TY - THES
A1 - Helbig, Christian
T1 - Zeitaufgelöste MR-Angiographie der Nierenarterien - Morphologie und Perfusion
T1 - Time-resolved MR angiography of the renal artery: morphology and perfusion
N2 - Ziel dieser Arbeit war es nachzuweisen, dass mit der Kontrastmittel-unterstützten zeitaufgelösten MR-Angiographie neben der Detektion von Nierenarterienstenosen auch Veränderungen der Nierenperfusion bei Patienten mit unilateralen Nierenarterienstenosen zu erfassen sind.
N2 - The purpose of this study was, to prove the hypothesis that renal artery stenosis and changes in renal perfusion can be detected with contrast-enhanced time-resolved MR angiography in a single examination.
KW - MR-Tomographie
KW - Magnetresonanzangiographie
KW - Nierenarterien
KW - Perfusion
KW - Magnetic resonance (three dimensional)
KW - magnetic resonance (vascular studies)
KW - renal arteries
KW - perfusion imaging
Y1 - 2006
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-19963
ER -
TY - THES
A1 - Park, See Young
T1 - Untersuchung zum Nachweis von drainierenden Gefäßstrukturen im Bereich des saccus endolymphaticus des Menschen
T1 - Perfusion experiments on the human saccus endolyphaticus to prove the existance of endolymphatic draining structures
N2 - Die Struktur, Anatomie und Physiologie des menschlichen Saccus endolymphaticus ist bis heute nicht vollständig geklärt.Bisher gilt er als Blindsack. In der vorliegenden Arbeit wurden an 46 frischen Felsenbeinpräparaten Perfusionsexperimente unternommen. Dabei konnte nachgewiesen werden, daß präformierte, dünnwandige Gefäße vorhanden sein müssen, die regelhaft in den Sinus lateralis münden. Diese Ergebnisse sind neu und müssen z.B. bei der Pathogenese des M.Meniere mit in Betracht gezogen werden.
N2 - The human saccus endolymphaticus is supposed to be a blind sack resorbing the endolymphatic fluid. Experimental perfusion of 46 fresh human petrous bones revealed a system of thin draining vessels leading in the ipsilateral sinus lateralis. These results are absolute new and have to be taken in account considering the pathogenesis of Meniers disease.
KW - saccus endolymphaticus
KW - Endolymphdrainage
KW - M.Meniere
KW - Perfusion
KW - saccus endolymphaticus
KW - drainage endolymphatic
KW - M.Meniere
KW - perfusion
Y1 - 2004
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-14405
ER -
TY - THES
A1 - Kochel, Michael
T1 - Tissue engineering von Knochen - Entwicklung eines Zweikreis-Perfusionssystems für die Langzeitkultivierung von Knochenzellen in einer dreidimensionalen Matrix
T1 - A two loop perfusion system for long-term cultivation of osteoblastlike cells in a 3D matrix
N2 - Die in vitro-Langzeitkultivierung von Zellen in einer Drei-Dimensionalen Matrix (3D-Matrix) stellt nach wie vor eine Herausforderung im Tissue engineering dar. Die Kultivierung von Zellen auf/in komplexen 3D-Trägern erfordert hohe Zellzahlen und lange Kulturzeiten. Um die Probleme des schnellen Mediumverbrauches und der limitierten Zellzahl bzw. Zelldichte in konventionellen Kulturmethoden zu umgehen, wurde ein „Zweikreis-Perfusionssystem“ entwickelt. Hierzu wurde ein Cell-Pharm System (Cell-Pharm System 100®-Basisgerät) modifi-ziert. Das Grundprinzip des Systems besteht darin, dass ein kleinvolumiger (50-70 ml) „Zellkultur-Kreislauf“ über einen Bioreaktor (semipermeable Hohlfasermembran) durch einen großvolumigen (1000 ml) „Regenerations-Kreislauf“ kontinuierlich im Gegenstromprinzip regeneriert wird. Die Regulation des ph-Wertes und der Sauerstoffsättigung des Kulturmediums geschieht über einen integrierten, Druckluft-CO2-begasten Oxygenator. Während die Zirkulationsgeschwindigkeit (Durchflussrate) und Temperatur (37°C) im Regenerations-Kreislauf konstant gehalten werden, lassen sich diese Parameter im „Zellkultur-Kreislauf“ beliebig variieren. Es hat sich gezeigt, dass sich auf diese Weise kontinuierlich über einen langen Zeitraum ohne Mediumwechsel konstante und optimale Milieuverhältnisse in beiden Mediumkompartments einstellen lassen. Zur Untersuchung der Wachstumseigenschaften von Zellen in diesem Perfusions-system wurden humane osteoblastenähnliche Zellen oder Ratten-Knochenmarkszellen auf eine Matrix aus demineralisierter, GuHCl-extrahierter Rinderspongiosa unterschiedlicher Größe (Zylinder zwischen 5x3 mm und 5x10 mm) aufgetragen. Unter intermittierender Perfusion der Kulturkammern (z.B. Minucells cell container®) mit 50-70 ml/d kam es zu einem gleichmäßigen, intertrabekulären Wachstum der Zellen innerhalb des gesamten Trägers. Nach 6-8 Wochen konnte immer noch ein dichtes Netz interdigitierender ALP-positiver osteoblastenähnlicher Zellen innerhalb der gesamten Matrix beobachtet werden. Dabei scheint die physikalisch-mechanische Komponente der „Umspülung“ der Zellen mit dem kontinuierlich regenerierten Nährmedium einen positiven Einfluss auf das Anwachsverhalten und Proliferation der Zellen zu haben. Somit erlaubt das modifizierten „Zweikreisperfusionssystem“ eine gute Möglichkeit für die Langzeitperfusionskultur in einem geschlossenen System mit indi-viduell steuerbaren Strömungsverhältnissen im Zellkompartment bei einer kontinuierlichen Regeneration des Mediums.
N2 - Cultivation and expansion of cells on 3D structures in conventional culture systems have some major drawbacks. High cell numbers, long diffusion distances of the fresh medium and frequent medium changes limit the homogenous ingrowth of cells into 3D structures. A new perfusion system was designed consisting of two counter current medium flows. A small volume cell culture loop (CCL, 50ml) is continuously regenerated over a hollow fiber bioreactor with a MWCO of 10k daltons by a large volume regeneration loop (RL, 1000ml) in which circulation and temperature are kept constant. Oxygenation and pH stabilization are maintained by an air/CO2 aerated oxyganator in the RL. Circulatory parameters like flowrate, perfusion interval and duration can be freely adjusted in the CCL. In preliminary experiments stable culture conditions were maintained in the CCL for over 6 weeks in which exogenous pH changes were equalized by the system without addition or changes of fresh medium. Osteoblast like cells (derived from human or rat bone marrow) were seeded on porous 3D collagenous carriers and cultivated in the system. During a cultivation period of 8 weeks under intermittent perfusion a homogenous growth of ALP positive cells was achieved throughout the carrier. The low pulsatile perfusion seems to promote the attachment and the proliferation of the osteoblast like cells. The two loop perfusion system allows a long term cultivation of osteoblastic cells in 3D-scaffolds on the benchtop with adjustable perfusion parameters.
