation der Oxygenierungsantwort im Messareal wurden anhand der Messpositionen mit signifikanter Differenz zwischen Ruhe und Aktivierungsphase mittels gepaartem t-Test bestimmt (Tabelle 2).

Tabelle 2: Messpositionen mit signifikanten Veränderungen im [oxy-Hb] und [deoxy-Hb] für die drei unterschiedlichen motorischen Stimulationsparadigma

Finger

Fuß

Ellbogen

[oxy-Hb]

[deoxy-Hb]

[oxy-Hb]

[deoxy-Hb]

[oxy-Hb]

[deoxy-Hb]

1 AF

5

5, 8

-

5

-

5

2. DS

-

2, 5, 6

-

6, 12

-

9

3 JB

-

5

-

10

-

5, 7, 8

4. JR

-

-

-

7

-

8

5. RK

6

6

-

12

-

7, 10, 12

Übersicht über Messpositionen mit signifikanten Veränderungen (über die gesamte Stimulationsdauer) bei den einzelnen untersuchten Personen getrennt nach Stimulationsparadigma. Die Numerierung der Messpositionen entspricht der Numerierung in der schematischen Darstellung der Optodenpositionierung in Abb. 7b. Messposition 5 entspricht der topographischen Lokalisation von C3 anhand des internationalen EEG 10/20 Systems.

Der Anstieg im [oxy-Hb] erreicht beim Mittelwertvergleich über die gesamte Stimulationsperiode nur bei 2 Versuchspersonen signifikantes Niveau. Bei Testung des initialen Peak fanden sich bei allen Versuchspersonen signifikante Veränderungen. Diese waren wenig spezifisch in einer größeren Anzahl von Messpositionen detektierbar. Signifikante Veränderungen des [deoxy-Hb] fanden sich bei sequentieller Fingerbewegung bei 4 von 5 Versuchspersonen und bei allen Versuchspersonen für Ellbogen und Fußbewegung.

Die Lokalisation signifikanter Veränderungen bei Fingerbewegung fanden sich typischerweise im Bereich von C3 (Messposition 5) und in angrenzenden Meßpositionen. Bei einer Versuchsperson waren die Veränderungen bei Fingerbewegung nicht signifikant, obwohl im Durchschnitt der Einzeldurchgänge eine lokalisierte Antwort mit einem maximalem Anstieg des [oxy-Hb] und einem Abfall des [deoxy-Hb] im Bereich von C3 deutlich zu detektieren war.


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Bei Ellbogenbewegung fanden sich signifikante [deoxy-Hb] Veränderungen in C3 sowie zusätzlich in angrenzenden Messpositionen die jeweils rostral und medial von C3 lokalisiert waren (Messpositionen 7 und 8). Fußbewegung zeigte im Mittel die geringsten quantitativen Veränderungen verglichen mit den beiden anderen motorischen Stimulationsparadigmen. Signifikante Veränderungen des [deoxy-Hb] fanden sich erwartungsgemäß in Messpositionen in der Nähe des Vertex (10 und 12), jedoch darüber hinaus bei zwei Versuchspersonen auch in Messpositionen in der Nähe von C3. Bei Fussbewegung waren die Veränderungen in C3 bei diesen Versuchspersonen im Vergleich zu Finger- und Handbewegung jeweils signifikant geringer.

Demnach resultiert die Aktivierung unterschiedlicher motorischer Kortexareale bei drei der fünf Versuchspersonen in deutlichen Unterschieden in der Lokalisation der maximalen [deoxy-Hb] Antwort. Bei allen fünf Versuchspersonen finden sich quantitative Unterschieden in der Ausprägung der Oxygenierungsantwort.

