@phdthesis{SoaresMachado2019,
  author    = {Soares Machado, J{\´e}ssica},
  title     = {Dosimetry-based Assessment of Radiation-associated Cancer risk for \(^9\)\(^9\)\(^m\)Tc-MAG3 Scans in Infants and Optimization of Administered Activities for \(^6\)\(^8\)Ga-labelled Peptides in Children and Adolescents},
  doi       = {10.25972/OPUS-19264},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-192640},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {In 2006, 0.18 Mio pediatric nuclear medicine diagnostic exams were performed worldwide. However, for most of the radiopharmaceuticals used data on biokinetics and, as a consequence on dosimetry, are missing or have not been made publicly available. Therefore, most of the dosimetry assessments presented today for diagnostic agents in children and adolescents rely on the biokinetics data of adults. Even for one of the most common nuclear medicine exams for this patient group, renal scintigraphy with 99mTc-MAG3 for assessing renal function measured data on biokinetics is available only from a study performed on four children of different ages. In particular, renal scans are among the most frequent exams performed on infants and toddlers. Due to the young age, this patient group can be classified as a risk group with a higher probability of developing stochastic radiation effects compared to adults. As there are only limited data on biokinetics and dosimetry in this patient group, the aim of this study is to reassess the dosimetry and the associated radiation risk for a larger number of infants undergoing 99mTc-MAG3 renal scans based on a retrospective analysis of existing patient data. Data were collected retrospectively from 34 patients younger than 20 months with normal (20 patients) and abnormal renal function (14 patients) undergoing 99mTc-MAG3 scans. The patient-specific organ activity was estimated based on a retrospective calibration which was performed based on a set of two 3D-printed infant kidneys (newborns: 8.6 ml; 1-year-old: 23.4 ml) filled with known activities. Both phantoms were scanned at different positions along the anteroposterior axis inside a water phantom, providing depth- and size-dependent attenuation correction factors for planar imaging. Time-activity curves were determined by drawing kidney, bladder, and whole body regions-of-interest for each patient, and subsequently applying the calibration factor for conversion of counts to activity. Patient-specific time-integrated activity coefficients were obtained by integrating the organ-specific time-activity curves. Absorbed and effective dose coefficients for each patient were assessed with OLINDA/EXM for the provided newborn and 1-year-old phantom. Based on absorbed dose values, the radiation risk estimation was performed individually for each of the 34 patients with the National Cancer Institute's Radiation Risk Assessment Tool. The patients' organ-specific mean absorbed dose coefficients for the patients with normal renal function were 0.04±0.03 mGy/MBq for the kidneys and 0.27±0.24 mGy/MBq for the bladder. This resulted in a mean effective dose coefficient of 0.02±0.02 mSv/MBq. Based on the dosimetry results, the evaluation of the excess lifetime risk (ELR) for the development of radiation-induced cancer showed that the group of newborns has an ELR of 16.8 per 100,000 persons, which is higher in comparison with the 1-year-old group with an ELR of 14.7 per 100,000 persons. With regard to the 14 patients with abnormal renal function, the mean values for the organ absorbed dose coefficients for the patients were: 0.40±0.34 mGy/MBq for the kidneys and 0.46±0.37 mGy/MBq for the bladder. The corresponding effective dose coefficients (mSv/MBq) was: 0.05±0.02 mSv/MBq. The mean ELR (per 100,000 persons) for developing cancer from radiation exposure for patients with abnormal renal function was 29.2±18.7 per 100,000 persons. As a result, the radiation-associated stochastic