@phdthesis{Herold2010,
  author    = {Herold, Volker},
  title     = {In vivo MR-Mikroskopie am kardiovaskul{\"a}ren System der Maus},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-54253},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Als Tiermodell ist die Maus aus der pharmazeutischen Grundlagenforschung nicht mehr wegzudenken. Aus diesem Grund nimmt besonders die Verf{\"u}gbarkeit nicht invasiver Diagnoseverfahren f{\"u}r dieses Tiermodell einen sehr hohen Stellenwert ein. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung von in vivo MR-Untersuchungsmethoden zur Charakterisierung des kardiovaskul{\"a}ren Systems der Maus. Neben der morphologischen Bildgebung wurde ein besonderer Schwerpunkt auf die Quantifizierung funktioneller Parameter der arteriellen Gef{\"a}ße wie auch des Herzens gelegt. Durch Implementieren einer PC-Cine-Sequenz mit dreidimensionaler Bewegungskodierung war es m{\"o}glich, die Charakteristik der Bewegung des gesamten Myokards zu untersuchen. Die Aufnahme von Bewegungsvektoren f{\"u}r jeden Bildpunkt und die Bestimmung des Torsionswinkels innerhalb der Messschichten konnte die systolische Kontraktion als dreidimensionale Wringbewegung des Herzens best{\"a}tigen. Um die Qualit{\"a}t der morphologischen Gef{\"a}ßbildgebung zu verbessern, sollte untersucht werden, inwieweit bestehende Verfahren zur Gef{\"a}ßwanddarstellung optimiert werden k{\"o}nnen. Implementieren einer Multi-Schicht-Multi-Spin-Echo-Sequenz an einem 17,6 Tesla Spektrometer erlaubte durch das hohe B0-Feld einen deutlichen Signalgewinn. Erstmals wurde es m{\"o}glich, die gesunde Gef{\"a}ßwand darzustellen und so morphologische Ver{\"a}nderungen in einem m{\"o}glichst fr{\"u}hen Zustand zu untersuchen. Neben der Untersuchung morphologischer Ver{\"a}nderungen sollte vor allem ein Schwerpunkt auf das Studium funktioneller Parameter der Gef{\"a}ßwand gelegt werden. Dazu wurde in einem ersten Schritt mit einem PC-Cine-Verfahren die Umfangsdehnung in ihrem zeitlichen Verlauf ermittelt. Dabei zeigte sich, dass im Laufe einer arteriosklerotischen Plaqueprogression eine {\"A}nderung der Umfangsdehnung vor einer {\"A}nderung morphologischer Parameter beobachtet werden kann. Deshalb war es Ziel, im Verlauf dieser Arbeit weitere Verfahren zur Charakterisierung funktioneller Parameter des Gef{\"a}ßsystems zu entwickeln. Um direkt Elastizit{\"a}tsparameter ermitteln zu k{\"o}nnen, fehlt als Bezugsgr{\"o}ße der arterielle Pulsdruck (AP). Die L{\"o}sung der inkompressiblen Navier-Stokes-Gleichungen unter Anwendung der Lang-Wellen-N{\"a}herung und der N{\"a}herung f{\"u}r große Pulswellengeschwindigkeiten (PWV) erlaubte die Bestimmung der komplexen Impedanz und somit des arteriellen Pulsdrucks in der Frequenzdom{\"a}ne. Dadurch war es m{\"o}glich, den dynamischen Anteil des arteriellen Druckpulses direkt aus einer Messung der Pulswellengeschwindigkeit sowie aus dem Verlauf des Flusspulses zu bestimmen. Zur Ermittlung des AP muss die Pulswellengeschwindigkeit bestimmt werden. F{\"u}r die MR-Bildgebung in murinen Gef{\"a}ßen waren hierzu bisher keine Verfahren verf{\"u}gbar. Da sich die Gef{\"a}ßdehnung m{\"o}glicherweise als Indikator f{\"u}r eine fr{\"u}he Wandver{\"a}nderung bei der Plaqueprogression zeigt, bestand ein großes Interesse in der Untersuchung von spezifischen gef{\"a}ßmechanischen Eigenschaften wie beispielsweise der PWV. Im Rahmen dieser Arbeit konnten zwei MR-Methoden f{\"u}r die nicht invasive Bildgebung in der Maus entwickelt werden, die es erm{\"o}glichten, die lokale und die regionale Pulswellengeschwindigkeit zu bestimmen. Die Messung der lokalen Pulswellengeschwindigkeit beruht dabei auf der zeitaufgel{\"o}sten Bestimmung der Gef{\"a}ßwanddehnung sowie des Blutvolumenflusses. Zur Bestimmung der regionalen Pulswellengeschwindigkeit wurde eine Erweiterung der Zwei-Punkt-Transit-Zeit-Methode verwendet. Durch zeitaufgel{\"o}ste bewegungskodierte Bildgebung entlang der Aorta konnte anhand von 30 St{\"u}tzpunkten die Propagation des arteriellen Flusspulses vermessen werden. Die Messzeit gegen{\"u}ber einer Zwei-Punkt-Methode ließ sich dadurch halbieren. Gleichzeitig bietet die Auswertung von 30 Messpunkten eine gr{\"o}ßere Sicherheit in der Bestimmung der PWV. Beide Methoden wurden an einem elastischen Gef{\"a}ßphantom validiert. In vivo Tierstudien an apoE(-/-)-M{\"a}usen und einer Kontrollgruppe zeigten f{\"u}r beide