3.1.4. Bezug zur topographischen Lokalisation im 3D MRT

Die Aktivierung unterschiedlicher motorischer Kortexareale zeigt eine unterschiedliche Lokalisation der maximalen Antwort im Messareal. Dies erlaubt nur ungenaue Rückschlüsse auf die mutmaßlich signalgebenden Hirnstrukturen, da die Lokalisation der Messpositionen an der Schädeloberfläche interindividuell mit Bezug auf die gemessenen Kortexstrukturen variieren kann. Mithilfe des 3D MRT wurden die Veränderungen der Oxygenierungsparameter daher in einem topographischen Bezug zu den zugrundeliegenden Kortexstrukturen untersucht. Hierfür wurde entsprechend den theoretischen und experimentellen Kenntnissen zum Messvolumen der NIRS, das für eine Messposition mutmaßlich signalgebende Kortexareal im Bereich zwischen Sender- und Empfängeroptode in den drei verfügbaren MRT-Schnittebenen markiert.

Bei allen Versuchspersonen war das Meßarray jeweils dem Sulcus centralis, sowie angrenzenden Strukturen überlagert. Es zeigt sich, daß sich interindividuelle Unterschiede der anatomischen Verhältnisse im Verlauf des Sulcus centralis, sowie der angrenzenden Strukturen aufgrund der Größe des Messvolumens nur geringfügig auf die interindividuelle Vergleichbarkeit der Messpositionen auswirken.


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Abb. 13: zeigt die Lokalisation der Optoden in ihrem topographischen Bezug zu den darunterliegenden kortikalen Strukturen am Beispiel einer Versuchsperson.

Der maximale Anstieg der Blutoxygenierung findet sich jeweils in einem engen topographischen Bezug zu den mutmaßlich aktivierten Kortexstrukturen entlang des Sulcus centralis und folgt annähernd einer somatotopischen Repräsentation. Dies gilt insbesondere für die signifikanten Veränderungen im [deoxy-Hb]. Eine Differenzierung des Beitrags von prä- und postzentralen Strukturen ist jedoch aufgrund der schlechten räumlichen Auflösung nicht möglich. Bei Fingerbewegung finden sich die Messpositionen mit signifikantem Abfall im [deoxy-Hb] erwartungsgemäß am weitesten lateral mit topographischem Bezug zum sensomotorischen Handareal, während die maximale [deoxy-Hb] Antwort bei Ellbogenbewegung mit Überschneidungen weiter medial lokalisiert war. Demgegenüber war die topographische Lokalisation der geringeren Veränderungen bei Fußbewegung weniger deutlich. Bei den meisten Versuchspersonen zeigt das anatomische MRT, daß der Liquorraum im Bereich des Vertex größer ist und die kortikalen Strukturen daher weiter von der Schädeloberfläche entfernt liegen als an der lateralen Konvexität.

Die topographische Lokalisation der Veränderungen des [deoxy-Hb] bei Durchführung der drei unterschiedlichen Stimulationsparadigma ist am Beispiel eines Probanden in Abbildung 13 dargestellt. Zur besseren Veranschaulichung der räumlichen Charakteristik der Oxygenierungsantwort wurde mittels linearer Interpolation eine Matrix erstellt und die Stärke der Veränderungen in einem Colormap dargestellt. Der maximale [deoxy-Hb] Abfall findet sich entlang des Sulcus


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centralis und entspricht grob der bekannten somatotopischen Repräsentation der Bewegungsmuster.


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Abb. 14: Topographische Lokalisation von Veränderungen der Blutoxygenierung bei Durchführung unterschiedlicher motorischer Aktivierungsparadigma am Beispiel einer Versuchsperson. Dargestellt ist die räumliche Charakteristik der [deoxy-Hb] Veränderungen bei Durchführung der drei unterschiedlichen motorischen Aktivierungsparadigma in Form eines Colormaps sowie die topographische Lokalisation der Messpositionen mit signifikanten Veränderungen im [deoxy-Hb] (gelbe Markierung) in den entsprechenden coronaren Einzelschichten des anatomischen MRT.


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3.1.5. Zusammenfassung

Mithilfe multilokulärer Messung ließ sich bei funktioneller Aktivierung des Gehirns ein lokalisierter Anstieg der Blutoxygenierung detektieren. Diese Veränderungen der Blutoxygenierung zeigen einen engen topographischen Bezug zu den aktivierten Hirnstrukturen und variieren in ihrer Lokalisation in Abhängigkeit von der Lokalisation des jeweils aktivierten Kortexareals. Es findet sich ein Mismatch in der räumlichen und zeitlichen Charakteristik der [oxy-Hb] und der [deoxy-Hb] Antwort. Der [deoxy-Hb] Abfall ist stärker lokalisiert und zeigt eine engere topographische Übereinstimmung mit den mutmaßlich aktivierten Kortexarealen.