risk increases with the organ doses, taking age- and gender-specific influences into account. Overall, the lifetime radiation risk associated with the 99mTc-MAG3 scans is very low in comparison to the general population risk for developing cancer. Furthermore, due to the increasing demand for PET-scans in children and adolescents with 68Ga-labelled peptides, in this work published data sets for those compounds were analyzed to derive recommendations for the administered activities in children and adolescents. The recommendation for the activities to be administered were based on the weight-independent effective dose model, proposed by the EANM Pediatric Dosage Card for application in pediatric nuclear medicine. The aim was to derive recommendations on administered activities for obtaining age-independent effective doses. Consequently, the corresponding weight-dependent effective dose coefficients were rescaled according to the formalism of the EANM dosage card, to determine the radiopharmaceutical class of 68Ga-labeled peptides ("multiples"), and to calculate the baseline activities based on the biokinetics of these compounds and an upper limit of the administered activity of 185 MBq for an adult. Analogous to 18F-fluoride, a minimum activity of 14 MBq is recommended. As a result, for those pediatric nuclear medicine applications involving 68Ga-labeled peptides, new values for the EANM dosage card were proposed and implemented based on the results derived in this work. Overall, despite the low additional radiation-related cancer risk, all efforts should be undertaken to optimize administered activities in children and adolescents for obtaining sufficient diagnostic information with minimal associated radiation risk.},
  subject      = {Biokinetics},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Hilbert2017,
  author    = {Hilbert, Fabian Michael},
  title     = {Neue Methoden und Modelle f{\"u}r die diffusionsgewichtete Magnetresonanztomographie der Niere},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-141149},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {Diffusionsgewichtete MR-Bilder sind ein wichtiger Bestandteil f{\"u}r die klinische Diagnostik verschiedener Pathologien, wie z.B. bei Schlaganfall oder Tumoren. Meistens wird ein mono-exponentielles Diffusionsmodell verwendet und {\"u}ber verschiedene Raumrichtungen gemittelt. Der Einfluss von Fluss auf das diffusionsgewichtete Signal und eine m{\"o}gliche Richtungsabh{\"a}ngigkeit werden dabei vernachl{\"a}ssigt. Dabei machen Diffusionsmodelle, die mehr Eigenschaften des Signals abbilden, unter Umst{\"a}nden eine genauere Diagnostik m{\"o}glich. Mit DTI wird die Richtungsabh{\"a}ngigkeit der Diffusion erfasst und bei IVIM wird der Beitrag von Fluss zum Signal ber{\"u}cksichtigt. Die Niere ist ein stark strukturiertes Organ und weist Anisotropie in der Diffusion auf. Außerdem ist die Niere ein sehr gut durchblutetes Organ. DTI und IVIM beschreiben also unabh{\"a}ngig voneinander zwei wichtige Aspekte des diffusionsgewichteten Signals in der Niere, ohne dass der Vorteil des jeweils anderen Modells Beachtung findet. In dieser Arbeit wurde das Modell IVOF zur umfassenden Beschreibung von Diffusionssignal vorgestellt, bei dem sowohl die Richtungsabh{\"a}ngigkeit der Diffusion, als auch das Signal der fließenden Spins und deren Richtungsabh{\"a}ngigkeit abgebildet wird. Die Vorteile von DTI und IVIM werden also in IVOF vereint und dar{\"u}ber hinaus auch die m{\"o}gliche Anisotropie die Flusssignals ber{\"u}cksichtigt. Es konnte gezeigt werden, dass dieses Modell das diffusionsgewichtete Signal in der menschlichen Niere besser beschreibt als die herk{\"o}mmlichen Modelle (DTI und IVIM) und auch besser als eine Kombination von DTI und IVIM, bei der ein isotroper Flussanteil des Signals angenommen wird. Es wurde weiterhin gezeigt, dass selbst wenn der Flussanteil im verwendeten Diffusionsmodell ber{\"u}cksichtigt wird, der