Visualisierungen von Brain-Scans

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1 Visualisierungen von Brain-Scans Lisha Naduvilezhath 1 Inhaltsverzeichnis 1. Was sind Brain-Scans? 2. Zwei Klassen von Brain-Scans 2.1. Morphologie-abbildende Verfahren a) MR T b) CT 2.2. Elektromagnetische Verfahren a) Radionuklid-Szintigrafie b) fmr T c) EEG und SE EG 3. Visualisierung von EEGs D-Visualisierung D-Visualisierung 4. Visualisierung von SEEGs D-Visualisierung D-Visualisierung 2 1

2 1. Was sind Brain-Scans Scans? - Scanner: elektrische Geräte, die Bilder aus im Computer eingehenden Informationen generieren - Brain-Scans: erzeugen Bilder des Gehirns 3 2. Zwei Klas sen der Brain- Scans: 1. Morphologie-abbildende Verfahren -> z.b. MRT, CT 2. Elektromagnetische Verfahren -> z.b. Radionuklid-Szintigrafie, MEG, fmrt, EEG, SEEG 4 2

3 2.1. Morphologie-abbildende Verfahren a) Magnetresonanztomografie (MRT) - bereits 1946 Phänomen entdeckt MRT-Technik von R. Ernst entwickelt - auch Kernspintomografie genannt 5 Das MRT-Gerät 6 3

4 b) Computertomografie (CT) erfunden von A.M. Cormack und G.N. Hounsfield (-> 1979 Nobel Preis für Medizin) - erstellt mit Röntgenstrahlen Tonogramme (Schnittbilder) von Körperregionen - Internetvorführung zur Funktion Elektromagnetische Verfahren a) Radionuklid-S zintigrafie: - Darstellung von Struktur und Funktion mittels radioaktiver Substanzen - zu ihr zählen: PET und SPECT 8 4

5 Beispiel: Positronenemissionstomografie (PET) - Strahlung durch Positronen erzeugt - PET-Aufnahme eines gesunden (links) und eines an Parkinson erkrankten Hirns 9 b) Funktionelle Magnetresonanztomografie (fmr T) - registriert Funktionen von Organen entwickelt 10 5

6 c) Elektroenzephalografie (EEG) und Stereo- Elektroenzephalografie (SEEG) - 1. EEG 1928 von Psychologen Hans Berger aufgezeichnet - registrieren elektrische Aktivitäten - SEEGs mit ins Gehirn eingeführten Stabelektroden gemessen 11 Aufbau eines EEGs 12 6

7 3. Visualisierung von EEGs $QDORJ'LJLWDO &RQYHUWHU ('$&): weist einlaufenden Wellen anhand Einlaufzeit und Amplitude Werte zu (6DPSOLQJ) D-Visualisierung 1. Eingehende Informationen transformieren 2. Ordinate mit Frequenzen versehen 3. Amplitude über Rainbow-Color-Look-Up- Tabel kodieren 14 7

8 3.2. 3D-Visualisierung a) Durch Zusammenlegen mehrerer 2D- Diagramme D-Visualisierung b)1. Positionen der Sensoren ermitteln 2. Elektroden einzeichnen 3. Transformierten Signale mit Look-Up- Table darstellen 16 8

9 4. Visualisierung von SEEGs D-Visualisierung - Darstellung einer einzigen Elektrode über die Zeit D-Visualisierung 1. Darstellung des Kopfes 2. Elektrodenpositionen wie beim EEG bestimmen 3. Elektroden einzeichnen 18 9

10 4.2. 3D-Visualisierung 4. Verschiedene Amplituden über Größenvariationen von Kugeln angeben 5. Signalstärken über Look-Up-Table darstellen 19 Schlusswort... "The addition of this technology represents the first marriage between the most advance neuroscience and the most advanced computer graphics technology...this explodes the envelope of current capabilities and moves us into a whole new area of brain research." 20 10

11 Literaturangaben z [1] Alber, Julia (Redaktion) et al.(2002): Medizin & Gesundheit. Dorling Kindersley Verlag Gmbh, Starnberg. z [2] Atkins, M. S. & Mackiewich, B. T. (1996) : Automatic Segmentation of the Brain in MRI. In: Höhne, K.H., Kikinis, R. (Hrsg.): Visualization in Biomedical Computing. Springer, Heidelberg z [3] Campbell, Neil A. (1998): Biologie. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg. z [4] Hesselink, John R.: Basic Principles of MR Imaging [ ]. z [5] Hornak, Joseph P.: The Basics of MRI [ ]. [6] Kikinis, R. et al. (2001) : High Performance Computing in Image Guided Therapy. In: Handels, H. et al.: Bildverarbeitung für die Medizin Springer, Heidelberg z [7] Kirchgeorg, M. : Computer-Tomographie (CT) [ ]. z [8] Medicom Redakteure (2004): Das Gehirn. MEDICOM (29), z [9] Net-Lexikon: Transformation [ ]. z [10] Rocha, C., Dillenseger, J-L., Coatrieux, J-L. (1996) : Multi-Array EEG Signals Mapped with Three Dimensional Images for Clinical Epilepsy Studies. In: Höhne, K.H., Kikinis, R. (Hrsg.): Visualization in Biomedical Computing. Springer, Heidelberg z [11] Sabbatini, Renato M.E.: Mapping the Brain [ ]. z [12] Thor J. Mednick: SGI: Simulating A Lot More Than Dinosaurs [ ]. z [13] Transplantation Aktuell (Zeitschrift)- Ausgabe 17: 3D-Bilder erhöhen die Sicherheit bei der Planung der Lebertransplantation [ ]. z [14] Universität von Kaiserslautern: Wavelet Gallerie 2[ ]. 21 Beispiel 2: Single-Photon Photon-Emissions- Computertomografie (SPECT) - Strahlung durch Photonen erzeugt - ermöglicht Erkennung von z.b. Parkinson (rechts) bereits im Frühstadium 22 11

12 Erstes Elektroenzephalogramm gelang es deutschem Psychologen Hans Berger das 1. EEG aufzuzeichnen 23 12