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3.2. Simultane Messung von Veränderungen der Blutflußgeschwindigkeit und der Blutoxygenierung.

Bei funktioneller Aktivierung zeigten 8 von 13 untersuchten Probanden regional Veränderungen der Blutoxygenierung sowie der Blutflußgeschwindigkeit in der versorgenden MCA. Bei den übrigen Versuchspersonen war entweder keine Veränderung in der Blutoxygenierung oder der Blutflußgeschwindigkeit oder keine Veränderungen in beiden Parametern zu detektieren. Für den Vergleich des Zeitverlaufs der beiden Antworten wurden nur die Personen weiter ausgewertet, bei denen sich in beiden Messmethoden Veränderungen fanden.


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Abb. 15: Zeitverlauf der regionalen Veränderungen der Blutoxygenierung und der Blutflußgeschwindigkeit bei funktioneller Aktivierung des Gehirns. Die NIRS-Messungen erfolgten über dem linken motorischen Kortex, die Messungen von Veränderungen der Blutflußgeschwindigkeit (CBFV) mit der TCD erfolgten simultan in der zuführenden linken MCA. Dargestellt sind jeweils die Veränderungen der Blutoxygenierung und der Blutflußgeschwindigkeit bei sequentieller Fingerbewegung der rechten (contralateralen) und der linken (ipsilateralen) Hand (Gesamtmittelung der Ergebnisse von 8 Versuchspersonen). Die gelbe Box markiert die Stimulationsphase. Die gestrichelten Linien geben die Einteilung der Zeitfenster für die Korrelationsanalyse wieder.


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Bei Durchführung der sequentiellen Fingerbewegung zeigte die NIRS Messung einen Anstieg des [oxy-Hb] und einen Abfall des [deoxy-Hb] über dem linken Motorkortex. In der simultanen TCD Messung fand sich parallel hierzu ein Anstieg der Blutflußgeschwindigkeit in der zuführenden linken MCA.

Sowohl die Änderungen der Oxygenierungsparameter als auch die Blutflußgeschwindigkeitsänderungen zeigten bei anhaltender Aktivierung über eine Minute Stimulationsdauer eine charakteristische zeitliche Dynamik mit einem biphasischen Verlauf. Ähnlich wie bei kurzer Stimulationsdauer kommt es in der initialen Phase der Stimulation zu einem raschen kurzzeitigen Anstieg der Blutoxygenierung und der Blutflußgeschwindigkeit. Dieser initiale Peak wird von einem langsamen kontinuierlichen zweiten Anstieg bei anhaltender Aktivierung gefolgt (siehe Abb. 15).

3.2.1. Zeitverlauf der Oxygenierungsantwort

Bei Durchführung der sequentiellen Fingerbewegung über eine Minute Dauer zeigt sich ein anhaltender Anstieg der Blutoxygenierung über dem linken motorischen Kortex.

Innerhalb von 9,6 ± 2 Sekunden kommt es zu einem schnellen initialen Anstieg des [oxy-Hb]. Nach einem partiellen Rückgang auf ungefähr zwei Drittel des initialen Peaks folgt ein zweiter kontinuierlicher Anstieg, der bis wenige Sekunden nach Ende der Stimulation anhält und höhere Werte erreicht als das initiale Maximum. Nach Beendigung der Stimulation fällt die Konzentration des [oxy-Hb] rasch ab und erreicht innerhalb von wenigen Sekunden wieder Baseline-Niveau. Ein poststimulatorischer Undershoot ist nur in einzelnen Versuchspersonen erkennbar.