tats{\"a}chlich gemessene Flussanteil in der Niere von der Art der Messung, d.h. Bewegungsempfindlichkeit des Gradientenschemas abh{\"a}ngt. Das bedeutet, dass der mikroskopische Fluss in der Niere nicht, wie h{\"a}ufig angenommen, komplett zeitlich inkoh{\"a}rent ist. Bei Vergleichen von IVIM Studien an der Niere ist es deshalb notwendig, die Bewegungsempfindlichkeit der jeweiligen Gradientenschemata zu ber{\"u}cksichtigen. Wie groß das absolute Verh{\"a}ltnis von koh{\"a}rent zu inkoh{\"a}rent fließendem Signal ist, konnte nicht festgestellt werden. Ebenso wenig konnte die absolute Flussgeschwindigkeit bzw. die Art des Flusses (Laminare Str{\"o}mung, Pfropfenstr{\"o}mung, oder andere) ermittelt werden. TSE hat sich als vielversprechendes, artefaktfreies Verfahren f{\"u}r die Aufnahme diffusionsgewichteter Bilder der Niere gezeigt. Im Vergleich mit dem Standardverfahren EPI wurden {\"a}hnliche Werte der Parameter von DTI und IVIM gefunden. Abweichungen zwischen EPI und TSE sind vor allem durch die Unsch{\"a}rfe der TSE Bilder aufgrund von T2-Zerfall zu erkl{\"a}ren. Bis zur klinischen Anwendbarkeit diffusionsgewichteter TSE Bilder bzw. Parameterkarten sind noch einige Weiterentwicklungen der Methode n{\"o}tig. Vor allem sind sch{\"a}rfere TSE Bilder erstrebenswert und es sollten mehrere Schichten in einer klinisch vertretbaren Zeitspanne aufgenommen werden, ohne dass dabei die zul{\"a}ssigen SAR Grenzwerte {\"u}berschritten werden. Bei allen Untersuchungen in dieser Arbeit handelt es sich um Machbarkeitsstudien. Daher wurden alle Messungen nur an erwachsenen, gesunden Probanden durchgef{\"u}hrt, um zu zeigen, dass das jeweilige vorgeschlagene Modell zu den Daten passt bzw. dass die vorgeschlagene Methode prinzipiell funktioniert. Bei welchen Pathologien die hier vorgeschlagenen Methoden und Modelle einen diagnostischen Nutzen haben, muss in zuk{\"u}nftigen Studien erforscht werden. Außerdem wurden keine b- Werte zwischen 0 und 200 s/mm2 aufgenommen, bei denen fließende Spins noch signifikant zum Signal beitragen. Betrachtet man die Ergebnisse der Diffusionsbildgebung mit verschiedenen m1 in dieser Arbeit, dann ist neben dem b-Wert auch die Bewegungsempfindlichkeit m1 n{\"o}tig, um das Signal in diesem Bereich korrekt zu beschreiben. Alles in allem sollte der Beitrag von Fluss zum diffusionsgewichteten MR-Signal in der Niere immer ber{\"u}cksichtigt werden. Die vielf{\"a}ltigen Einfl{\"u}sse, die unterschiedliche Parameter auf das Signal von Mikrofluss haben, wurden in dieser Arbeit untersucht und pr{\"a}sentieren weiterhin ein spannendes Feld f{\"u}r kommende Studien. Diffusionsgewichtete TSE Sequenzen sind auch f{\"u}r die klinische Diagnostik eine potentielle Alternative zu Artefakt-anf{\"a}lligen EPI Sequenzen. Bis dahin sollten jedoch die Bildsch{\"a}rfe und Abdeckung der diffusionsgewichteten TSE Sequenz weiter verbessert werden.},
  subject      = {Diffusionsgewichtete Magnetresonanztomografie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Fuchs2014,
  author    = {Fuchs, Kilian},
  title     = {Absolutquantifizierung der myokardialen Perfusion mit hochaufl{\"o}sender MRT bei 3 Tesla},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-107015},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {In den letzten Jahren hat die myokardiale MR-Perfusionsbildgebung als nichtinvasives Verfahren zur Darstellung von funktionellen Ver{\"a}nderungen des Myokards f{\"u}r die Diagnostik der KHK zunehmend an Bedeutung gewonnen. W{\"a}hrend in den letzten 20 Jahren die kardiale MRT {\"u}berwiegend bei einer Magnetfeldst{\"a}rke von 1,5 T durchge-f{\"u}hrt wurde und dies auch immer noch wird, findet aktuell eine rasante Verbreitung von MR-Systemen h{\"o}herer Feldst{\"a}rken statt. Von der neuen Hochfeldtechnik erhofft man sich vor allem, je nach Anwendung, eine deutliche Verbesserung der Bildqualit{\"a}t mit h{\"o}herer r{\"a}umlicher und zeitlicher Aufl{\"o}sung, wodurch der