KW - Perfusion
KW - Zellkultur
KW - Knochen
KW - Osteoblasten
KW - 3D
KW - perfusion
KW - cell culture
KW - bone
KW - 3d
KW - osteoblast
Y1 - 2004
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-8559
ER -
TY - THES
A1 - Freiwald, Matthias
T1 - Therapeutisches Zielorgan Lunge : Pharmakokinetische Untersuchungen am humanen Lungenperfusionsmodell
T1 - Therapeutic target site lung: Pharmacokinetic investigations at the isolated reperfused and ventilated human lung
N2 - Die humane Lunge kann bei der Pharmakotherapie einer Erkrankung entweder als betroffenes Organ Ziel eines verabreichten Arzneistoffes sein oder aber auch als Portal für diesen in die systemische Zirkulation fungieren. Wird ein Arzneistoff inhaliert, ist für dessen Nutzen-Risiko-Profil von zentraler Bedeutung, in welchem Ausmaß und mit welcher Geschwindigkeit dieser resorbiert und anschließend in die systemische Zirkulation umverteilt wird. Wenn bei der Behandlung einer Lungenerkrankung dagegen ein Arzneistoff z.B. nach peroraler Gabe erst in der systemischen Zirkulation anflutet, müssen ausreichend hohe Wirkstoffkonzentrationen in den betroffenen Gewebearealen sichergestellt werden. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, Möglichkeiten zu finden, diese beiden Vorgänge in vitro möglichst realitätsnah messen zu können. Für die Simulation der pulmonalen Absorption nach inhalativer Applikation eines Arzneistoffs diente Beclomethasondipropionat (BDP), freigesetzt aus den handelsüblichen FCKW-freien Dosieraerosolen Sanasthmax® und Ventolair®, als Modellsubstanz. Es wurde zunächst ein einfaches Dialysemodell als Screeningverfahren entwickelt. Hier wurden BDP-Partikel unter Verwendung der beiden Dosieraerosole auf humanem Lungenhomogenat deponiert und nachfolgend die kombinierten Prozesse aus Auflösung und Umverteilung der Substanz in eine Dialyseflüssigkeit, die sich entweder aus salinem Puffer oder humanem Blutplasma zusammensetzte, untersucht. Anschließend wurde erstmals ein etabliertes humanes Lungenperfusionsmodell dahingehend modifiziert, dass eine Inhalation von BDP nach Applikation eines handelsüblichen Dosieraerosols nachgestellt werden konnte. Auf diese Weise konnte an diesem realitätsnahen Modell die initiale Phase der pulmonalen Absorption von BDP in der Perfusionsflüssigkeit verfolgt werden. Beide Modelle zeigten Unterschiede in der Auflösungs- bzw. Umverteilungskinetik von BDP in Abhängigkeit von der verwendeten Applikationsform auf. So schienen sich von Ventolair® erzeugte BDP-Partikel schneller und in größerer Menge aufzulösen als diejenige bei den Versuchen mit Sanasthmax®, was eine vermehrte Umverteilung der Substanz sowohl in die Dialyseflüssigkeit als auch Perfusionslösung zur Folge hatte. Die am Lungenperfusionsmodell beobachteten Verläufe der initialen pulmonalen Absorption von BDP nach Freisetzung aus den Dosieraerosolen Sanasthmax® oder Ventolair® korrelierten dabei sehr gut mit Daten aus einer entsprechenden Humanstudie mit gesunden Probanden. Auch standen die ermittelten Unterschiede in sinnvoller Übereinstimmung mit Untersuchungen der in den von Sanasthmax® oder Ventolair® versprühten Aerosolen enthaltenen Partikel hinsichtlich Größenverteilung, Morphologie und Lösungsverhalten in Bronchialsekret. Um die Umverteilung eines Wirkstoffs von der systemischen Zirkulation in lungenspezifisches Gewebe am humanen Lungenperfusionsmodell zu simulieren, wurden die Gewebekonzentrationen von Thalidomid (THAL) in peripherem Lungengewebe im Vergleich zu den korrespondierenden Spiegeln in einem Bronchialkarzinom erstmals mittels Mikrodialyse verfolgt. Hierzu wurde im Vorfeld für diese Substanz unter Einsatz des Komplexbildners (2 Hydroxypropyl)-beta-cyclodextrin (HPCD) ein bezüglich der Sensitivität und der zeitlichen Auflösung optimiertes Mikrodialysesystem etabliert und dessen Eigenschaften systematisch untersucht. Am Lungenperfusionsmodell wurde dann eine an klinisch relevante Plasmaspiegel angelehnte THAL-Konzentration in der Perfusionslösung vorgelegt und anschließend das Anfluten in den oben genannten Geweben mit Hilfe des entwickelten Mikrodialysesystems beobachtet. Durch Zugabe von HPCD in das Mikrodialyseperfusat konnte eine signifikante Erhöhung der Wiederfindungsrate im Dialysat (Relative Recovery) erreicht und damit ein Mikrodialysesystem etabliert werden, das neben hoher zeitlicher Auflösung eine ausreichende analytische Sensitivität für THAL aufwies. Allerdings wurden aufgrund dieses Perfusatzusatzes die Diffusionsvorgänge während der Mikrodialyse derart beeinflusst, dass übliche Methoden zur Sondenkalibrierung wie z.B. die Retrodialyse nicht mehr angewendet werden konnten, und daher in Hinblick auf die Messungen am Lungenperfusionsmodell bestehende Kalibrierverfahren modifiziert werden mussten. Bei der Untersuchung der Gewebepenetration am Lungenperfusionsmodell flutete THAL in Tumorgewebe langsamer an als in peripherem Lungengewebe, wo schnell ähnliche Konzentrationen wie in der Perfusionslösung gefunden wurden. Auch lagen die Gewebespiegel im Tumorgewebe stets unter dem ermittelten Niveau im Lungengewebe. Die erhaltenen Konzentrationsverhältnisse zwischen Perfusionslösung, peripherem Lungengewebe und Tumorgewebe deckten sich dabei mit Kenntnissen aus Humanstudien, in denen analog Plasmakonzentrationen von antineoplastischen Substanzen ebenfalls mittels Mikrodialyse in Relation zu deren Spiegeln in gesundem Gewebe und Tumorgewebe verschiedenster Ätiologie bestimmt wurden.