Dem Anstieg des [oxy-Hb] folgt mit einer zeitlichen Verzögerung von wenigen Sekunden ein in etwa spiegelbildlicher Abfall des [deoxy-Hb]. Innerhalb von 13,1 ± 3,9 Sekunden zeigt sich ein plateauartiger Abfall des [deoxy-Hb], der gefolgt wird von einem partiellen Wiederanstieg und einem erneuten langsamen kontinuierlichen Abfall, der nach Beendigung der Stimulation in einen poststimulatorischen Overshoot mündet. [Oxy-Hb] Anstieg und [deoxy-Hb] Abfall zeigen im Verlauf der Stimulation ein unterschiedliches Verhältnis.

Das [total-Hb] zeigt ebenfalls einen biphasischen Anstieg. Der Zeitverlauf gleicht dem des [oxy-Hb] und weist einen stärkeren Anstieg während der späten Phase der Stimulation verglichen mit


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der initialen Phase der Stimulation auf. Ein ähnliches Muster findet sich auch in den Veränderungen des [diff-Hb].

3.2.2. Zeitverlauf der Blutflußgeschwindigkeitsantwort

Bei funktioneller Aktivierung findet sich in der TCD Messung ein Anstieg der CBFV in der zuführenden linken MCA. Dieser Anstieg des CBFV zeigt ebenfalls im Verlauf der Stimulation ein dynamisches biphasisches Muster. Innerhalb von 8,5 ± 1,3 Sekunden steigt die Blutflußgeschwindigkeit stark an, fällt danach bei anhaltender Fingerbewegung wieder auf Baselinewerte ab und zeigt einen zweiten langsameren Anstieg im späteren Verlauf der Stimulationsperiode. Dieser späte Anstieg erreicht im Durchschnitt nur geringfügig höhere Werte als der initiale Peakwert (siehe Tabelle 3).

3.2.3. Vergleich der Oxygenierungsantwort und der Blutflußgeschwindigkeitsantwort

Der Anstieg der Blutflußgeschwindigkeit in der linken MCA erfolgt parallel mit dem Anstieg des [oxy-Hb] und dem Abfall des [deoxy-Hb]. Beide Antworten zeigen eine starke Ähnlichkeit im Antwortmuster. Daneben finden sich die folgenden zeitabhängigen Unterschiede:

-Während die CBFV nach dem initialen Anstieg auf Baselinewerte zurückkehrt, kommt es nur zu einem partiellen Rückgang der Oxygenierungsänderungen.

-Vergleicht man initiale und späte Phase der Stimulation so kommt es nach dem initialen Peak mit dem zweiten langsameren Anstieg des CBFV zu einem deutlich höheren Anstieg des [oxy-Hb] im späteren Verlauf der Stimulation, während das [deoxy-Hb] ähnlich dem CBFV Anstieg etwa gleich stark abfällt wie in der initialen Phase der Stimulation.

Mit dem zweiten langsameren Anstiegs des CBFV kommt es zu einer Verschiebung im Verhältnis von [oxy-Hb] Anstieg und [deoxy-Hb] Abfall in der späten Phase der Stimulation. Dementsprechend korrespondiert der CBFV Anstieg mit einem geringeren Anstieg des [totalen Hb] in der initialen Phase und einem stärkeren Anstieg des [totalen Hb] in der späten Phase der Stimulation.


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Tabelle 3: Mittlere Veränderungen der Oxygenierungsparameter und der Blutflußgeschwindigkeit bei kontralateraler und bei ipsilateraler Fingerbewegung.

Kontralaterale Fingerbewegung (rechte Hand)

Initialer Peak

Spätes Maximum

Delta CBFV

li. MCA

3.6 (± 2.9) cm/sec

5.7 (± 4.6) %

3.9 (± 1.9) cm/sec

6.2 (± 3.0) %

1.8 (± 1.5) cm/sec

2.9 (± 2.4) %

Delta [oxy-Hb]

0.42 (± 0.4) AU

0.68 (± 0.4) AU

0.41 (± 0.35) AU

Delta [deoxy-Hb]

- 0.13 (± 0.2) AU

- 0.20 (± 0.2) AU

- 0.14 (± 0.12) AU

Delta [total-Hb]

0.30 (± 0.5) AU

0.49 (± 0.5) AU

0.27 (± 0.36) AU

Delta [diff-Hb]