diagnostische Nutzen noch weiter gesteigert werden k{\"o}nnte. In der vorliegenden Arbeit wurden mittels First-Pass-MR-Bildgebung bei einer Magnet-feldst{\"a}rke von 3 T quantitative Werte f{\"u}r die myokardiale Perfusion von 20 gesunden Probanden unter Ruhebedingungen bestimmt. Sowohl die erhobenen absoluten Perfusionswerte (0,859 ml/g/min im Mittel) als auch die Standardabweichung des mittleren MBF (0,298 ml/g/min) entsprechen den Messungen aus den fr{\"u}heren Publikationen dieser Arbeitsgruppe. In der Gesamtzusammenschau bisher ver{\"o}ffentlichter Perfusionsstudien zeigt sich eine relativ große Variabilit{\"a}t der publizierten Ruhefl{\"u}sse. Dabei liegt der absolute MBF dieser Arbeit im mittleren Wertebereich dieser Streubreite. Er l{\"a}sst sich auch mit den in PET-Studien ermittelten Ergebnissen in Einklang bringen, welche als Goldstandard zur Bestimmung der absoluten myokardialen Perfusion beim Menschen gelten. Die vorliegende Arbeit best{\"a}tigt die bereits in anderen 3 T-Studien untersuchten Vorteile der Hochfeld-MRT. Die h{\"o}here Magnetfeldst{\"a}rke erm{\"o}glicht durch das gr{\"o}ßere SNR eine signifikant bessere r{\"a}umliche Aufl{\"o}sung und besticht vor allem durch die hohe Bildqualit{\"a}t. Dies k{\"o}nnte bei der Erkennung kleiner, subendokardial gelegener Perfusionsdefekte sowie der Erstellung von transmuralen Perfusionsgradienten von Bedeutung sein und verspricht neben einer Reduktion von Partialvolumeneffekten auch eine Verminderung von „dark rim"-Artefakten. Um diese Vorteile entsprechend nutzen zu k{\"o}nnen, wird die Entwicklung von Methoden zur pixelweisen Bestimmung der absoluten Fl{\"u}sse und farblich kodierten Darstellung derselben in Form von Perfusionskarten ein weiterer Schritt in Richtung klinisch einsetzbare Diagnostik sein. Eine Voraussetzung hierf{\"u}r ist die Entwicklung einer exakten und sehr stabilen Bewegungskorrektur in weiterf{\"u}hrenden Studien. Durch den Wechsel zu einer h{\"o}heren Magnetfeldst{\"a}rke von 3 T und den sich daraus ergebenden Vorteilen kann das Potential der MR-Perfusionsbildgebung, insbesondere der Bestimmung quantitativer Perfusionswerte, im Bereich der nichtinvasiven KHK-Diagnostik zuk{\"u}nftig weiter gesteigert werden.},
  subject      = {Kernspintomographie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Eberlein2015,
  author    = {Eberlein, Uta},
  title     = {Zusammenhang zwischen physikalischer Dosimetrie und DNA Doppelstrangbr{\"u}chen in Lymphozyten nach Radionuklidtherapie},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-120440},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {In der nuklearmedizinischen Therapie werden Radiopharmaka meist systemisch verabreicht. Prim{\"a}r werden daf{\"u}r, wegen der kurzen Reichweite, beta-Strahler eingesetzt. Als Folge davon verteilt sich das Radiopharmakon im K{\"o}rper, reichert sich in Organen und Zielstrukturen an und bestrahlt somit den K{\"o}rper intern, im Gegensatz zur externen Bestrahlung bei der Strahlentherapie. Das Verteilungsmuster der verabreichten Aktivit{\"a}t im K{\"o}rper wird durch die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Radiopharmakons bestimmt. Außerdem sind die Aktivit{\"a}t und die Art der Anreicherung ausschlaggebend f{\"u}r die durch ionisierende Strahlung deponierte Energie im K{\"o}rper, der Energiedosis. Gemeinsam haben externe und interne Bestrahlungsverfahren, dass der Patient ionisierender Strahlung ausgesetzt ist, die nicht nur die kranken Zellen zerst{\"o}rt, sondern auch gesunde Zellen sch{\"a}digen kann. Dies geschieht durch direkte oder indirekte Wechselwirkung der Strahlung mit der DNA, die zur Sch{\"a}digung der DNA-Struktur f{\"u}hrt. Am h{\"a}ufigsten sind dabei Einzelstrangbr{\"u}che und Basensch{\"a}den. Die Doppelstrangbr{\"u}che sind im Vergleich zu Einzelstrangbr{\"u}chen und Basensch{\"a}den sehr selten aber sehr viel sch{\"a}dlicher f{\"u}r die Zelle, da die Reparatur komplizierter ist. Somit sind