Methoden eine gute {\"U}bereinstimmung. Dar{\"u}ber hinaus konnte ein Ansteigen der Pulswellengeschwindigkeit in apoE(-/-)-M{\"a}usen durch arteriosklerotische Ver{\"a}nderungen nachgewiesen werden. Zusammenfassend wurden in dieser Arbeit grundlegende Verfahren zur Untersuchung des kardiovaskul{\"a}ren Systems der Maus optimiert und entwickelt. Die Vielseitigkeit der MR-Bildgebung erm{\"o}glichte dabei die Erfassung von morphologischen und funktionellen Parametern. In Kombination k{\"o}nnen die beschriebenen Methoden als hilfreiche Werkzeuge f{\"u}r die pharmakologische Grundlagenforschung zur Charakterisierung von Herz-Kreislauf-Erkankungen in Mausmodellen eingesetzt werden.},
  subject      = {Maus},
  language  = {de}
}
@article{RiedlKampfHeroldetal.2020,
  author    = {Riedl, Katharina A. and Kampf, Thomas and Herold, Volker and Behr, Volker C. and Bauer, Wolfgang R.},
  title     = {Wall shear stress analysis using 17.6 Tesla MRI: A longitudinal study in ApoE\(^{-/-}\)mice with histological analysis},
  series = {PLoS One},
  volume    = {15},
  journal   = {PLoS One},
  number    = {8},
  doi       = {10.1371/journal.pone.0238112},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-229318},
  year      = {2020},
  abstract  = {This longitudinal study was performed to evaluate the feasibility of detecting the interaction between wall shear stress (WSS) and plaque development. 20 ApoE\(^{-/-}\)mice were separated in 12 mice with Western Diet and 8 mice with Chow Diet. Magnetic resonance (MR) scans at 17.6 Tesla and histological analysis were performed after one week, eight and twelve weeks. Allin vivoMR measurements were acquired using a flow sensitive phase contrast method for determining vectorial flow. Histological sections were stained with Hematoxylin and Eosin, Elastica van Gieson and CD68 staining. Data analysis was performed using Ensight and a Matlab-based "Flow Tool". The body weight of ApoE\(^{-/-}\)mice increased significantly over 12 weeks. WSS values increased in the Western Diet group over the time period; in contrast, in the Chow Diet group the values decreased from the first to the second measurement point. Western Diet mice showed small plaque formations with elastin fragmentations after 8 weeks and big plaque formations after 12 weeks; Chow Diet mice showed a few elastin fragmentations after 8 weeks and small plaque formations after 12 weeks. Favored by high-fat diet, plaque formation results in higher values of WSS. With wall shear stress being a known predictor for atherosclerotic plaque development, ultra highfield MRI can serve as a tool for studying the causes and beginnings of atherosclerosis.},
  language  = {en}
}
@article{WinterAndelovicKampfetal.2021,
  author    = {Winter, Patrick M. and Andelovic, Kristina and Kampf, Thomas and Hansmann, Jan and Jakob, Peter Michael and Bauer, Wolfgang Rudolf and Zernecke, Alma and Herold, Volker},
  title     = {Simultaneous measurements of 3D wall shear stress and pulse wave velocity in the murine aortic arch},
  series = {Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance},
  volume    = {23},
  journal   = {Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance},
  number    = {1},
  doi       = {10.1186/s12968-021-00725-4},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-259152},
  pages     = {34},
  year      = {2021},
  abstract  = {Purpose Wall shear stress (WSS) and pulse wave velocity (PWV) are important parameters to characterize blood flow in the vessel wall. Their quantification with flow-sensitive phase-contrast (PC) cardiovascular magnetic resonance (CMR), however, is time-consuming. Furthermore, the measurement of WSS requires high spatial resolution, whereas high temporal resolution is necessary for PWV measurements. For these reasons, PWV and WSS are challenging to measure in one CMR session, making it difficult to directly compare these parameters. By using a retrospective approach with a flexible reconstruction framework, we here aimed to simultaneously assess both PWV and WSS in the murine aortic arch from the same 4D flow measurement. Methods Flow was measured in the aortic arch of 18-week-old wildtype (n = 5) and ApoE\(^{-/-}\) mice (n = 5) with a self-navigated radial 4D-PC-CMR sequence. Retrospective data analysis was used to reconstruct the same dataset either at low spatial and high temporal resolution (PWV