N2 - In pharmacotherapy the human lung may either represent the therapeutic target site of an applied drug or be used as portal for systemic drug delivery. In case of inhalation of a drug the rate and extent of pulmonary drug absorption and subsequent distribution into systemic circulation is essential for the benefit-risk ratio. Otherwise, when a drug is systemically administered, e.g. by intravenous or oral route, to treat a lung disease and therefore first appears in the systemic circulation, sufficient drug concentrations have to be achieved in the affected tissue areals. Thus, the aim of this thesis was to find methods that allow to describe these two processes in vitro as close to reality as possible. Beclomethasone dipropionate (BDP) was chosen for the simulation of pulmonary drug absorption after administration of the two commercially available HFA-propelled metered dose inhalers (pMDI) Sanasthmax® and Ventolair®. Initially a simple dialysis model was established for screening tests. In this setting BDP particles were applied to human lung homogenate using those two inhalers and subsequently the combined processes of drug dissolution and distribution of the drug into dialysis fluid consisting of either saline buffer or human blood plasma were monitored. Then an established isolated reperfused und ventilated human lung setting was used to monitor the initial pulmonary absorption of BDP by measuring drug concentrations in the reperfusion fluid. For this purpose BDP particles containing aerosols delivered by commercially available pMDI for the first time were applied to an isolated reperfused human lung. Both models revealed differences in the combined processes of dissolution and distribution of BDP delivered by the two pMDI Sanasthmax® and Ventolair®. BDP particles delivered by Ventolair® apparently dissolved faster and to a greater extent than particles delivered by Sanasthmax®, resulting in an enhanced distribution both into dialysis fluid and into reperfusion fluid. The time course of initial pulmonary absorption of BDP delivered by the pMDI Sanasthmax® or Ventolair® observed at the isolated reperfused human lung exhibited high correlation with data from a corresponding clinical study with healthy volunteers. Furthermore, the obtained differences were consistent with results from investigations on the particles found in the aerosols produced by Sanasthmax® or Ventolair® regarding their size distribution, topology and dissolution behaviour in brochial fluid. To mimic the distribution of a drug from the systemic circulation into lung specific tissue employing the isolated reperfused and ventilated human lung setting, time course of tissue concentrations of thalidomide (THAL) in peripheral lung tissue in comparison with those in tumour tissue was determined for the first time by microdialysis. Firstly a microdialysis method optimised regarding sensitivity and time resolution by utilising the complexing agent (2 hydroxypropyl)-beta-cyclodextrin (HPCD) was developed and systematically evaluated. A THAL concentration derived from clinically relevant plasma concentrations was used in the reperfusion fluid and subsequently drug influx into tissue was monitored. By adding HPCD to the microdialysis perfusate a significant increase in the relative recovery was achieved enabling the establishment of a microdialysis method that exhibited high time resolution and appropriate analytical sensitivity. However, this perfusate additive strongly affected the diffusion processes during microdialysis so that common methods for microdialysis probe calibration, particularly the retrodialysis method, did not give accurate results. Therefore, a new calibration method suitable for the lung reperfusion experiments had to be explored. Tissue penetration evaluated in the lung reperfusion experiments revealed a slower distribution of THAL into tumour tissue than into peripheral lung tissue. In the latter concentrations similar to those detected in the reperfusion fluid were rapidly observed. Additionally, THAL concentrations achieved in tumour tissue were always lower than the corresponding levels in peripheral lung tissue. The resulting relationship between reperfusion fluid concentrations, concentrations in peripheral lung tissue, and concentrations in tumour tissue was highly correlated with data from clinical studies investigating the concentrations of antineoplastic agents in healthy and tumour tissue of various etiologies by microdialysis in relation to plasma concentrations. In conclusion, methods enabling both characterisation of the distribution of inhaled drugs from lung tissue into systemic circulation and determination of tissue penetration kinetics of systemically administered drugs into lung specific tissue were successfully established. These techniques simulating pulmonary drug distribution very closely to reality may significantly contribute to the understanding of pharmacokinetic processes in the lung.
KW - Lunge
KW - Perfusion
KW - Simulation
KW - Pharmakokinetik
KW - Pharmakokinetik
KW - Lungenperfusionsmodell
KW - Thalidomid
KW - Beclomethason
KW - Beclomethasondipropionat
KW - Pharmacokinetics
KW - isolated reperfused lung
KW - thalidomide
KW - beclomethasone
Y1 - 2006
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-21551
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TY - THES
A1 - Kampf, Thomas
T1 - Quantifizierung myokardialer Mikrostruktur und Perfusion mittels longitudinaler NMR Relaxation
T1 - Quantification of myocardial micro structure and perfusion exploiting longitudinal NRM relaxation times
N2 - Ziel der Arbeit war es die Quantifizierung funktioneller bzw. mikrostruktureller Parameter des Herzmuskels mit Hilfe T1-basierter Methoden zu verbessern. Diese Methoden basieren darauf, die gewünschte Information durch eine geeignete Präparation der Magnetisierung bzw. durch die Gabe von Kontrastmittel in den Zeitverlauf der longitudinalen Relaxation zu kodieren. Aus der Änderung der Relaxationszeit läßt sich dann die gewünschte Information bestimmen. Dafür sollte sowohl der Einfluß der Anatomie als auch derjenige der Meßmethodik auf die Bestimmung der longitudinalen Relaxationszeit und damit auf die Quantifizierung der Funktion bzw. Mikrostrukturparameter untersucht werden.
Speziell der Einfluß der Bildgebungssequenz führt dazu, daß nur eine scheinbare Relaxationszeit gemessen wird. Während dies keinen Einfluß auf die T1-basierte Bestimmung der untersuchten Mikrostrukturparameter hatte, ergab sich für die Perfusionsquantifizierung eine deutliche Abhängigkeit von den Parametern der verwendeten IRLL-Sequenz. Um diesen Einfluß gerecht zu werden, wurden an die Meßmethodik angepaßte Gleichungen zur Bestimmung der Perfusion gefunden mit denen die systematischen Abweichungen korrigiert werden können. Zusätzlich reduzieren die angepaßten Gleichungen die Anforderungen bezüglich der Inversionsqualität im schichtselektiven Experiment. Dies wurde in einem weiteren Projekt bei der Bestimmung der Nierenperfusion im Mausmodell ausgenutzt.
Neben der Untersuchung der Auswirkungen der Meßmethode wurde auch der Einfluß der anatomischen Besonderheiten des Blutkreislaufs am Herzen auf die Parameterquantifizierung mittels T1-basierter Methoden untersucht. Es konnte gezeigt werden, daß auf Grund der Anatomie des Herzens bei typischen Orientierungen der Bildgebungsschicht, auch bei der schichtselektiven Inversionspräparation der Magnetisierung des Herzmuskels ein Anteil des Blutpools invertiert wird. Daraus folgt, daß die vereinfachende Annahme, nach welcher bei schichtselektiver Präparation in Folge von Perfusion nur Blut mit Gleichgewichtsmagnetisierung den Herzmuskel erreicht, nicht erfüllt ist. Es konnte gezeigt werden, daß dies bei Perfusion zu einer deutlichen Unterschätzung der berechneten Perfusionswertes führt. Um mit diesem Problem umgehen zu können, wurde aufbauend auf einem vereinfachten Modell der zeitlichen Entwicklung der Blutmagnetisierung eine Korrektur für die Bestimmung der Perfusionswerte gefunden welche den Einfluß der anatomischen Besonderheiten berücksichtigt.