diese prim{\"a}r f{\"u}r den Zelltod oder f{\"u}r die Folgen nach fehlerhafter Reparatur verantwortlich. Eine sehr schnelle Antwort auf strahleninduzierte oder durch andere Stoffe, wie z.B. zytotoxische Substanzen, induzierte Doppelstrangbr{\"u}che ist die Phosphorylierung der Histon H2 Variante H2AX, die gamma-H2AX genannt wird. Zus{\"a}tzlich reichert sich das Protein 53BP1 nach dem Erkennen eines Doppelstrangbruches durch Sensorproteine sofort am Chromatin, das den Doppelstrang umgibt, an. Damit ist 53BP1 ein weiterer Biomarker, der strahleninduzierte Doppelstrangbr{\"u}che sehr effektiv nachweisen kann und der auf sehr verl{\"a}ssliche Weise mit gamma-H2AX kolokalisiert. Mittels Immunfluoreszenzf{\"a}rbung lassen sich gamma-H2AX und 53BP1 als umschriebene „Foci", im Zellkern mikroskopisch darstellen und z{\"a}hlen. Unter der Annahme, dass ein Focus einem Doppelstrangbruch entspricht, kann die Anzahl der Foci im Zellkern als quantitativer Biomarker f{\"u}r DNA Doppelstrangbr{\"u}che und damit f{\"u}r die Strahlenexposition und Strahlenwirkung verwendet werden. Zudem zeigen Studien der Induktion von gamma-H2AX nach externer Bestrahlung von unterschiedlichen Gewebearten Linearit{\"a}t zwischen der Energiedosis und der Zahl der Foci im Zellkern. Weitere Studien besch{\"a}ftigen sich mit den Auswirkungen externer Bestrahlung auf Patienten, aber nur wenige mit offenen radioaktiven Substanzen. Ziele dieser Arbeit waren daher: 1. Die Generierung einer bisher noch nicht beschriebenen in-vitro Kalibrierkurve nach interner Bestrahlung von Vollblut mit den in der Therapie eingesetzten beta-Strahlern. 2. Die gleichzeitige Bestimmung der physikalischen Dosis sowie der strahleninduzierten Anzahl der Foci in Lymphozyten, gewonnen aus Blutproben von Patienten nach Radiopeptidtherapie mit Lu-177 und Radioiodtherapie mit I-131. 3. Eine umfassende Beschreibung der Induktion und der Abnahme der Foci in den Lymphozyten aus den Blutproben der Patienten unter Einbeziehung der in-vitro Kalibrierung, um den dosis- und zeitabh{\"a}ngigen Verlauf der Anzahl der strahleninduzierten Foci zu bestimmen. F{\"u}r die in-vitro Kalibrierung mit I-131 und Lu-177 wurden bei Probanden Blutproben gewonnen und mit unterschiedlichen Aktivit{\"a}tskonzentrationen erg{\"a}nzt. Das Ziel war, eine Energiedosis bis 100mGy zu erhalten. Das Ergebnis war, dass sich die Zahl der strahleninduzierten Foci in Abh{\"a}ngigkeit von der Energiedosis gut durch eine lineare Funktion beschreiben l{\"a}sst, so wie es auch f{\"u}r die externe Bestrahlung bereits gezeigt wurde. Die Patientenstudien befassten sich mit dem Zusammenhang zwischen der im Blut deponierten Energiedosis und der Anzahl und dem zeitlichen Verlauf der induzierten Doppelstrangbr{\"u}che im peripheren Blut von Patienten unter Peptidrezeptor-Radionuklidtherapie mit Lu-177 DOTATATE/-TOC und Patienten unter Radioiodtherapie mit I-131 bei Ablationstherapien nach Operation eines differenzierten Schilddr{\"u}senkarzinoms. Die durchschnittliche Anzahl induzierter DSB-Foci zeigte in den fr{\"u}hen Zeitpunkten einen linearen dosisabh{\"a}ngigen Anstieg. In den ersten Stunden nach Therapie stimmten die in-vitro Kalibrierung und die Zahl der strahleninduzierten Foci sowohl f{\"u}r Lu-177 als auch f{\"u}r I-131 f{\"u}r die Patientendaten gut {\"u}berein. Die sp{\"a}teren Zeitpunkte werden durch eine Abnahme der Dosisrate und der Foci-Anzahl, bedingt durch Reparatur der DNA-Sch{\"a}den, charakterisiert. {\"U}berstiegen die Blutdosiswerte in der ersten Stunde jedoch 20mGy (nur nach I-131-Gabe beobachtet), dann war die Induktion eines schnellen Reparaturprozesses festzustellen. Diese experimentellen Ergebnissen und Modellierungen beschreiben erstmalig die Dosisabh{\"a}ngigkeit und den zeitlichen Verlauf der in-vitro und in-vivo DNA-Schadensantwort nach Inkorporation von beta-emittierenden Radionukliden.},
  subject      = {DNS-Doppelstrangbruch},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schumann2022,
