Die direktionale Diffusionskurtosis als neuer Parameter zur Bewertung diffusionsgewichteter MR-Bildgebung

Abstract

Einführung: Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Einführung der direktionalen Diffusionskurtosis (DK) als neue Methode zur Auswertung der in der Diffusionsbildgebung erfassten Daten. Mit der FA haben wir bereits ein klinisch etabliertes Tool zur Evaluation der mikrostrukturellen Anatomie, welches zum Vergleich der neuen DK hinzugezogen wurde. Obwohl die FA bereits in der klinischen Praxis etabliert ist, bietet diese dennoch weiteres Potential in der Forschung. Berechnet wird die FA im Rahmen eines Tensormodels, welches aus erfassten Diffusionsrichtungen berechnet wird und somit zu einer gewissen Vereinfachung der erfassten Daten führt. Die hier neu beschriebene DK berechnet ihren Wert aus sämtlichen erfassten Richtungen und wertet diese mittels der Kurtosis als statistisches Instrument aus. In dieser Arbeit haben wir die Vor- und Nachteile der neuartigen DK zur Auswertung diffusionsgewichteter Bilder als Alternative zur FA untersucht. Methodik: Insgesamt wurden die Datensätze von 128 gesunden Probanden analysiert. Nach Berechnung der Bilddatensätze mittels FA und DK erfolgte die automatisierte Kartierung des Thalamus, des Putamen, des Globus pallidus internus und externus, der grauen und der weißen Substanz, sowie des hochfrontalen und des frontobasalen Subkortex. Nun führten wir, nach Testung auf Normalverteilung, eine statistische Analyse mittels Wilcoxon-Rang-Test und mittels Vorzeichen-Test durch. Des Weiteren wurden die erfassten Werte der DK und FA in den jeweiligen Regionen in Histogrammen graphisch gegeneinander aufgetragen. Ergebnisse: Es zeigten sich sowohl im Wilcoxon-Rang-Test als auch im Vorzeichen-Test signifikante Unterschiede in allen untersuchten Regionen, außer in der weißen Substanz. Des Weiteren zeigte die graphische Darstellung der DK-Werte gegen die FA-Werte, dass sich die einzelnen untersuchten Regionen, insbesondere durch die Kombination beider Verfahren gegeneinander abgrenzen ließen. Zusätzlich zeigte sich, dass die DK vor allem den Globus pallidus internus deutlich heterogener im Vergleich zur FA darstellt und im Vergleich mit Polarisationsmikroskopieaufnahmen hier näher an die mutmaßliche Realität herankommt. Diskussion: Die Ergebnisse dieser Arbeit weisen darauf hin, dass die DK ein einfach anwendbares Tool zur zusätzlichen Analyse von Diffusionsdatensätzen ist, welches vor allem in Ergänzung zur FA seine Stärken ausspielt. Die Darstellung von inhomogen anisotropen Arealen gelingt deutlich besser, als dies durch die alleinige Verwendung der FA möglich ist. Dies zeigt sich deutlich im direkten Vergleich zu den Polarisationsmikroskopieaufnahmen. Die FA findet bereits bei verschiedensten, vor allem neurodegenerativen, aber auch sonstigen neurologischen und neurochirurgischen Erkrankungen Anwendung. Die DK könnte nach unseren gewonnenen Erkenntnissen eine sinnvolle Ergänzung sein, da sie möglicherweise eine ähnliche Sensitivität, jedoch eine höhere Spezifität aufweist. Dies muss jedoch noch durch Folgestudien belegt werden. Hierbei bietet die DK den Vorteil, dass schon bestehende Kollektive einfach retrospektiv erneut ausgewertet werden können. Dies kann zur schnelleren Untersuchung und Etablierung dieses Verfahrens beitragen. Es wurde in der vorliegenden Arbeit die DK als neues, einfaches und effektives Tool zur ergänzenden Auswertung von Diffusionsdatensätzen vorgestellt und ein Erkenntnisgewinn im Vergleich zur FA herausgearbeitet. Die klinische Validierung steht jedoch weiterhin aus und muss im Rahmen von Folgestudien vorgenommen werden.