Das für die Perfusionskorrektur eingeführte Model prognostiziert ebenso, daß auch bei schichtselektiver Inversion die T1-basierte Bestimmung der untersuchten Mikrostrukturparameter von der Perfusion abhängig wird und eine systematische Überschätzung der quantifizierten Werte verursacht. Da die Perfusion im Kleintier deutlich höher ist als im Menschen, ist dieser Einfluß besonders in der präklinischen Forschung zu beachten. So können dort allein durch verminderte Perfusion deutliche Änderungen in den bestimmten Werten der Mikrostrukturparameter erzeugt werden, welche zu einer fehlerhaften Interpretation der Ergebnisse führen und somit ein falsches Bild für die Vorgänge im Herzmuskel suggerieren. Dabei bestätigt der Vergleich mit experimentellen Ergebnissen aus der Literatur die Vorhersagen für das Rattenmodell. Beim Menschen ist der prognostizierte Effekt deutlich kleiner. Der prognostizierte Fehler bspw. im RBV-Wert liegt in diesem Fall bei etwa 10% und wird üblicherweise in der aktuellen Forschung vernachlässigt. Inwieweit dies in er klinischen Forschung gerechtfertigt ist, muß in weiteren Untersuchungen geklärt werden.
Den untersuchten Methoden zur Bestimmung von funktionellen und mikrostrukturellen Parametern ist gemein, daß sie eine exakte Quantifizierung der longitudinalen Relaxationszeit T1 benötigen. Dabei ist im Kleintierbereich die klassische IRLL-Methode als zuverlässige Sequenz zur T1-Quantifizierung etabliert. In der klinischen Bildgebung werden auf Grund der unterschiedlichen Zeitskalen und anderer technischer Voraussetzungen andere Anforderungen an die Datenakquisition gestellt. Dabei hat in den letzten Jahren die MOLLI-Sequenz große Verbreitung gefunden. Sie ist eine Abwandlung der IRLL-Sequenz, bei der mit einer bSSFP-Bildgebungssequenz getriggert ganze Bilder während eines Herzschlages aufgenommen werden. Die MOLLI-Sequenz reagiert dabei empfindlich auf die Wartezeiten zwischen den einzelnen Transienten. Um mit diese Problematik in den Griff zu bekommen und gleichzeitig die Meßzeit verkürzen zu können wurde eine neue Methode zum Fitten der Daten entwickelt, welche die Abhängigkeit der scheinbaren Relaxationszeit von der Wartezeit zwischen den einzelnen Transienten, sowie der mittleren Herzrate fast vollständig eliminiert. Diese Methode liefert für das ganze klinisch Spektrum an erwarteten T1-Zeiten, vor und nach Kontrastmittelgabe, stabile Ergebnisse und erlaubte ein deutliche Verkürzung der Meßzeit, ohne die Anzahl der aufgenommenen Meßzeitpunkte zu reduzieren. Dies wurde in einer initialen klinischen Studie genutzt, um ECV-Werte in Patienten zu bestimmen.
Ein Nachteil der Verwendung der MOLLI-Sequenz ist, daß nur die scheinbare Relaxationszeit aus den Fit der Meßdaten bestimmt wird. Die standardmäßig genutzte Korrektur benutzt aber dem gefitteten Wert der Gleichgewichtsmagnetisierung um den wahren T1-Wert zu bestimmen. Somit ist es für die Bestimmung des T1-Wertes notwendig, die Qualität der Inversionspräparation zu kennen. Auf Basis der neuen Fitmethode wurde eine Anpassung der MOLLI-Sequenz demonstriert, welche die Bestimmung der Gleichgewichtsmagnetisierung unabhängig von der Qualität der Inversionspräparation erlaubt. Dafür verlängert sich die Meßdauer lediglich um einen Herzschlag um in geeigneter Weise ein zusätzliches Bild aufnehmen zu können.
Abschließend wurde in dieser Arbeit der Signal-Zeit-Verlauf der MOLLI-Sequenz eingehend theoretische untersucht um ein besseres Verständnis der getriggerten IRLL-Sequenzen zu entwickeln. In diesem Zusammenhang konnte eine einfache Interpretation der scheinbaren Relaxationszeit gefunden werden. Ebenso konnte erklärt werden, warum die für ungetriggerte IRLL-Sequenzen abgeleitete Korrekturgleichung auch im getriggerten Fall erstaunlich gute Ergebnisse liefert. Weiterhin konnten Fehlerquellen für die verbleibenden Abweichungen identifiziert werden, welche als Ausgangspunkt für die Ableitung verbesserter Korrekturgleichungen genutzt werden können.
N2 - The goal of this work was to improve T1-based methods for quantification of functional and microstructural parameters of the heart muscle. These methods encode the desired information in the longitudinal relaxation by a dedicated magnetization preparation or by due to the administration of contrast agents. Hence, the alteration of the longitudinal relaxation time can be used to determine the desired information. To accurately quantify these parameters, the influence of the anatomy as well as the data acquisition on the longitudinal relaxation time and hence the quantification of the functional and micro structural parameters is investigated.
It is known, that the choice of imaging sequence may influence the recovery of the magnetization and only an apparent relaxation time can be measured. While this had no effect on the T1-based quantification of the investigated microstructural parameters, the calculated perfusion value showed a strong dependence on the parameters of the used IRLL sequence. To take the influence of the imaging sequence into account, adapted equations for perfusion quantification were found. Hence, it was possible to correct for the systematic deviation by the IRLL sequence. Additionally, it could be shown that these adapted equations relax some of the requirements on the slice selective inversion experiment which could be utilized in the quantification of renal perfusion in a mouse model.
Beside the influence of the imaging sequence also the influence of cardiovascular anatomy of the heart on the T1-based quantification methods was investigated. It was shown that for typical orientations of the imaging slice, also for the slice selective preparation a part of the blood pool magnetization is inverted. This violates the assumption that in the slice selective case only magnetization in equilibrium state enters the heart muscle and leads to a drastic underestimation of the quantified perfusion value. Based on a simplified model of the evolution of the blood magnetization the effects of the partial blood pool inversion were derived for perfusion quantification.
The same simplified model was used, to investigate the influence of the imperfect slice selective inversion preparation in the T1-based quantification of the investigated micro structural parameters. It was shown, that the inflow of partially inverted blood into the capillary bed results in a perfusion dependent overestimation of the investigated microstructural parameters. As perfusion in small mammals is higher than in humans, the resulting bias has to be considered particularly in pre-clinical studies. In these animal models a reduced perfusion can result in a strong variation of the microstructural parameters which could be misinterpreted and hence may lead to a wrong understanding of the processes in the heart muscle. The predicted bias was compared with residual errors in the literature neglecting the partial inversion and found a good agreement in a rat model. For humans the expected bias is much smaller due to the lower perfusion values. The predicted bias for the RBV value is approximately 10% and hence, the effect is neglected in the current literature. However, if this justified must be investigated in further studies.