0.53 (± 0.40) AU

0.87 (± 0.47) AU

0.54 (± 0.38) AU

Ipsilaterale Fingerbewegung (linke Hand)

Initialer Peak

Spätes Maximum

Delta CBFV

li. MCA

2.0 (± 1.4) cm/sec

3.2 (± 2.2) %

1.7 (± 2.1) cm/sec

2.7 (± 3.3) %

0.2 (± 2.4) cm/sec

1.27 (± 3.8) %

Delta [oxy-Hb]

0.15 (± 0.2) AU

0.34 (± 0.4) AU

0.16 (± 0.3) AU

Delta [deoxy-Hb]

-0.01 (± 0.1) AU

- 0.05 (± 0.1) AU

- 0.03 (± 0.09) AU

Delta [total-Hb]

0.15 (± 0.3) AU

0.29 (± 0.4) AU

0.13 (± 0.3) AU

Delta [diff-Hb]

0.18 (± 0.24) AU

0.41 (± 0.4) AU

0.19 (± 0.3) AU

Mittelwerte der Veränderungen der Oxygenierungsparameter und der Blutflußgeschwindigkeitsänderungen für die gesamte Dauer der Stimulation, sowie getrennt nach initialer und später Phase der Aktivierung. Gegeben sind jeweils Mittelwert und Standardabweichung für 8 Probanden bei kontralateraler und ipsilateraler Fingerbewegung (signifikanter Unterschied zwischen ipsilateraler und kontralateraler Fingerbewegung p < 0,05).

3.2.4. Ipsi- kontralateral Vergleich

Bei Durchführung der sequentiellen Fingerbewegung mit der ipsilateralen linken Hand kommt es ebenfalls zu einem jedoch geringeren Anstieg der Blutoxygenierung über dem linken parietalen Kortex, der ebenfalls von einem Anstieg der Blutflußgeschwindigkeit in der linken MCA begleitet wird. Im Vergleich zur kontralateralen Fingerbewegung zeigt sich ein ähnlicher Zeitverlauf. Die


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Veränderungen der Blutoxygenierung betragen etwa ein Drittel bis die Hälfte, die Veränderungen der Blutflußgeschwindigkeit etwa die Hälfte der kontralateralen Antwort (siehe Tabelle 3).

Im Gegensatz zur kontralateralen Fingerbewegung zeigt sich im Zeitverlauf sowohl der Blutoxygenierungs-, wie der Blutflußgeschwindigkeitsantwort, verglichen mit der kontralateralen Fingerbewegung, ein stärkerer Rückgang der Veränderungen nach dem initialen Peak. Die Oxygenierungsänderungen kehren auf Baseline-Werte zurück, die Veränderung der Blutflußgeschwindigkeit fallen gar unterhalb die Baseline ab. Der statistische Vergleich der Peakmittelwerte ergibt eine signifikante kontralaterale Dominanz für [oxy-Hb], [deoxy-Hb], und CBFV in der initialen und der späten Phase der Stimulation während die Veränderungen im [total-Hb] erst in der späten Phase der Stimulation einen signifikanten ipsi- kontralateralen Unterschied zeigen.

3.2.5. Zeitlicher Zusammenhang zwischen Veränderungen der Blutoxygenierung und Änderungen der Blutflußgeschwindigkeit.

Die starke Ähnlichkeit im Zeitverlauf läßt einen engen zeitlichen Zusammenhang zwischen Veränderungen der Blutflußgeschwindigkeit und Veränderungen der Blutoxygenierung vermuten.

Dies bestätigt sich in der Korrelationsanalyse. Die Korrelation ergibt hochsignifikante Werte zwischen Blutflußgeschwindigkeitsänderungen und den Veränderungen der einzelnen Oxygenierungsparameter (siehe Tabelle 4). Der Anstieg der CBFV korreliert positiv mit dem Anstieg des [oxy-Hb] und negativ mit dem Abfall des [deoxy-Hb]. Zur Beschreibung des Zusammenhanges im Verlauf der Stimulation wurde die Zeitreihenkorrelation zusätzlich in verschiedenen Zeitfenstern durchgeführt.

