WIAS, unter Verwendung von Daten von A. Anwander und R. Heidemann, MPI for Human cognitive and Brain Sciences
VergrößernNeurowissenschaft
Rauschendes Gehirn echt scharf
Scharfe Bilder dank Mathematik: Berliner Wissenschaftlers haben eine neue Methode entwickelt, das rauschende Bilder glättet und dabei die Strukturen nicht verwischt. Mit den am WIAS entwickelten Methoden werden künftig auch Messungen von Patienten mit neurologischen Erkrankungen untersucht.
Die Magnetresonanztomographie (MRT) hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht, so dass mittlerweile eine immer feinere Auflösung möglich ist. Dies bringt aber ein schwächeres Signal-Rauschverhältnis mit sich. Damit die Bilder trotzdem scharf sind, haben Forscher vom Weierstraß-Instituts für Angewandte Analysis und Stochastik (WIAS) ein Verfahren entwickelt, das Ungenauigkeiten glättet.
„Die Daten, die wir analysieren, bewegen sich in den Grenzbereichen des Realisierbaren. Noch feiner kann im Moment niemand auflösen“, so Karsten Tabelow vom WIAS. Bei der Glättung des Bildes hilft den Wissenschaftlern die Tatsache, dass sich die Strukturen in benachbarten Voxeln (dreidimensionale Entsprechung zu Pixeln in der Ebene) meist ähneln. Tabelows Kollege Jörg Polzehl schränkt jedoch ein: „Es gibt aber auch scharfe Strukturgrenzen, die wir nicht verwischen dürfen.“ Methoden, die das leisten, heißen adaptiv. Dabei analysieren die Mathematiker die Daten in einem iterativen Verfahren. „Damit finden wir heraus, wo wir mitteln können und wo nicht“, erläutert Karsten Tabelow.
Bei einer MRT wird ein starkes permanentes Magnetfeld angelegt. Dabei wird ausgenutzt, dass fast überall im Gehirn Wasser vorhanden ist. Wenn man für jeden Punkt im Gehirn weiß, in welche Richtungen sich dieses Wasser bewegen kann, lässt sich daraus auf die Struktur schließen. Kann das Wasser an einem Punkt nicht in eine bestimmte Richtung fließen, muss es dort eine feste Strukturgrenze geben, zum Beispiel einen Nervenstrang. Wasser kann sich lokal entlang solcher Stränge bewegen. Nach diesem Prinzip funktioniert die diffusionsgewichtete MRT (dMRT). Die Kerne der Moleküle, zum Beispiel das Proton im Wasserstoff, werden mit Radiowellen energetisch angeregt. Der dann gemessene Relaxationsprozess ist das eigentliche Nutzsignal des Verfahrens.
Die Methoden zur Bild- und Signalverarbeitung entwickeln die WIAS-Mathematiker in einem MATHEON-Projekt gemeinsam mit Kollegen aus den Neurowissenschaften. Die Messungen stammen von Partnern wie dem Weill Cornel Medical College in New York und der Uniklinik Münster.
