TY - JOUR A1 - Schreiber, Laura M. A1 - Lohr, David A1 - Baltes, Steffen A1 - Vogel, Ulrich A1 - Elabyad, Ibrahim A. A1 - Bille, Maya A1 - Reiter, Theresa A1 - Kosmala, Aleksander A1 - Gassenmaier, Tobias A1 - Stefanescu, Maria R. A1 - Kollmann, Alena A1 - Aures, Julia A1 - Schnitter, Florian A1 - Pali, Mihaela A1 - Ueda, Yuichiro A1 - Williams, Tatiana A1 - Christa, Martin A1 - Hofmann, Ulrich A1 - Bauer, Wolfgang A1 - Gerull, Brenda A1 - Zernecke, Alma A1 - Ergün, Süleyman A1 - Terekhov, Maxim T1 - Ultra-high field cardiac MRI in large animals and humans for translational cardiovascular research JF - Frontiers in Cardiovascular Medicine N2 - A key step in translational cardiovascular research is the use of large animal models to better understand normal and abnormal physiology, to test drugs or interventions, or to perform studies which would be considered unethical in human subjects. Ultrahigh field magnetic resonance imaging (UHF-MRI) at 7 T field strength is becoming increasingly available for imaging of the heart and, when compared to clinically established field strengths, promises better image quality and image information content, more precise functional analysis, potentially new image contrasts, and as all in-vivo imaging techniques, a reduction of the number of animals per study because of the possibility to scan every animal repeatedly. We present here a solution to the dual use problem of whole-body UHF-MRI systems, which are typically installed in clinical environments, to both UHF-MRI in large animals and humans. Moreover, we provide evidence that in such a research infrastructure UHF-MRI, and ideally combined with a standard small-bore UHF-MRI system, can contribute to a variety of spatial scales in translational cardiovascular research: from cardiac organoids, Zebra fish and rodent hearts to large animal models such as pigs and humans. We present pilot data from serial CINE, late gadolinium enhancement, and susceptibility weighted UHF-MRI in a myocardial infarction model over eight weeks. In 14 pigs which were delivered from a breeding facility in a national SARS-CoV-2 hotspot, we found no infection in the incoming pigs. Human scanning using CINE and phase contrast flow measurements provided good image quality of the left and right ventricle. Agreement of functional analysis between CINE and phase contrast MRI was excellent. MRI in arrested hearts or excised vascular tissue for MRI-based histologic imaging, structural imaging of myofiber and vascular smooth muscle cell architecture using high-resolution diffusion tensor imaging, and UHF-MRI for monitoring free radicals as a surrogate for MRI of reactive oxygen species in studies of oxidative stress are demonstrated. We conclude that UHF-MRI has the potential to become an important precision imaging modality in translational cardiovascular research. KW - ultrahigh-field MRI KW - large animal models KW - translational research KW - research infrastructure KW - heart KW - organoid KW - pig KW - cardiovascular MRI Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-317398 SN - 2297-055X VL - 10 ER - TY - THES A1 - Reiß-Zimmermann, Martin T1 - Entwicklung und Erprobung eines standardisierten Auswerteverfahrens für die Bestimmung der Myokardperfusion mit der MRT T1 - Development and evaluation of a standardized evaluation process for determination of myocardial perfusion by using MRI N2 - Mit dem hier vorgestellten Untersuchungs- und Auswertealgorithmus konnte die Myokardperfusion weitgehend automatisiert semiquantitativ und quantitativ bestimmt werden. Dafür wurden zunächst die Bilddaten segmentiert und in Signalintensitäts-Zeit-Kurven transferiert. Durch eine Basislinien- und Kontaminationskorrektur wurden Artefakte minimiert. Mit Anwendung des Parallel-Bildgebungs-Verfahrens Auto-SENSE konnte zusätzlich eine Erhöhung der Schichtanzahl erreicht werden. Durch die angewendete Basislinienkorrektur konnten Inhomogenitäten verringert werden, welche durch Verwendung einer Oberflächenspule methodenbedingt auftreten. Partialvolumeneffekte, die durch die Morphologie des Herzens insbesondere basis- und spitzennah auftraten, führten durch eine Mischung aus KM-Anflutung im Myokard und Kontamination aus dem Ventrikellumen zu einer Beeinflussung der Perfusionsergebnisse. Durch die Verwendung der vorgestellten Kontaminationskorrektur konnten diese Artefakte erheblich minimiert werden. Die so errechneten Perfusionswerte korrelierten gut mit den in der Literatur angegebenen Daten, welche sowohl in tierexperimentellen als auch Probanden- und auch Patientenstudien mit unterschiedlichen Modalitäten ermittelt wurden. Eine regionale Heterogenität konnte nicht signifikant nachgewiesen werden. Molekular-physiologische Untersuchungen legen zwar nahe, dass es diese Heterogenität gibt, die regionale Verteilung der Perfusion wird jedoch kontrovers und noch keinesfalls abschließend in der Literatur diskutiert. Durch Anwendung von Auto-SENSE konnte mit einer Erhöhung der Schichtanzahl bei gleichbleibender Schichtdicke das gesamte linksventrikuläre Myokard untersucht werden. Trotz verringertem SNR waren die Ergebnisse vergleichbar mit der konventionellen Turbo-FLASH-Technik. Ob das Potential der Parallelbildgebung für eine Abdeckung des gesamten Herzens oder für eine höhere Auflösung von 3-4 Schichten pro Untersuchungen genutzt werden soll, ist in der aktuellen Literatur noch Gegenstand der Diskussion. Die hochaufgelösten Untersuchungen scheinen jedoch derzeit vorteilhafter aufgrund geringerer Partialvolumeneffekte sowie der besseren Beurteilbarkeit einer subendokardialen Zone und eines transmuralen Perfusionsgradienten. Die MR-Perfusionsbildgebung ist ein aktives und rasch wachsendes Gebiet innerhalb der kardialen Bildgebung mit großem Entwicklungspotential. Durch Einbindung in ein umfassendes Herz-MR-Untersuchungsprotokoll (z.B. Morphologie, Kinetik, evtl. MR-Koronarangiographie) ist in einem