Die Ergebnisse zeigen, daß das Verhältnis zwischen Blutflußgeschwindigkeitsänderungen und der Veränderungen der Oxygenierungsparameter im Zeitverlauf nicht konstant ist. [Oxy-Hb] korreliert hoch signifikant im initialen Anstieg und im späten Anstieg, zeigt jedoch keine signifikante Korrelation mit dem Rückgang der Blutflußgeschwindigkeit nach dem initialen Peak. Im Gegensatz hierzu weist der [deoxy-Hb] Abfall über die gesamte Stimulationsperiode eine signifikant hohe Korrelation mit den Veränderungen der Blutflußgeschwindigkeit auf.


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Tabelle 4: Ergebnisse der Zeitreihenkorrelation zwischen Veränderungen der CBFV und den Veränderungen der einzelnen Oxygenierungsparamenter während initialer und später Phase der Aktivierung

Kontralaterale Fingerbewegung (Rechte Hand)

Zeit nach Stimulationsbeginn (Sekunden)

0 - 80

0 - 10

10 - 20

20 - 30

30 - 65

65 - 75

Delta [oxy-Hb]/

Delta CBFV

r = 0.79

r2 = 0.62

p<0.001

r = 0.94

r2 = 0.88

p<0.001

r = 0.62

r2 = 0.39

p<0.05

r = 0.42

r2 = 0.17

n.s

r = 0.91

r2 = 0.83

p<0.001

r = 0.36

r2 = 0.13

n.s.

Delta [deoxy-Hb]/

Delta CBFV

r = 0.73

r2 = 0.54

p<0.001

r = 0.82

r2 = 0.67

p<0.01

r = 0.68

r2 = 0.46

p<0.05

r = 0.68

r2 = 0.46

p<0.05

r = 0.83

r2 = 0.69

p<0.001

r = 0.95

r2 = 0.89

p<0.001

Delta [total-Hb]/

Delta CBFV

r = 0.74

r2 = 0.54

p<0.001

r = 0.87

r2 = 0.77

p<0.001

r = 0.17

r2 = 0.03

n.s.

r = 0.11

r2 = 0.61

n.s.

r = 0.87

r2 = 0.75

p<0.001

r = 0.80

r2 = 0.65

p<0.01

Delta [diff-Hb]/

Delta CBFV

r = 0.80

r2 = 0.64

p<0.001

r = 0.93

r2 = 0.86 p<0.001

r = 0.86

r2 = 0.75

p<0.001

r = 0.61

r2 = 0.38

p<0.05

r = 0.93

r2 = 0.86

p<0.001

r = 0.81

r2 = 0.65

p<0.01

Ipsilaterale Fingerbewegung (Linke Hand)

Zeit nach Stimulationsbeginn (Sekunden)

0 - 80

0 - 10

10 - 20

20 \|-\| 30

30 - 65

65 - 75

Delta [oxy-Hb]/

Delta CBFV

r = 0.71

r2 = 0.52

p<0.01

R = 0.73

R2 = 0.53

P<0.01

r = 0.87

r2 = 0.77

p<0.001

r = 0.54

r2 = 0.30

n.s

r = 0.84

r2 = 0.71

p<0.001

r = 0.30

r2 = 0.09

n.s.

Delta [deoxy-Hb]/

Delta CBFV

r = 0.61

r2 = 0.37

p<0.05

R = 0.48

R2 = 0.23

n.s.

r = 0.02

r2 = 0.0

n.s.

r = 0.70

r2 = 0.50

p<0.05

r = 0.55

r2 = 0.30

p<0.001

r = 0.86

r2 = 0.74

p<0.001

Delta [total-Hb]/

Delta CBFV

r = 0.61

r2 = 0.38

p<0.05

R = 0.44

R2 = 0.20

n.s.

r = 0.92

r2 = 0.85

p<0.001

r = 0.65

r2 = 0.42

p<0.05

r = 0.78

r2 = 0.61

p<0.001

r = 0.76

r2 = 0.58

p<0.01

Delta [diff-Hb]/

Delta CBFV

r = 0.75

r2 = 0.56

p<0.01

R = 0.73

R2 = 0.53

P<0.01

r = 0.70

r2 = 0.50

p<0.05

r = 0.22

r2 = 0.04

n.s.

r = 0.87

r2 = 0.76

p<0.001

r = 0.57

r2 = 0.32

n.s.

gegeben sind die Werte für den Korrelationskoeffizienten, das Bestimmtheitsmaß sowie das Signifikanznineau für die Korrelation über die gesamte Stimulationsdauer sowie für die Korrelation in den einzelnen Zeitfenstern.


