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Quantitatives und metabolisches Neuroimaging

Leitung: Prof. Dr. med. Dr. rer. nat. X. Ding

Metaboliten-Maps eines gesunden Probanden (Zeile 1-5) sowie entsprechende anatomische Schnitte, erstellt aus den Rohdaten der Ganzhirn-Magnetresonanz-Spektroskopie.
Schichte der Spektren in Höhe des Centrum semiovale eines Gesunden:

 

Die AG Ding beschäftigt sich mit der Etablierung neuer MR-Verfahren, um die mikrostrukturellen und metabolischen Veränderungen im Gehirn in vivo zu detektieren und zu erforschen.  Ein Forschungsschwerpunkt der AG ist das quantitative MR-Imaging (qMRI). Es wurden verschiedene quantitative Mapping-Verfahren als Tools für die wissenschaftliche Forschung und klinische Anwendung entwickelt bzw. optimiert, wie z.B. T1-, T2-, T2*- und T2‘- Mapping. In Kombination mit DTI ist das qMRI häufig in der Lage, die subtilen und deshalb in der konventionellen MRT nicht sichtbaren pathologischen Veränderungen bei verschiedenen neurodegenerativen Erkrankungen festzustellen (Beispiele s. ausgewählte Publikationen). Ein weiteres Forschungsgebiet ist die 1H-MR Spektroskopie (1H-MRS). Mit 1H-MRS kann man die Konzentrationen von Metaboliten - wie dem N-Acetyl-Aspartat  (NAA) als Marker für Integrität von neuronalem Gewebe, dem gesamten Cholin (Cho) als Marker des Membran-phospholipid-metabolismus, dem gesamten Kreatin (tCr) als Marker für den Energiemetabolismus oder dem Myo-Inositol (mI) als Marker für die Gliosis und als Osmolyt sowie dem Glutamin/Glutamat (Glx) als Neurotransmitter - in vivo im Gehirn bestimmen und Informationen übers Neurometabolismus gewinnen. Allerdings können die bisherigen 1H-MRS-Verfahren jedes Mal nur ein kleines Hirnareal untersuchen, und zwar mit einer relativen langen Untersuchungszeit. Dadurch ist der Einsatz vor 1H-MRS limitiert. Als neuesten Erfolg hat die AG mit Hilfe einer von der DFG finanziell unterstützten internationalen Kooperation ein weltweit neuartiges System zum Ganzhirn-Magnetresonanz-Spektroskopie-Imaging (wbMRSI) in der MHH erfolgreich aufgebaut.  Mit diesem wbMRSI können sogenannte Metaboliten-Maps für das gesamte Gehirn erstellt werden (Abbildung 1), die  detaillierte Information über Metaboliten-Verteilungen im Gehirn enthalten (Abbildung 2). Deshalb wird das neue wbMRSI ein wertvolles Werkzeug für die Erforschung des Neurometabolismus sein, sowohl an Gesunden, z.B. für die Verfolgung des physiologischen Alterungsprozesses, als auch an  Patienten mit  Verdacht auf neurodegenerative Erkrankungen.

 

Laufende Projekte:

  1. Neurometabolism im alternden Gehirn beim Gesunden
  2. Einfluss einer 3tägigen Fastenintervention auf den zentralen Energiestoffwechsel - Eine Studie mit kombinierter Ganzhirn-1H-Spektzroskopie und 31P-Spektroskopie
  3. Quantitative MRT und 31P-Spektroskopie Untersuchungen bei chronischer Neurotoxizität von Calcineurininhibitoren nach Lebertransplantation
  4. Neuroimaging bei Patienten mit Amyotropher Lateralsklerose - Mögliche Biomarker ?


Ausgewählte Publikationen:

 

Ding, X. Q., Fiehler, J., Kohlschutter, B., Wittkugel, O., Grzyska, U., Zeumer, H. and Ullrich, K. (2008). "MRI abnormalities in normal-appearing brain tissue of treated adult PKU patients." J Magn Reson Imaging 27(5): 998-1004.

Ding, X. Q., Kollewe, K., Blum, K., Korner, S., Kehbel, S., Dengler, R., Lanfermann, H. and Petri, S. (2011). "Value of quantitative analysis of routine clinical MRI sequences in ALS." Amyotroph Lateral Scler 12(6): 406-413.

Ding, X. Q., Kucinski, T., Wittkugel, O., Goebell, E., Grzyska, U., Gorg, M., Kohlschutter, A. and Zeumer, H. (2004). "Normal brain maturation characterized with age-related T2 relaxation times: an attempt to develop a quantitative imaging measure for clinical use." Invest Radiol 39(12): 740-746.

Ding, X. Q., Sun, Y., Braass, H., Illies, T., Zeumer, H., Lanfermann, H. and Fiehler, J. (2008). "Evidence of rapid ongoing brain development beyond 2 years of age detected by fiber tracking." AJNR Am J Neuroradiol 29(7): 1261-1265.

Ding, X. Q., Sun, Y., Kruse, B., Illies, T., Zeumer, H., Fiehler, J. and Lanfermann, H. (2009). "Microstructural callosal abnormalities in normal-appearing brain of children with developmental delay detected with diffusion tensor imaging." Eur Radiol 19(6): 1537-1543.

Weissenborn, K., Bültmann, E., Donnerstag, F., Giesemann, A. M., Götz, F., Worthmann, H., Heeren, M., Kielstein, J., Schwarz, A., Lanfermann, H. and Ding, X. Q. (2013). "Quantitative MRI shows cerebral microstructural damage in hemolytic-uremic syndrome patients with severe neurological symptoms but no changes in conventional MRI." Neuroradiology 55(7): 819-825.

Ding, X. Q., Maudsley, A. A., Sabati, M., Sheriff, S., Dellani, P. R. and Lanfermann, H. (2014). "Reproducibility and reliability of short-TE whole-brain MR spectroscopic imaging of human brain at 3T." Magn Reson Med 2014 Mar 26. doi: 10.1002/mrm.25208. [Epub ahead of print].

 

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Institut für Diagnostische und Interventionelle Neuroradiologie

Direktor: Prof. Dr. med. H. Lanfermann

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