Untersuchungsgang eine umfassende Diagnostik bei Patienten mit Verdacht auf KHK möglich. N2 - Using the presented algorithm for examination and analysis, a nearly fully automated quantitative and semi-quantitative assessment of myocardial perfusion had been performed. In a first step image data had been segmented and transformed into signal intensity time curves. Auto-SENSE, being a parallel imaging method, enabled increment of the amount of slices. Applying the proposed baseline and contamination correction had minimized artifacts. Baseline correction also minimized inhomogeneities that are caused by using surface coils. Partial volume effects, which had been seen especially in the basis and apex of the heart, lead to interference of the myocardial perfusion due to interaction of the myocardial enhancement and contamination of the lumen of the ventricle. Using the proposed contamination correction largely minimized these artifacts. The achieved myocardial perfusion results correspond well with literature data, which had been determined in animal and human studies using different modalities. We did not find a regional heterogeneity in myocardial perfusion, which is being discussed controversially in literature. Due to applying Auto-SENSE, examination of the whole left ventricular myocardium had been performed by increasing the amount of slices, while thickness of every single slice stayed even. Despite decrease of SNR, perfusion results had been equal to conventional Turbo-FLASH technique. Whether the potential of parallel imaging should be used for evaluation of the whole heart or higher resolution of 3-4 slices per examination is being discussed controversially in recent literature. High-resolution examinations seem to be advantageous due to reduced partial volume effects as well as better discrimination of the subendocardial zone and a transmural perfusion gradient. MR imaging of the cardial perfusion is an active and fast growing field of research in cardiac imaging with a large developmental potential. Integration in a cardiac MR protocol (for example morphology, kinetics, optional MR-coronary angiography) enables a comprehensive diagnostic tool in a single examination for patients with suspected cardiac heart disease. KW - NMR-Tomographie KW - Herz KW - Bildgebendes Verfahren KW - Koronarperfusion KW - Herzmuskel KW - Auswertung KW - Entwicklung KW - MRI KW - heart KW - myocardial perfusion Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-34560 ER - TY - THES A1 - Johnson, Thorsten T1 - Entwicklung und Etablierung einer quantitativen Auswertemethode zur Beurteilung des Kontraktionsablaufs des Herzens (Tagging) T1 - Development and Establishment of a Quantitative Analysis for the Evaluation of Cardiac Motion from Tagged MR Images N2 - Ziel dieser Arbeit war es, verschiedene Parameter der linksventrikulären Wandbewegung aus MR-tagging-Aufnahmen quantitativ zu analysieren. Die Auswertemethode sollte angewendet werden, um den physiologischen Kontraktionsablauf zu charakterisieren und pathophysiologische Veränderungen zu erfassen. Die tagging-Untersuchung wurde in einer basisnahen, mittventrikulären und einer apikalen Schicht des linken Ventrikels durchgeführt. Für die automatische Quantifizierung von Rotation, Kontraktion und Umfangsverkürzung wurde eine geeignete Software erstellt. Die Methode wurde bei 8 gesunden Probanden, 13 Patienten mit Aortenstenose vor und 1 Jahr nach Klappenersatz und 10 Patienten mit Myokardinfarkt vor und nach Revaskularisation angewendet. Die entwickelte Software gestattet die Quantifizierung der linksventrikulären Wandfunktion über die Bestimmung von Rotation, Kontraktion und Umfangsverkürzung. Bei den Probanden zeigte sich eine Wringbewegung mit gegenläufiger Rotation der Herzbasis zur Herzspitze. Vor Klappenersatz zeigten die Patienten mit Aortenstenose eine signifikant verstärkte apikale Rotation und Torsion. 1 Jahr postoperativ hatte sich die Torsion normalisiert. Bei den Patienten mit Myokardinfarkt zeigte sich nach Revaskularisierung eine Zunahme der Umfangsverkürzung im Infarktareal. Die Quantifizierung der linksventrikulären Wandbewegung mit MR-tagging-Aufnahmen ermöglicht die Charakterisierung und Verlaufsbeobachtungen von Veränderungen der linksventrikulären Wandfunktion bei verschiedenen Herzerkrankungen. N2 - The purpose of this work was to establish a quantification of different parameters of left ventricular wall motion from tagged MR images. This evaluation method was to be applied to characterize the physiological contraction cycle and to determine pathophysiological changes. Myocardial tagging was performed at a basal, a mid-ventricular and an apical level of the left ventricle. A suitable software was programmed for the automatic quantification of rotation, contraction and circumferential shortening. The evaluation method was used in 8 healthy volunteers, 13 patients suffering from aortic stenosis before and 1 year after surgery and in 10 patients with myocardial infarction before and after revascularization. The software allows the quantification of left ventricular wall motion by assessment of rotation, contraction and circumferential shortening. In the healthy volunteers, there was a wrining motion with opposite rotation of base and apex of the heart. Before valve replacement, patients with aortic stenosis showed significantly increased apical rotation and torsion. 1 year after surgery, left-ventricular torsion had normalized. In patients with myocardial infarction, circumferential shortening increased after revascularization. The quantification of left ventricular wall motion using tagged MR images allows to characterize and follow-up changes of left ventricular wall motion in various diseases of the heart. KW - MRT KW - Herz KW - Aortenstenose KW - Tagging KW - MRI KW - heart KW - aortic stenosis KW - tagging Y1 - 2003 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-8897 ER -