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Abb. 16: Steigung der Regressionsgeraden während initialer und später Phase der Aktivierung bei ipsilateraler und kontralateraler Fingerbewegung. Es zeigt sich ein höherer Wert für die Steigung in der späten Phase der Stimulation für CBFV versus [oxy-Hb], [total-Hb] und [Hb-diff] sowie ein geringerer Wert für [deoxy-Hb]

Die Steigungen der Regressionsgeraden für die Zeitfenster in initialen und späten Anstieg sind in Abb. 16 dargestellt. Es zeigen sich unterschiedliche quantitative Verhältnisse zwischen Veränderungen des CBFV und Oxygenierungsänderungen in der initialen und der späten Phase der Stimulation. Für die Korrelation CBFV/[oxy-Hb] findet sich bei annähernd gleichem Anstieg der CBFV eine höhere Steigung der Regressionsgeraden während der späten Phase der Stimulation im Vergleich zur initialen Phase der Stimulation. Demgegenüber zeigt sich für das Verhältnis CBFV/[deoxy-Hb] eine geringere Steigung während der späten Phase der Stimulation verglichen mit der initialen Phase der Stimulation.

Mithilfe einer Regressionsanalyse mit Kurvenanpassung läßt sich dieser Zusammenhang im Zeitverlauf mathematisch beschreiben. Es findet sich eine unterschiedliche Beziehung zwischen Veränderungen der Blutflußgeschwindigkeit und Veränderungen des [oxy-Hb] und des [deoxy-


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Hb]. Der [deoxy-Hb] Abfall verändert sich linear mit dem Anstieg des CBFV, während der [oxy-Hb] Anstieg in einem nichtlinearen Verhältnis zum Anstieg der CBFV erfolgt.

Abb. 17: Zusammenhang zwischen CBFV Anstieg und Veränderungen im [oxy-Hb] und [deoxy-Hb.] Es zeigt sich eine nichtlinearen Zusammenhang zwischen CBFV Anstieg und [oxy-Hb] Anstieg sowie ein linearen Zusammenhang zwischen CBFV Anstieg und [deoxy-Hb] Abfall.


56

3.2.6. Zusammenfassung

Bei motorischer Aktivierung über 60 sec Stimulationsdauer findet sich ein anhaltender Anstieg der Blutoxygenierung. Die Veränderungen zeigen einen dynamischer biphasischer Zeitverlauf mit einem schnellen Anstieg zu Beginn der Stimulation, der von einem zweiten langsamen Anstieg im späteren Verlauf der Stimulation gefolgt wird. Der Anstieg des [oxy-Hb] und der Abfall des [deoxy-Hb] erfolgen parallel zu einem Anstieg der Blutflußgeschwindigkeit in der zuführenden MCA. Beide Antworten zeigen eine starke Ähnlichkeit im Antwortmuster, korrelieren jedoch unterschiedlich im Zeitverlauf. Der Zeitverlauf der Blutflußgeschwindigkeitsänderungen korreliert signifikant sowohl mit dem Anstieg des [oxy-Hb] und als auch dem Abfall der [deoxy-Hb]. Diese Korrelation variiert über den Zeitverlauf. Es besteht eine unterschiedliche Beziehung zwischen Veränderungen des CBFV und den jeweiligen Veränderungen im [oxy-Hb] und im [deoxy-Hb]. Zwischen CBFV Anstieg und [oxy-Hb] Anstieg zeigt sich ein nichtlinearer und zwischen CBFV Anstieg und [deoxy-Hb] Abfall ein linearer Zusammenhang.


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