  author    = {Schumann, Sarah},
  title     = {Zeit- und Dosisabh{\"a}ngigkeit von DNA-Sch{\"a}den induziert durch interne Bestrahlung mit unterschiedlichen Radionukliden},
  doi       = {10.25972/OPUS-22390},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-223904},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {In der Nuklearmedizin werden radioaktive Substanzen eingesetzt, um zu therapeutischen Zwecken gezielt b{\"o}sartiges Gewebe zu zerst{\"o}ren oder in diagnostischen Anwendungen Stoffwechselvorg{\"a}nge bildlich darzustellen. Die ionisierende Strahlung der eingesetzten Radionuklide kann jedoch auch DNA-Sch{\"a}den in gesunden Zellen verursachen. DNA-Doppelstrangbr{\"u}che geh{\"o}ren dabei zu den kritischsten L{\"a}sionen, da sie schwer zu reparieren sind und eine fehlerhafte Reparatur zu Mutationen oder zum Zelltod f{\"u}hren kann. W{\"a}hrend Radionuklidtherapien ist daher in Risikoorganen darauf zu achten, dass die deponierte Energie pro Masse, die Energiedosis, bestimmte Werte nicht {\"u}berschreitet. Zu diesen Risikoorganen geh{\"o}rt auch das blutbildende System. Da eine Absch{\"a}tzung der Energiedosis im Knochenmark h{\"a}ufig {\"u}ber die Bestimmung der Energiedosis im Blut als Surrogat erfolgt, ist deren Kenntnis von besonderem Interesse. In dieser Arbeit wurden daher Berechnungen der Energiedosis im Blut nach interner Bestrahlung durchgef{\"u}hrt und die Ergebnisse mit der Anzahl an strahlungsinduzierten DNA-Doppelstrangbr{\"u}chen in PBMCs korreliert. Zur Quantifizierung der DNA-Sch{\"a}den wurden die Biomarker \(\gamma\)-H2AX und 53BP1 verwendet, die nach Entstehung eines Doppelstrangbruchs um diesen akkumulieren und sich durch Immunfluoreszenzf{\"a}rbung als mikroskopische Foci sichtbar machen und quantifizieren lassen. Dadurch erm{\"o}glicht der \(\gamma\)-H2AX+53BP1-Assay einen quantitativen Nachweis strahlungsinduzierter Doppelstrangbr{\"u}che. Somit konnten im Rahmen dieser Arbeit neue Kenntnisse {\"u}ber die Dosisabh{\"a}ngigkeit von DNA-Sch{\"a}den in PBMCs w{\"a}hrend interner Bestrahlung mit unterschiedlichen Radionukliden sowohl ex vivo als auch in vivo gewonnen werden. Ex-vivo-Untersuchungen haben den Vorteil, dass sie unter gleichbleibenden, gut definierten Bedingungen durchgef{\"u}hrt werden k{\"o}nnen und somit eine Analyse der Induktion von Doppelstrangbr{\"u}chen bei festgelegten Energiedosen und einer konstanten Bestrahlungsdauer erlauben. In dieser Arbeit wurden Blutproben von gesunden Versuchspersonen durch Zugabe von Radionukliden in bestimmten Aktivit{\"a}tskonzentrationen eine Stunde lang intern bestrahlt. F{\"u}r die Bestrahlung wurden die \(\alpha\)-Emitter \(^{223}\)Ra und \(^{224}\)Ra, die \(\beta\)\(^{-}\)-Emitter \(^{177}\)Lu und \(^{90}\)Y, der \(\beta\)\(^{+}\)-Emitter \(^{68}\)Ga und der \(\gamma\)-Emitter \(^{99m}\)Tc verwendet. Der untersuchte Energiedosisbereich lag zwischen 5 mGy und 136 mGy. Nach der Bestrahlung von Blutproben mit \(\beta\)- beziehungsweise \(\gamma\)-Emittern wurde beobachtet, dass die Anzahl der strahlungsinduzierten \(\gamma\)-H2AX+53BP1-Foci (RIF) in den PBMCs linear mit der Energiedosis im Blut ansteigt. Zudem zeigte sich, dass die Induktion der RIF unabh{\"a}ngig vom verwendeten Radionuklid und unabh{\"a}ngig von der Versuchsperson ist. Nach der Bestrahlung von Blutproben mit \(\alpha\)-Emittern waren zus{\"a}tzlich zu den nach Expositionen mit \(\beta\)- beziehungsweise \(\gamma\)-Emittern beobachteten kleinen, runden Foci auch \(\gamma\)-H2AX+53BP1 enthaltende Spuren \(\alpha\)-Spuren) in den Zellkernen erkennbar, welche die Trajektorien der emittierten \(\alpha\)-Teilchen darstellten. Es konnte gezeigt werden, dass die Anzahl dieser \(\alpha\)-Spuren linear mit der Energiedosis im Blut zunimmt und damit ein geeigneter Parameter f{\"u}r die Biodosimetrie nach Expositionen mit \(\alpha\)-emittierenden Radionukliden ist. Auch in vivo wurde die Dosisabh{\"a}ngigkeit der