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AG "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-Imaging.
Schichten der Spektren in Höhe des Centrum semiovale eines Gesunden: 1) MR Spektren aller Voxels (Links); 2) Vergrößerung der Spektren von 6 Vexels (Rechts oben); 3) Entsprechende Metaboliten-Maps und Anatomie (T1w) (Rechts unten).

 

Die AG Ding beschäftigt sich mit Etablierung neuer MR-Verfahren, um die mikrostrukturellen und metabolischen Veränderungen im Gehirn in vivo zu detektieren und 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 feststellen. 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 bestimmt und Informationen übers Neurometabolismus gewinnen. Allerdings können bisherigen 1H-MRS Verfahren jedes Mal nur ein kleines Hirnareal untersuchen, 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 Verfahren 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). Mit diesem wertvollen Werkzeug können wir ganz neuen Aspekte in der Erforschung des Neurometabolismus einbringen, und neue/tiefe Kenntnisse, z.B. über die physiologischen Alterungsprozesses in Gesunden, oder über die pathologischen neurodegenerativen Prozesses in Patienten, gewinnen.

 

Research profile of Prof. Dr. Xiao-Qi Ding:

 

As a physicist and medical doctor she has been/is principal investigator of different research projects founded by German Research Foundation (DFG) and Federal Ministry of Education and Research (BMBF), for example, the project “Classifying Leukodystrophies with unknown defects according to neuroradiological criteria: applications of MRI patterns and MRS characteristics” (BMBF), or the project “Assessment of metabolic and microstructural correlates in aging human brain and in patients by using an innovative whole brain 1H magnetic resonance spectroscopic technique in combination with quantitative magnetic resonance imaging” (DFG). She is experienced in Mössbauer spectroscopy, MR imaging and MR spectroscopy, and combines both professions - physics and medicine - in the scientific research

Current on-going projects:

 

 

  1. Assessment of metabolic and microstructural correlates in patients with Parkinson’s disease and with major depression by use of whole brain 1H magnetic resonance spectroscopic technique in combination with quantitative magnetic resonance imaging
  2. Influence of a 72 hours fasting on brain metabolism in healthy subjects and in patients
  3. Quantitative MR brain morphological measurements in normal aging human and in patients
  4. Physiological and pathological microstructural alterations in aging human brain studied with diffusion tensor imaging


Recent publications:

 

1.      Maghsudi, H., Schmitz, B., Maudsley, A. A., Sheriff, S., Bronzlik, P., Schutze, M., Lanfermann, H. and Ding, X. (2019). "Regional Metabolite Concentrations in Aging Human Brain: Comparison of Short-TE Whole Brain MR Spectroscopic Imaging and Single Voxel Spectroscopy at 3T." Clin Neuroradiol.

 

2.      Klietz, M., Bronzlik, P., Nosel, P., Wegner, F., Dressler, D. W., Dadak, M., Maudsley, A. A., Sheriff, S., Lanfermann, H. and Ding, X. Q. (2019). "Altered Neurometabolic Profile in Early Parkinson's Disease: A Study With Short Echo-Time Whole Brain MR Spectroscopic Imaging." Front Neurol 10: 777.

 

3.      Ding, X. Q., Maudsley, A. A., Schweiger, U., Schmitz, B., Lichtinghagen, R., Bleich, S., Lanfermann, H. and Kahl, K. G. (2018). "Effects of a 72 hours fasting on brain metabolism in healthy women studied in vivo with magnetic resonance spectroscopic imaging." J Cereb Blood Flow Metab 38(3): 469-478.

 

4.      Pflugrad, H., Schrader, A. K., Tryc, A. B., Ding, X., Lanfermann, H., Jackel, E., Schrem, H., Beneke, J., Barg-Hock, H., Klempnauer, J. and Weissenborn, K. (2018). "Longterm calcineurin inhibitor therapy and brain function in patients after liver transplantation." Liver Transpl 24(1): 56-66.

 

5.      Schmitz, B., Wang, X., Barker, P. B., Pilatus, U., Bronzlik, P., Dadak, M., Kahl, K. G., Lanfermann, H. and Ding, X. Q. (2018). "Effects of Aging on the Human Brain: A Proton and Phosphorus MR Spectroscopy Study at 3T." J Neuroimaging 28(4): 416-421

 

 

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Medizinische Hochschule Hannover

Institut für Diagnostische und Interventionelle Neuroradiologie

Direktor: Prof. Dr. med. H. Lanfermann

OE   8210

Carl-Neuberg-Str.  1

30625  Hannover