Verbesserung und Weiterentwicklung der Messmethoden zur Differenzierung kortikaler und extrakortikaler Signalanteile der funktionellen Nahinfrarotspektroskopie

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URI: http://hdl.handle.net/10900/77447
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:21-dspace-774474
http://dx.doi.org/10.15496/publikation-18848
Dokumentart: Dissertation
Date: 2017
Language: German
Faculty: 4 Medizinische Fakultät
Department: Medizin
Advisor: Fallgatter, Andreas (Prof. Dr)
Day of Oral Examination: 2017-07-27
DDC Classifikation: 610 - Medicine and health
Keywords: NIR
Other Keywords: fNIRS
NIRS
Nahinfrarotspektroskopie
License: Publishing license excluding print on demand
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Inhaltszusammenfassung:

Die funktionelle Nahinfrarotspektroskopie ist eine nicht-invasive Methode aus dem Bereich der neuronalen Bildgebung. Ihr Messprinzip beruht auf den unterschiedlichen optischen Eigenschaften der Gewebearten und der damit verbundenen unterschiedlichen Fähigkeit, Licht zu absorbieren und zu streuen. Da die meisten Gewebe in konstanter Konzentration vorliegen werden Änderungen der Absorption und Streuung auf eine veränderte Durchblutung zurückgeführt, die wiederum an die neuronale Aktivität gekoppelt ist. Somit ist die fNIRS ein indirektes Maß für neuronale Aktivität. In der Medizin ist es daher mittels fNIRS möglich, zerebrale Perfusionsstörungen deutlich unkomplizierter und kostengünstiger als mit anderen Methoden der neuronalen Bildgebung zu erkennen. Besonders bei psychiatrischen Patienten verspricht man sich erhebliche Vorteile. Leider ist die fNIRS bisweilen sehr anfällig für Artefakte, die meist aus extrazerebralen Durchblutungsänderungen oder Bewegungen resultieren. Ziel dieser Arbeit war es daher zu untersuchen, wie sich zwischen zerebraler und extrazerebraler Durchblutungsänderung unterscheiden lässt, inwieweit Artefakte das Ergebnis stören und welche Messmethoden hierfür besonders geeignet bzw. ungeeignet sind. Dafür wurden verschiedene Tasks konzipiert, mit denen entweder direkt einzelne Kopfmuskeln aktiviert wurden oder z.B. mittels Atemaufgaben versucht wurde, die Gehirndurchblutung zu beeinflussen. Die Probanden führten diese Tasks aus und wurden dabei mittels fNIRS mit unterschiedlichen Optodenabständen, Elektromyographie, Blutpulssensoren, Atemgurt und Blutdruckmessung überwacht. Die Ergebnisse zeigten deutlich, dass die meisten Messmethoden gut funktionieren und sich theoretisch auch gut zwischen zerebraler und extrazerebraler Durchblutungsänderung differenzieren lässt. Außerdem sind Artefaktquellen, die nicht im Messbereich der fNIRS liegen, für das Ergebnis kaum von Bedeutung. Artefakte, die jedoch in diesem Bereich entstehen und von der fNIRS nicht diskriminiert werden können, können das Signal erheblich beeinflussen und sogar unbrauchbar machen. Dazu gehören v.a. Muskeln, deren Durchblutung ein Vielfaches der Hirndurchblutung ausmacht. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Messergebnisse der Herzfrequenz und der Blutpulsamplitude, gemessen mittels fNIRS und Pulssensoren, sehr hoch miteinander korrelieren und die alleinige Messung durch die fNIRS somit ausreichend ist. Es lässt sich schlussendlich konstatieren, dass die fNIRS eine ausgezeichnete klinische und wissenschaftliche Methode ist, um auf einfache Art und Weise komplexe neuronale Vorgänge zu untersuchen. Jedoch ist sie bisweilen als zu störanfällig anzusehen. Daher ist es von großer Relevanz, diese vielversprechende Messmethode weiterzuentwickeln, um sie in Zukunft in das klinische, besonders das psychiatrische diagnostische Spektrum zu integrieren.

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