analysis) or high spatial and low temporal resolution (WSS analysis). To assess WSS, the aortic lumen was labeled by semi-automatically segmenting the reconstruction with high spatial resolution. WSS was determined from the spatial velocity gradients at the lumen surface. For calculation of the PWV, segmentation data was interpolated along the temporal dimension. Subsequently, PWV was quantified from the through-plane flow data using the multiple-points transit-time method. Reconstructions with varying frame rates and spatial resolutions were performed to investigate the influence of spatiotemporal resolution on the PWV and WSS quantification. Results 4D flow measurements were conducted in an acquisition time of only 35 min. Increased peak flow and peak WSS values and lower errors in PWV estimation were observed in the reconstructions with high temporal resolution. Aortic PWV was significantly increased in ApoE\(^{-/-}\) mice compared to the control group (1.7 ± 0.2 versus 2.6 ± 0.2 m/s, p < 0.001). Mean WSS magnitude values averaged over the aortic arch were (1.17 ± 0.07) N/m\(^2\) in wildtype mice and (1.27 ± 0.10) N/m\(^2\) in ApoE\(^{-/-}\) mice. Conclusion The post processing algorithm using the flexible reconstruction framework developed in this study permitted quantification of global PWV and 3D-WSS in a single acquisition. The possibility to assess both parameters in only 35 min will markedly improve the analyses and information content of in vivo measurements.},
  language  = {en}
}
@article{GramGenslerWinteretal.2022,
  author    = {Gram, Maximilian and Gensler, Daniel and Winter, Patrick and Seethaler, Michael and Arias-Loza, Paula Anahi and Oberberger, Johannes and Jakob, Peter Michael and Nordbeck, Peter},
  title     = {Fast myocardial T\(_{1P}\) mapping in mice using k-space weighted image contrast and a Bloch simulation-optimized radial sampling pattern},
  series = {Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine},
  volume    = {35},
  journal   = {Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine},
  number    = {2},
  issn      = {1352-8661},
  doi       = {10.1007/s10334-021-00951-y},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-268903},
  pages     = {325-340},
  year      = {2022},
  abstract  = {Purpose T\(_{1P}\) dispersion quantification can potentially be used as a cardiac magnetic resonance index for sensitive detection of myocardial fibrosis without the need of contrast agents. However, dispersion quantification is still a major challenge, because T\(_{1P}\) mapping for different spin lock amplitudes is a very time consuming process. This study aims to develop a fast and accurate T\(_{1P}\) mapping sequence, which paves the way to cardiac T1ρ dispersion quantification within the limited measurement time of an in vivo study in small animals. Methods A radial spin lock sequence was developed using a Bloch simulation-optimized sampling pattern and a view-sharing method for image reconstruction. For validation, phantom measurements with a conventional sampling pattern and a gold standard sequence were compared to examine T\(_{1P}\) quantification accuracy. The in vivo validation of T\(_{1P}\) mapping was performed in N = 10 mice and in a reproduction study in a single animal, in which ten maps were acquired in direct succession. Finally, the feasibility of myocardial dispersion quantification was tested in one animal. Results The Bloch simulation-based sampling shows considerably higher image quality as well as improved T\(_{1P}\) quantification accuracy (+ 56\%) and precision (+ 49\%) compared to conventional sampling. Compared to the gold standard sequence, a mean deviation of - 0.46 ± 1.84\% was observed. The in vivo measurements proved high reproducibility of myocardial T\(_{1P}\) mapping. The mean T\(_{1P}\) in the left ventricle was 39.5 ± 1.2 ms for different animals and the maximum deviation was 2.1\% in the successive measurements. The myocardial T\(_{1P}\) dispersion slope, which was measured for the first time in one animal, could be determined to be 4.76 ± 0.23 ms/kHz. Conclusion This new and fast T\(_{1P}\) quantification technique enables high-resolution myocardial T\(_{1P}\) mapping and even dispersion quantification within the limited time of an in vivo study and could, therefore, be a reliable tool for improved tissue characterization.},
  language  = {en}
}