DNA-Doppelstrangbr{\"u}che w{\"a}hrend der internen Bestrahlung durch Radionuklide mit unterschiedlichen Emissionseigenschaften untersucht. Aufgrund der neuen, vielversprechenden Entwicklungen von Radiopharmaka zur Therapie und Diagnostik des Prostatakarzinoms in den letzten Jahren wurden daf{\"u}r Blutproben von Prostatakarzinom-Patienten w{\"a}hrend Therapie mit [\(^{177}\)Lu]Lu-PSMA I\&T, w{\"a}hrend PET/CT-Diagnostik mit [\(^{68}\)Ga]Ga-PSMA I\&T und w{\"a}hrend Therapie mit [\(^{223}\)Ra]RaCl\(_2\) untersucht. W{\"a}hrend Therapie mit [\(^{177}\)Lu]Lu-PSMA I\&T zeigte sich, dass die Anzahl der RIF in den ersten Stunden nach Therapiebeginn durch eine lineare Anpassungskurve angen{\"a}hert werden kann, die mit der Energiedosis im Blut ansteigt, gefolgt von einem R{\"u}ckgang der RIF zu sp{\"a}teren Zeitpunkten, der durch die DNA-Reparatur erkl{\"a}rt werden kann. Die gesamte Energiedosis im Blut lag im Mittel bei (109 \(\pm\) 28) mGy. Der linear dosisabh{\"a}ngige Anstieg der RIF zu Therapiebeginn gleicht der dosisabh{\"a}ngigen Induktion der RIF ex vivo nach Bestrahlung mit \(\beta\)- und \(\gamma\)-emittierenden Radionukliden und kann gut mit der entsprechenden Ex-vivo-Kalibrierkurve beschrieben werden. Zu sp{\"a}teren Zeitpunkten (48 h und 96 h nach Verabreichung) konnte in dieser Arbeit eine lineare Korrelation zwischen der Anzahl der noch verbleibenden RIF und der Dosisleistung nachgewiesen werden. Eine signifikante Korrelation der Anzahl der RIF 96 h nach Verabreichung mit dem PSA-Wert deutet zudem darauf hin, dass ein Zusammenhang mit klinischen Parametern besteht. Ein signifikanter Anstieg der \(\gamma\)-H2AX+53BP1-Foci konnte auch nach Verabreichung von [\(^{68}\)Ga]Ga-PSMA I\&T f{\"u}r diagnostische PET/CT-Untersuchungen beobachtet werden, obwohl die Energiedosen im Blut bis zum PET/CT-Scan nur < 3 mGy betrugen. Im Vergleich zur Ex-vivo-Kalibrierkurve war die Steigung der linearen Anpassungskurve in vivo im Bereich < 3 mGy in dieser Studie etwa um ein Zehnfaches h{\"o}her, was auf eine m{\"o}gliche Hypersensitivit{\"a}t im Niedrigdosisbereich hindeuten k{\"o}nnte. Der Beitrag der CT zur Energiedosis im Blut konnte durch Ex-vivo-Experimente auf etwa 12 mGy abgesch{\"a}tzt werden. Auch w{\"a}hrend Therapie mit [\(^{223}\)Ra]RaCl\(_2\) lagen die berechneten Energiedosen im Blut im Niedrigdosisbereich < 17 mGy. Trotzdem konnten in dieser Studie erstmalig \(\alpha\)-Spuren in vivo nach der Verabreichung eines \(\alpha\)-emittierenden Radionuklids quantifiziert werden, deren Anzahl 3 h und 4 h nach Verabreichung des Radiopharmakons signifikant erh{\"o}ht war. Auch zu sp{\"a}ten Zeitpunkten, bis vier Wochen nach Therapiebeginn, waren noch \(\alpha\)-Spuren nachweisbar, was auf eine unvollst{\"a}ndige Reparatur der komplexen, durch die \(\alpha\)-Teilchen induzierten DNA-Sch{\"a}den hinweisen k{\"o}nnte. Leider erlaubte die geringe Anzahl an Patienten und Datenpunkten keine zuverl{\"a}ssigen Korrelationen mit der Energiedosis oder mit klinischen Parametern. Nachdem in dieser Arbeit gezeigt werden konnte, dass DNA-Sch{\"a}den nach interner Bestrahlung mit \(\alpha\)-, \(\beta\)- und \(\gamma\)-emittierenden Radionukliden mit Hilfe des \(\gamma\)-H2AX+53BP1-Assays zuverl{\"a}ssig nachgewiesen und anhand der Schadensgeometrie unterschieden werden k{\"o}nnen, w{\"a}re es in Zukunft interessant, DNA-Sch{\"a}den auch nach Bestrahlung mit Radionuklidgemischen zu untersuchen. Dies k{\"o}nnte sowohl im Hinblick auf den Nachweis von Inkorporationen bei Strahlenunf{\"a}llen hilfreich sein als auch zu einem besseren Verst{\"a}ndnis der Effekte bei Behandlungen mit Radionuklidgemischen beitragen, welche vielversprechende M{\"o}glichkeiten f{\"u}r nuklearmedizinische Therapien bieten. Zudem zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass insbesondere im f{\"u}r die Diagnostik relevanten Bereich sehr niedriger Energiedosen < 10 mGy weiterer Forschungsbedarf besteht. Durch die Untersuchung der