All investigated methods for parameter quantification require the exact knowledge of the longitudinal relaxation time T1. For small animals the usual choice is an IRLL sequence, which have been established and demonstrated to be reliable and robust. Due to the different timescales and other technical aspects, however, the requirements in clinical imaging are different for data acquisition. In recent years the MOLLI sequence has become popular for T1 quantification. The MOLLI sequence is modification of IRLL sequence with a single shot bSSFP imaging module triggered usually to the end diastolic heart phase. However, the MOLLI sequence shows a strong dependence on the waiting times between the inversion prepared transients. To overcome this problem and provide a robust quantification of the apparent relaxation time with reduced the overall measurement time a new fitting procedure was developed. Thus, it was able to almost completely eliminate the dependence on the waiting time between the transients as well as the mean heart rate. The new method provided robust quantification over the complete range of clinical relevant longitudinal relaxation times (pre and post administration of contrast agents). Additionally, it was possible to reduce the measurement time without reducing the number of acquired data. This method was used in a pilot study to measure ECV in patients.
A disadvantage of the MOLLI sequence is that in only provides an apparent relaxation time from the data fit and a correction for the real relaxation time is necessary. To calculate $T_1$, the common correction requires the knowledge of the equilibrium as well as the steady state magnetization. Hence, the quality of the inversion preparation is important and must be determined. Exploiting the properties of the new fitting method an adaption of the MOLLI sequence was proposed which allows the measurement of the equilibrium magnetization independent from quality of the inversion preparation by extending the measurement time for only a single heart beat to acquire a single additional image before the first inversion preparation.
The final part of this work was dedicated improve the understanding of triggered IRLL sequences as the MOLLI. Hence, the signal evolution of these triggered sequences was investigated theoretically. Hence, a simple interpretation of the apparent relaxation time could be found from the results. Furthermore, a better understanding was reached for the surprisingly good results of the commonly used correction which was derived from the untriggered continuous case. Additionally, sources of the remaining deviations were identified and can be used for subsequent investigations to find better correction equations which allow for a more accurate quantification of T1.
KW - Kernspintomographie
KW - Relaxationszeit
KW - Perfusion
KW - Spin-Gitter-Relaxation
KW - T1 Relaxation
KW - Herzbildgebung
KW - MRT
KW - MOLLI
KW - Inversion Recovery
Y1 - 2018
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-174261
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TY - THES
A1 - Rapf, Katrin
T1 - Perfusionsuntersuchungen des Herzens nach Myokardinfarkt mittels Magnetresonanztomographie
T1 - Examinations of myocardial perfusion after myocardial infarction by MRI
N2 - Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit war es, eine genauere Erkenntnis über die derzeitigen Möglichkeiten der quantitativen Messung der myokardiale Perfusion im Hinblick auf die Beschreibung verschiedener myokardialer Infarkte mittels kardialer MRT zu gewinnen. Die Untersuchungen zur Perfusion im Infarktgebiet ergaben, dass ein visuell festgestellter subendokardialer Infarkt an Hand der Bestimmung der absoluten Perfusion nicht immer nachvollzogen werden konnte. Ein Zusammenhang zwischen dem Auftreten eines no-reflow im Late Enhancement und der Höhe der absoluten Perfusion im Infarktgebiet konnte nicht gezeigt werden. Die Untersuchungen zur Perfusion im Remote Myokard ergaben keinen Zusammenhang zwischen der Perfusion im Remote Myokard und dem transmuralen Ausmaß des no-reflow-Phänomens in der First Pass Perfusion. Auch korrelierte die Perfusion im Remote Myokard nicht mit dem Auftreten eines no-reflow Phänomens im Late Enhancement. Die Perfusion im Remote Myokard unterschied sich zwischen transmuralen und nicht-transmuralen Infarkten. Eine Hyperperfusion im Remote Myokard konnte erst ab einer Infarktausdehnung von 75% im Late Enhancement beobachtet werden, während eine Hypoperfusion im Remote Myokard bei allen Infarktausdehnungen zwischen 0% und 100% auftrat. Die Untersuchungen zur Perfusion bei Vorliegen eines transmuralen Infarktes“ ergaben eine signifikante Korrelation der Perfusionen in Infarktgebiet und Remote Myokard bei transmuralem Infarkten. Die Ergebnisse zur Messung der Perfusion in Abhängigkeit von der relativen Infarktgröße wiesen keinen Zusammenhang zwischen der Perfusion im Infarktgebiet und der relativen Infarktgröße auf. Ebenso konnte keine Beziehung zwischen der Perfusion im Remote Myokard und der relativen Infarktgröße dargelegt werden. Letztendlich wurde das Verhalten der quantitativen Perfusion im Infarktgebiet und im Remote Myokard in Abhängigkeit von der Zeit nach Infarktereignis untersucht. Dabei zeigte sich kein Zusammenhang zwischen dem Auftreten eines no-reflow im Late Enhancement und der Entwicklung der Perfusion im Infarktgebiet zwischen der Erst- und der Spätuntersuchung. Ebenso war kein Zusammenhang zwischen dem Auftreten eines no-reflow im Late Enhancement und der Entwicklung der Perfusion im Remote Myokard zwischen der Erst- und der Spätuntersuchung erkennbar. Die kardiale MRT ist aufgrund der gleichzeitigen Analyse von morphologischen, funktionellen, quantitativen und metabolischen Parametern in einem Untersuchungsgang ein erfolgversprechendes Bildgebungsverfahren der Zukunft, da sie nicht invasiv ist, ohne Einsatz von Röntgenstrahlung auskommt und dabei eine gute räumliche Auflösung bei hohem Gewebekontrast bietet. Studien zeigen, dass die Kombination von Stress-Perfusion und Late-Technik in einem MRT-Protokoll eine höhere Genauigkeit als die Verwendung der SPECT-Untersuchung in der klinischen Beurteilung von Koronargefäßstenosen und im Nachweis subendokardialer Infarkte aufweist. 62 Allerdings erfährt die in vorliegender Arbeit verwendete Technik der Datenverarbeitung in dieser Form ohne Zweifel noch ihre Limitation im klinischen Alltag. Grundsätzlich ist zu sagen, dass die Messung der absoluten Perfusion im Myokard mit der MRT des Herzens zurzeit sicherlich noch nicht ausgereift ist. Dennoch lassen die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse und die viel versprechende Weiterentwicklung in der magnetresonanztomographischen Bildgebung weit reichende und interessante Möglichkeiten erahnen.
