Untersuchung zum Einfluss von Atmung und Puls auf MR-Restingstate-Messungen

Abstract

In dieser Studie wurde der Einfluss von Puls und Atmung auf das BOLD-Signal in Resting-State-fMRT-Aufnahmen mit sehr kurzer Repetitionszeit untersucht. Die meisten Studien, die physiologische Einflüsse auf Resting-State-fMRT thematisieren, arbeiten mit längeren Repetitionszeiten, was zu Aliasing-Effekten des Pulses führt. Dagegen wurde in dieser Studie die Repetitionszeit so kurz wie möglich gewählt, um Aliasing zu vermeiden. Es erfolgte die Aufnahme von Echoplanaren- Bildgebungssequenzen bei gesunden Versuchspersonen. Atmung und Puls wurden während der Bildaufnahme mit Hilfe eines Atemgurts und eines Pulsoximeters aufgezeichnet. Die Analyse der Frequenzspektren mittels Fouriertransformation ergab, dass die Hauptfrequenzen von Puls und Atmung häufig auch in den BOLD-Signalen zu finden sind, sowie im jeweils anderen physiologischen Signal. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass auch nach Entfernung von Frequenzen unter 0,01 Hz und über 0,1 Hz, wie in der Literatur üblich, noch immer Signale von Puls und Atmung zurückbleiben, welche teilweise ähnliche Frequenzspektren wie das BOLD-Signal aufweisen. Die Ähnlichkeit der Signale von Puls- und Atemmessung zu dem BOLD-Signal wurde mittels Kreuzkorrelation untersucht. Dabei zeigte sich, dass eine Verschiebung der BOLD-Signalkurve in negativer x-Richtung zu einer Erhöhung der Kreuzkorrelation mit Puls und Atmung führt. Die Kreuzkorrelation mit dem Atemsignal war höher als die mit dem Pulssignal. Jedoch variierte die nötige Verschiebung in erheblichem Maße, sowie auch der daraus resultierende Kreuzkorrelationskoeffizient. Des Weiteren wurden die Auswirkungen einer Frequenzfilterung auf die Kreuzkorrelationen untersucht. Die Frequenzfilterung bewirkte höhere Kreuzkorrelationskoeffizienten für Puls- und BOLD-Signal. Für die Atmung zeigte sich dieser Effekt nicht, die Kreuzkorrelation war ungefähr gleich groß mit oder ohne Frequenzfilterung. Darüber hinaus wurden die frequenzgefilterten Puls- und Atemsignale mit dem ebenfalls gefilterten BOLD-Signal jeden Voxels einer Schicht korreliert. Die entstandenen Korrelationskarten wiesen teilweise Ähnlichkeiten zu Korrelationskarten auf, bei denen mit dem BOLD-Signal von Regionen des Default-Mode-Netzwerks korreliert worden war. Dies lässt den Schluss zu, dass Atmung und Puls die funktionelle Konnektivität des DMN beeinflussen. Somit konnte gezeigt werden, dass ein Einfluss von Puls und Atmung auf Resting-State-fMRT-Aufnahmen besteht und dass eine Frequenzfilterung nicht ausreichend ist, um diesen zu entfernen. Eine Quantifizierung dieses Einflusses war im Rahmen dieser Arbeit jedoch nicht möglich.