Biomechanische Modellierung kortikaler Schichten

Verbesserungen des Auflösungsvermögens in der strukturellen Magnetresonanzspektroskopie ermöglichen es strukturelle und funktionelle Aspekte auf intrakortikaler Ebene in-vivo abzubilden. Das derzeitige Auflösungsvermögen erlaubt es jedoch nicht, zuverlässig und detailgetreu die Geometrie kortikaler Laminierung zu messen. Es gibt eine Auswahl an Methoden, mit welchen es möglich ist, die Dicke einzelner  Schichten anhand der gemessenen Geomertrie abzuschätzen (Laplace oder Equidistand Modell). Diese haben jedoch den entscheidenden Nachteil, dass sie die biologischen und biophysikalischen Aspekte und Zusammenhänge ignorieren. Das bisher zuverlässigste Modell unter ihnen, um die Lage und Größe einzelner kortikaler Schichten abzuschätzen, ist das sogenannte Equi-Volume Modell, welches auf histologischen Untersuchungen Boks basiert. Dennoch kann ein reines auf histologischen Beobachtungen basiertes Modell den möglichen Einfluss variierender Gewebeeigenschaften entlang des Kortex, wie z.B.  Elastizität,  auf die Laminierung der Schichten nicht erklären. Aus diesem Grund erarbeiten  wir ein Framework, welches zum Ziel hat, bestehende Modelle zu ergänzen bzw. zu verfeinern und ebenso das intrakortikale Schichtsystem zu simulieren.

Hauptbestandteil dieses Frameworks ist, im Gegensatz zu den bestehenden Modellen, die Berücksichtigung eines biomechanischem Materialmodells, dem sogenannten neo-Hooke‘schem Hyperelastizitätsmodell. Unsere Simulationen haben zum Ziel, den Einfluss von Gewebeparametern bzw. deren Veränderungen, auf die vorhandene Geometrie des menschlichen Kortex näher zu Untersuchen. Dabei verwenden wir zunächst ex-vivo MRT Aufnahmen. Im nächsten Schritt soll ein Regressionsmodell erarbeitet werden, mit dem es möglich sein soll, die Struktur der einzelnen Schichten im Kortex in Abhängigkeit der Gewebeeigenschaften und der lokalen 2D/3D  Krümmungen anhand echter in-vivo gemessener MR Bildern zu rekonstruieren. Die Berücksichtigung von Materialeigenschaften des Gewebes auf die Formung intrakortikaler Schichten wird uns besser zum Verstehen geben, wie Alterung oder Krankheiten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Gewebes und somit auf die Laminierung nehmen.

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