N2 - The aim of this work was to provide a more precise knowledge of the current possibilities for the quantitative measurement of myocardial perfusion in terms of the description of various myocardial infarcts using cardiac MRI. The analysis regarding the determination of a subendokardial infarction using the absolute perfusion in this area showed that the location of the infarction could not always been reproduced. A correlation between the occurrence of a no-reflow in Late Enhancement and the level of absolute perfusion in the area of infarction could not be shown. The analysis on the remote myocardial perfusion showed no coherence between myocardial perfusion in remote and the transmural extent of the no-reflow phenomenon in First-pass perfusion. Also the myocardial perfusion in remote myocardium did not correlate with the occurrence of a no-reflow phenomenon in Late Enhancement. The perfusion in remote myocardium differed between transmural and non-transmural infarctions. A hyperperfusion in remote myocardium was only seen with an extent of infarction of 75% and more in Late Enhancement while a hypoperfusion in remote myocardium occured with all infarction extents between 0% and 100%. The analysis regarding the perfusion when there was a transmural infarction showed a significant correlation of the perfusions in the area of infarcation and the remote myocardium. The results for the measurement of perfusion depending on the relative size of the infarction showed no coherence between the perfusion in the area of the infarction and relative size of it. Also there was no way of showing coherence between the myocardial perfusion in remote myocardium and the relative size of the infarction. Finally the behaviour of quantitative perfusion in the area of infarction and in the remote myocardium was investigated. The results showed no coherence between the occurrence of a no-reflow phenomenon in late enhancement and the development of the perfusion in the area of infarction between the first and the late data ascertainment. Also there was no coherence between the occurrence of a no-reflow in late enhancement and the development of the remote myocardium perfusion in between the first and the late data ascertainment. The cardiac MRI is due to the simultaneous analysis of morphological, functional, quantitative and metabolic parameters during one single investigation a promising imaging procedure of the future, because it is not invasive, without the use of X-rays and requires a good spatial resolution with high tissue contrast. Studies show that the combination of stress perfusion and late-MRI technique provide a higher accuracy in the clinical evaluation of coronary stenosis and subendocardial infarctions than the single use of the SPECT- technique. Without doubt the way of processing data used in this work still comes to its limits in everyday work and the technique of receiving data of the myocardial perfusion using cardiac MRI must still be developed. Nevertheless the results presented in this work and the promising progresses in the field of MRI imaging give a hint to the interesting and far reaching possibilities that are to come.
KW - Perfusion
KW - NMR-Tomographie
KW - Herzinfarkt
KW - Herzmuskel
KW - MRT
KW - Perfusion
KW - no reflow
KW - akuter Myokardinfarkt
KW - late enhancement
KW - MRI
KW - perfusion
KW - no reflow
KW - acute myocardial infarction
KW - late enhancement
Y1 - 2007
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-27297
ER -
TY - THES
A1 - Düren, Christian
T1 - Perfusionsmessungen am menschlichen Herzen mit der Magnetresonanztomographie - Quantifizierung mit der Spin-Labeling-Technik
T1 - Quantitative Assessment of Myocardial Perfusion with a MRI Spin-labeling Technique
N2 - In der Diagnostik und Therapie der KHK ist die myokardiale Perfusion von immensem Interesse. Die verminderte Mikrozirkulation als funktionelle Folge einer Stenose korreliert mit den Beschwerden und der Prognose für einen Patienten mit KHK besser als die Morphologie der Stenose selbst. In der koronaren Angiographie wird die vaskuläre Situation der Herzkranzgefäße beurteilt und in Stenosegrade eingeteilt. Die Stenosen bedingen aber häufig nicht die entsprechende myokardiale Minderdurchblutung, sodass oft zusätzliche Untersuchungen der Ischämie-/Vitalitätsdiagnostik (z.B. Myokardszintigraphie, Stressechokardiographie) erforderlich sind.Im Gegensatz zu der bereits in der klinischen Routine eingesetzten Methode der MRT First-Pass Messungen, die meist nur qualitative Aussagen zur Myokardperfusion liefert, kann die hier untersuchte T1-Methode die Myokardperfusion quantitativ beschreiben. Mit der Spin Labeling Methode können T1-Werte nach globaler und schicht-selektiver Sättigung bestimmt werden. So lassen sich nach einem Zwei- Kompartimente-Modell Absolutwerte für die myokardiale Perfusion berechnen. In der vorliegenden Arbeit wurden gesunde Probanden und Patienten mit klinischem Hinweis auf KHK unter Ruhe und unter Adenosin vermittelter Vasodilatation untersucht. Ein definiertes Untersuchungsprotokoll sicherte die Vergleichbarkeit der Ergebnisse, die Dauer eines Messprotokolls betrug circa 45 Minuten. Bei den Messwerten der Probanden konnte eine T1-Verkürzung unter Vasodilatation nachgewiesen werden. Die Verkürzung der Relaxationszeit korreliert gut mit der Perfusionszunahme im Myokard. Im nächsten Schritt wurde an den untersuchten Patienten gezeigt, dass sich mit dieser Methode auch lokale Unterschiede in der myokardialen Perfusion nachweisen lassen. So wurde die koronare Flussreserve für Vorderwand und Hinterwand bestimmt. Des Weiteren wurden die Relaxationsraten dieser Segmente verglichen. Perfusionsdifferenzen für Patienten mit Ein-Gefäßerkrankungen konnten ebenso nachgewiesen werden, wie signifikante Unterschiede in den Relaxationsraten von Vorder- und Hinterwand bei Patienten mit der klinischen Diagnose KHK.
N2 - In this study absolute myocardial perfusion was determined using a spin-labeling MRI technique at 2 Tesla. The technique was applied to 16 healthy volunteers at resting conditions, adenosine induced stress and oxygen breathing. Overall myocardial quantitative perfusion was determined as 2.3 +/-0.8 ml/g/min (rest), 4.2 +/- 1.0 ml/g/min (adenosine) and 1.6 +/- 0.6 ml/g/min (oxygen), respectively. T1 of left ventricular blood pool decreased from 1709 +/- 101 ms (rest) to 1423 +/- 61 ms (oxygen) whereas T1 of right ventricular blood did not change significantly (1586 +/- 126 ms and 1558 +/- 150 ms). In conclusion, the presented technique for quantification of myocardial perfusion is an alternative to contrast agent-based methods. The spin labeling method is noninvasive and easily repeatable and it could therefore become an important tool to study changes in myocardial perfusion under different vasodynamic states.
