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 5. Zusammenfassung

Optische Methoden wie die Erfassung sogenannter instrinsischer Signale am eröffneten Kortex, sowie die nichtinvasive Technik der Nahinfrarot-Spektroskopie (NIRS) ermöglichen die direkte, biochemisch spezifische Erfassung von Veränderungen der zerebralen Hämoglobinoxygenierung sowie der Hämoglobinkonzentration. Während die invasive Messung intrinsischer Signale auf tierexperimentelle Untersuchungen sowie intraoperative Messungen beschränkt ist, bietet die nichtinvasive NIRS die bisher einzigartige Perspektive eines Monitorings dieser Parameter am Krankenbett.

Die nichtinvasiven NIRS-Messungen waren allerdings bislang zumeist auf einzelne Messorte begrenzt. Daneben ist der Einfluß bestimmter anatomischer Strukturen sowie die Bedeutung der gemessenen NIRS Parameter im Sinne zugrundeliegender physiologischer Vorgänge im Rahmen der neurovaskulären Kopplung bislang nur unzureichend untersucht.

Ziel der voliegenden Untersuchung war es das räumlich-zeitliche Muster von Veränderungen der Blutoxygenierung bei funktioneller Aktivierung des Gehirns nichtinvasiv im Menschen zu erfassen und im Zusammenhang mit den zugrundeliegenden topographisch anatomischen Strukturen zu beschreiben. Mithilfe multilokulärer Messungen sollte die Möglichkeit einer räumlich aufgelösten Messung geprüft werden und damit die Grundlage für die bildgebende Darstellung von Veränderungen der Blutoxygenierung geschaffen werden. Die Möglichkeit der räumlichen Diskrimination der Signale sollte anhand der Aktivierung unterschiedlicher motorischer Kortexareale evaluiert werden. Weiterhin sollte durch den Vergleich der mit der NIRS gemessenen Veränderungen der Blutoxygenierung mit Veränderungen der Blutflußgeschwindigkeit in den entsprechenden hirnversorgenden arteriellen Gefäßen der Einfluß hämodynamischer Veränderungen im Rahmen der neurovaskulären Kopplung auf den Zeitverlauf der an der Hirnoberfläche gemessenen Veränderungen der Blutoxygenierung untersucht werden.

Der methodische Ansatz dieser Arbeit beinhaltete die multilokuläre Erfassung von Verän-derungen der Blutoxygenierung mittels NIRS bei Durchführung verschiedener motorischer Aktivierungsparadigma und die Integration der dabei gewonnenen Daten mit dreidimensionalen kernspintomographischen Daten an denselben Probanden, um eine anatomische Zuordnung der


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NIRS-Daten zu ermöglichen. In einem zweiten Versuchsansatz wurden simultan zur NIRS-Messung Veränderumgen der Blutflußgeschwindigkeit in der Arteria cerebri media mithilfe der transkraniellen Dopplersonographie (TCD) erfaßt. Insgesamt wurden 18 Probanden untersucht, davon wurde bei fünf Probanden mithilfe multilokulärer Messungen ein NIRS-Mapping und bei 13 Probanden eine simultane TCD-NIRS Messung bei funktioneller Aktivierung des Gehirns durchgeführt.

Mithilfe des NIRS Mapping konnte ein lokalisierter Anstieg der Blutoxygenierung bei moto-rischer Bewegung von Finger, Fuß und Ellbogen dargestellt werden. Als typisches Muster dieser lokalen Veränderungen zeigte sich ein Anstieg der oxy-Hb Konzentration sowie ein Abfall der deoxy-Hb Konzentration. Durch den Vergleich mit den kernspintomographischen Daten konnte gezeigt werden, daß die gemessenen Veränderungen mit den topographisch-anatomischen Lokali-sationen der mutmaßlich aktivierten Hirnareale entsprechend der bekannten somatotopischen Gliederung des motorischen Kortex übereinstimmten. Dabei waren die Veränderungen der deoxy-Hb Konzentration stärker lokalisiert und wiesen einen engeren topographischen Bezug zu den aktivierten Hirnstrukturen auf als die Veränderungen der oxy-Hb Konzentration.

In der simultanen TCD-NIRS Messung konnte ein enger Zusammenhang zwischen Ver-änderungen der Blutoxygenierung und den Veränderungen der Blutflußgeschwindigkeit in der dieses Gebiet versorgenden Arteria cerebri media gezeigt werden. Es zeigte sich, daß Veränderungen der deoxy-Hb Konzentration linear, Veränderungen der oxy-Hb Konzentration jedoch nichtlinear mit der Blutflußgeschwindigkeit korrelierten.

Die vorliegenden Untersuchungen lassen die Schlußfolgerung zu, daß mithilfe multilokulärer NIRS-Technik die Untersuchung des räumlichen und zeitlichen Verlaufes von Veränderungen der Blutoxygenierung und damit eine nichtinvasive bildgebende Erfassung von Veränderungen der zerebralen Oxygenierung analog des invasiven optischen Imaging am offenen Kortex prinzipiell möglich ist. Außerdem konnte die Kombination von NIRS und TCD als einem neuen Instrument zur gleichzeitigen nichtinvasiven Erfassung von Hämodynamik großer hirnzuführender Arterien und zur Messung der Hämoglobinoxygenierung im davon abhängigen Gefäßterritorium etabliert werden.


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