KW - MRI
KW - Perfusion
KW - Spin Labeling
KW - Myokardperfusion
KW - MRI
KW - Perfusion
KW - Spin Labeling
KW - Myocardial Perfusion
Y1 - 2004
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-13559
ER -
TY - THES
A1 - Oechsner, Markus
T1 - Morphologische und funktionelle 1H-Magnetresonanztomographie der menschlichen Lunge bei 0.2 und 1.5 Tesla
T1 - Morphological and functional 1H magnetic resonance tomography of the human lung at 0.2 and 1.5 tesla
N2 - Das Ziel dieser Arbeit war es, Methoden und Techniken für die morphologische und funktionelle Bildgebung der menschlichen Lunge mittels Kernspintomographie bei Feldstärken von 0,2 Tesla und 1,5 Tesla zu entwickeln und zu optimieren. Bei 0,2 Tesla wurde mittels der gemessenen Relaxationszeiten T1 und T2* eine 2D und eine 3D FLASH Sequenz zur Untersuchung der Lungenmorphologie optimiert. Sauerstoffgestützte Messungen der Relaxationszeiten T1 und T2* sowie eine SpinLabeling Sequenz liefern funktionelle Informationen über den Sauerstofftransfer und die Perfusion der Lungen. Bei 1,5 Tesla wurde die Lungenperfusion mittels MR-Kontrastmittel mit einer 2D und einer 3D Sequenz unter Verwendung der Präbolus Technik quantifiziert. Zudem wurden zwei MR-Navigationstechniken entwickelt, die es ermöglichen Lungenuntersuchungen unter freier Atmung durchzuführen und aus den Daten artefaktfreie Bilder zu rekonstruieren. Diese Techniken können in verschiedenste Sequenzen für die Lungenbildgebung implementiert werden, ohne dass die Messzeit dadurch signifikant verlängert wird.
N2 - The purpose of this thesis was to make a contribution to the development of lung MRI. While we developed and implemented new sequences and procedures both in the area of low-field MRI (0.2 Tesla) and 1.5 Tesla, we also took existing technologies into account by modifying and optimizing them for the working conditions at hand. In the process, we focused on techniques for both morphological and functional examination of the lung. Lung scans using an open 0.2 Tesla tomograph were an important component of this. Our first objective was to develop various methods for morphological and functional lung MRI, adapt them to altered conditions and further optimize them. The second objective was to contribute more in-depth research of contrast agent-based quantification of lung perfusion for the clinical standard of 1.5 Tesla. Additionally, we developed navigation methods which allow for scans of the lung under conditions of free breathing and without the use of external measurement devices.
KW - NMR-Bildgebung
KW - Lunge
KW - 0.2 Tesla
KW - Sauerstoff
KW - Präbolus
KW - Perfusion
KW - freie Atmung
KW - Navigator
KW - Bilderzeugung
KW - Bildgebendes Verfahren
KW - oxygen-enhanced
KW - spin labeling
KW - contrast-enhanced
KW - prebolus
KW - free respiration
Y1 - 2011
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66942
ER -
TY - THES
A1 - Schlosser, Stefan
T1 - Funktionsdiagnostik von Inselzellen des Schweins mit einer miniaturisierten Mikroperifusionskammer
T1 - Physiological in vitro studies of microencapsulated porcine Islets of Langerhans with a new miniaturized perifusion system
N2 - Die Forschung um die Optimierung der Insel-Transplantation nimmt in der Behandlung des Typ I Diabetes eine Vorreiterstellung ein. Nachdem im Zeitraum von drei Jahrzehnten Fortschritte im Bereich der Insel-Isolierung und Immunosuppression gemacht wurden, stehen wir heute am Beginn des klinischen Einsatzes dieser Technik an ausgewählten Patientengruppen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die umfassende Funktionsdiagnostik isolierter porziner mikroverkapselter Inseln. Mit Hilfe einer miniaturisierten Mikroperifusionskammer wurde der Einfluss des Kulturmediums, der IEQ-Zahl sowie der Mikroverkapselung auf die Insulinsekretion untersucht. Zusätzlich wurde die Insel-Vitalität den Perifusions- Parametern gegenübergestellt. Untersucht wurden zudem die dosisabhängige Stimulierbarkeit der Inseln mit Nährstoffen, Hormonen und Neuromediatoren unter normo- und hyperglykämischen Bedingungen und ihre Aktivierbarkeit bei anhaltender In-Vitro-Kultur.
N2 - The research towards an optimized transplantation of islet cells takes an outrider position in the future treatment of the typ I diabetes. After three decades of progress in the field of island isolation and immunosuppression, we face the beginning of the clinical application of this technology at selected groups of patients. A goal of this study was a comprehensive functional diagnostic of isolated microencapsulated porcine Islets of Langerhans. With a new miniaturized microperifusion chamber we studied the influence of the culture medium, IEQ numbers as well as the microencapsulation on the insulin secretion of the islet cells. Additionally the island vitality was correlated to functional parameters received during microperifusion. Besides this we qualitatively and quantitatively examined the dose-dependent stimulation of the islands with nutrients, hormones and neuromediators under normo and hyperglycaemic conditions as well as their function under prolonged in-vitro-culture.
KW - Inselzelltransplantation
KW - Mikroverkapselung
KW - Xenogene Transplantation
KW - Perfusion
KW - Aktivierung
KW - Basale Stimulation
KW - Adrenerge Stimu
KW - Langerhans Inseln
KW - xenogene Inselzelltransplantation
KW - Mikroperifusion
KW - Porcine
KW - Islets of Langerhans
KW - Perifusion
KW - Xenogen Transplantation
KW - Physiological studies
Y1 - 2007
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-24611
ER -
TY - THES
A1 - Mörchel, Philipp
T1 - Funktionelle MR-Tomographie am Tumor
T1 - Functional MR-Tomography on Tumors
N2 - Ein Teil dieser Arbeit bestand in der Entwicklung und Etablierung von Methoden zur nichtinvasiven Erfassung von radiobiologisch relevanten Parametern des Tumormikromilieus mit der Magnet-Resonanz-Tomographie. Dabei wurden die Tumorperfusion und die Reoxygenierung des Tumors bei Beatmung mit Carbogengas als strahlentherapeutisch prognostisch relevante und vor allem auch beeinflussbare Parameter des Tumors untersucht. Die Untersuchungen fanden an einem Xenograft Modell von neun verschiedenen standardisierten humanen Tumorlinien statt, die auf Oberschenkel von Mäusen transplantiert wurden. Als Teil eines multiinstitutionellen Verbundprojekts wurden parallel zu den NMR-Untersuchungen dieselben Tumorlinien mit verschiedenen Methoden der Histologie und Immunhistologie untersucht. Die Erhebung und Sammlung von einer solch großen Anzahl an Tumordaten, die mit den verschiedensten Untersuchungsmethoden an denselben Tumorlinien erfasst wurden bot eine einmalige Möglichkeit, die einzelnen Tumorparameter miteinander zu korrelieren. Durch die Vielzahl an hier untersuchten Tumorlinien waren aussagekräftige Korrelationen der erfassten Parameter (Perfusion, Reoxygenierung, Laktatverteilung, TCD50, Hypoxie, Blutgefäßdichte) möglich. Damit konnten die Zusammenhänge der einzelnen Parameter des Tumormikromilieus genauer untersucht werden, wodurch das Verständnis über die Vorgänge im Tumor weiter verbessert werden konnte. Mittels quantitativer Messung des oxygenierungssensitiven NMR-Parameters T2* wurde die individuelle Reaktion der Tumoren auf die Atmung von Carbogengas ortsaufgelöst erfasst. Dabei stellte sich die Reoxygenierung als sehr guter prognostischer Faktor für die Strahlentherapie heraus. Durch die Reoxygenierungsmessung kann somit festgestellt werden, ob ein Patient von einer Beatmung mit Carbogengas während der Strahlentherapie profitiert. Zur nichtinvasiven Erfassung der nativen Mikrozirkulation der Tumoren wurden Spin-Labeling-Techniken eingesetzt, die ortsaufgelöste Perfusionskarten über den NMR-Relaxationsparameter T1 liefern. Die Tumorperfusion wurde dabei nicht als Absolutwert berechnet, sondern als Relativwert bezüglich der Muskelperfusion angegeben, um unabhängig vom aktuellen Zustand des Herz-Kreislauf-System des Wirtstieres zu sein. Zwischen den einzelnen Tumorlinien konnten mit dieser Methode signifikante Unterschiede in der Tumormikrozirkulation festgestellt werden. Die Tumorperfusion liegt bei allen untersuchten Linien unter dem Wert der Muskelperfusion. Im zweiten Teil der Arbeit wurde ein Fitalgorithmus entworfen und implementiert, der es ermöglicht, völlig neue Messsequenzen zu entwickeln, die nicht an die Restriktionen der analytischen Fitmethoden gebunden sind. So können z.B. die Schaltzeitpunkte der Pulse zur Abtastung einer Relaxationskurve frei gewählt werden. Auch muss das Spinsystem nicht gegen einen Gleichgewichtswert laufen um die Relaxationszeiten bestimmen zu können. Dieser Algorithmus wurde in Simulationen mit dem Standardverfahren zur T1-Akquisition verglichen. Dabei erwies sich diese Fitmethode als stabiler als das Standardmessverfahren. Auch an realen Messungen an Phantomen und in vivo liefert der Algorithmus zuverlässig korrekte Werte. Die im ersten Teil dieser Arbeit entwickelten Verfahren zur nichtinvasiven Erfassung strahlentherapeutisch relevanter Parameter sollen letztlich in die klinische Situation auf den Menschen übertragen werden. Durch die geringere magnetische Feldstärke und das damit verbundene niedrigere SNR der klinischen Magnettomographen muss jedoch die Anzahl der Mittelungen erhöht werden, um die gleiche Qualität der Messdaten zu erhalten. Dies führt aber schnell zu sehr langen Messzeiten, die einem Patienten nicht zugemutet werden können. Um die Messzeit zu verkürzen wurde eine Messsequenz, aufbauend auf den erarbeiteten Fitalgorithmus entwickelt, die es ermöglicht, die T1- und T2*-Relaxationszeit simultan und in der Dauer einer herkömmlichen T1-Messequenz zu akquirieren. Neben der Messzeitverkürzung ist dieses Messverfahren weniger anfällig gegen Bewegungsartefakte, die bei der räumlichen Korrelation von einzeln nacheinander aufgenommenen T1- und T2*-Relaxationszeitkarten auftreten, da diese in einem Datensatz akquiriert wurden und somit exakt übereinander zu liegen kommen.
N2 - One goal of this thesis was the development and implementation of methods for the non-invasive acquisition of radiobiologically relevant parameters of the tumor microenvironment via the nuclear magnetic resonance. Therefore the tumor perfusion and re-oxygenation by application of high oxygen content gases were investigated as radiobiologically relevant and manipulable parameters. The studies were performed on a xenograft model of nine different standardized human tumor lines transplanted to the shank of a mouse. As part of a multi-institutional research project the same tumor lines were examined using histological and immunohistological methods in parallel to the NMR-examination. The collection of such a huge number of tumor parameters acquired on the same tumor lines using different examination methods offered a unique opportunity for a mutual correlation of these parameters. In literature some papers can be found where NMR parameters are correlated with histological data, but often only one or two parameters of one to three tumor lines were under investigation. With the multitude of examined tumor lines in this work significant correlations between the parameters (perfusion, re-oxygenation, lactate distribution, TCD50, hypoxia, blood vessel density) could be found. By means of these results the mutual relation of the different parameters of the tumor microenvironment could be further examined increasing the understanding of the tumor's internal processes. With the quantitative measurement of the oxygenation sensitive NMR parameter T2* the individual response of the tumor to an application of carbogen gas was spatially acquired. The parameter re-oxygenation was found to be a very good prognostic marker for radiotherapy. In conclusion, the parameter T2* and the calculated re-oxygenation maps can be used to determined whether a patient could benefit from breathing carbogen gas during radiotherapy. Using spin-labeling techniques the spatially resolved native microcirculation of the tumor was acquired non-invasively via the relaxation parameter T1. The tumor perfusion was not calculated as an absolute value, but as a relative value in percent normalized to the muscle perfusion in order to be independent of modulations of the heart rate of the host animal. Significant differences in tumor perfusion among the different tumor lines could be found. The tissue perfusion of all tumor lines was found to be lower than the muscle perfusion. In the second part of this work a fitting algorithm has been developed and implemented which allows for the development of completely new measuring sequences without the restrictions of analytical fitting algorithms. E.g. for example the trigger time for the excitation pulses which sample a relaxation curve may be chosen freely. Furthermore the spin system does not need to relax towards a steady-state in order to determine the relaxation times. This new algorithm has been compared in simulations with the standard procedure to acquire the T1 relaxation time. It could be shown that the new fitting method is more stable than the standard method. These results could be verified in real measurements on phantoms and in vivo where the algorithm produces reliable and correct results. The methods for the non-invasive acquisition of radiobiologically relevant parameters developed in the first part of this thesis are to be ported into the clinical situation and applied to the patient. Due to the lower magnetic field and the associated lower SNR of the clinical scanner the number of averages has to be increased in order to achieve the same quality in the acquired datasets. This results in long measurement times, which is very uncomfortable for the patient. In order to reduce the measurement time a sequence based on the introduced fitting algorithm has been developed which allows for the simultaneous acquisition of the T1 and T2* relaxation times in one scan. This combined measurement takes the same time like a conventional IR-experiment for the measurement of the T1 relaxation time. Beside the reduction of the scan time this procedure is less prone to motion artifacts which accrue when correlating T1 and T2* parameter maps which were recorded consecutively. Since the relaxation maps are acquired in one scan the parameter maps can be exactly superposed.
KW - Tumor
KW - NMR-Bildgebung
KW - Funktionelle NMR-Tomographie
KW - Magnetische Kernresonanz
KW - Kernspinrelaxation
KW - Oxygenierung
KW - Perfusion
KW - Sauerstoffbegasung
KW - Functional-NMR Tumor Oxygenation Perfusion Simulation
Y1 - 2010
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-57178
ER -