dosisabh{\"a}ngigen Reparatur der durch interne Bestrahlung induzierten DNA-Sch{\"a}den k{\"o}nnte beispielsweise analysiert werden, ob die Reparaturf{\"a}higkeit im Niedrigdosisbereich eingeschr{\"a}nkt ist. Außerdem w{\"a}re es gerade im Bereich niedriger Dosen von Interesse, zu untersuchen, inwiefern Beobachtungen ex vivo das Verhalten in vivo geeignet repr{\"a}sentieren. Um die erh{\"o}hten statistischen Unsicherheiten im Niedrigdosisbereich zu reduzieren, k{\"o}nnten zuk{\"u}nftig Verbesserungen auf dem Gebiet der automatisierten Auswertung der \(\gamma\)-H2AX+53BP1 enthaltenden Foci und Spuren hilfreich sein. Weitere Ziele zuk{\"u}nftiger Forschungsvorhaben k{\"o}nnten gezielte Untersuchungen zu Korrelationen zwischen der dosisabh{\"a}ngigen Induktion und Reparatur von DNA-Sch{\"a}den und klinischen Parametern sowie die Analyse von DNA-Sch{\"a}den w{\"a}hrend mehrerer Therapiezyklen darstellen. In Zusammenhang mit der Analyse klinischer Parameter w{\"a}re es denkbar, dass biodosimetrische Auswertungen zuk{\"u}nftig auch zur personalisierten Therapieplanung oder auch zur Vorhersage des Therapieerfolgs dienen und somit langfristig zu einer Optimierung nuklearmedizinischer Therapien beitragen k{\"o}nnten.},
  subject      = {Nuklearmedizin},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Portmann2023,
  author    = {Portmann, Johannes},
  title     = {Accelerated inversion recovery MRI of the myocardium using spiral acquisition},
  doi       = {10.25972/OPUS-30282},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-302822},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {This work deals with the acceleration of cardiovascular MRI for the assessment of functional information in steady-state contrast and for viability assessment during the inversion recovery of the magnetization. Two approaches are introduced and discussed in detail. MOCO-MAP uses an exponential model to recover dynamic image data, IR-CRISPI, with its low-rank plus sparse reconstruction, is related to compressed sensing. MOCO-MAP is a successor to model-based acceleration of parametermapping (MAP) for the application in the myocardial region. To this end, it was augmented with a motion correction (MOCO) step to allow exponential fitting the signal of a still object in temporal direction. Iteratively, this introduction of prior physical knowledge together with the enforcement of consistency with the measured data can be used to reconstruct an image series from distinctly shorter sampling time than the standard exam (< 3 s opposed to about 10 s). Results show feasibility of the method as well as detectability of delayed enhancement in the myocardium, but also significant discrepancies when imaging cardiac function and artifacts caused already by minor inaccuracy of the motion correction. IR-CRISPI was developed from CRISPI, which is a real-time protocol specifically designed for functional evaluation of image data in steady-state contrast. With a reconstruction based on the separate calculation of low-rank and sparse part, it employs a softer constraint than the strict exponential model, which was possible due to sufficient temporal sampling density via spiral acquisition. The low-rank plus sparse reconstruction is fit for the use on dynamic and on inversion recovery data. Thus, motion correction is rendered unnecessary with it. IR-CRISPI was equipped with noise suppression via spatial wavelet filtering. A study comprising 10 patients with cardiac disease show medical applicability. A comparison with performed traditional reference exams offer insight into diagnostic benefits. Especially regarding patients with difficulty to hold their breath, the real-time manner of the IR-CRISPI acquisition provides a valuable alternative and an increase in robustness. In conclusion, especially with IR-CRISPI in free breathing, a major acceleration of the cardiovascular MR exam could be realized. In an acquisition of less than 100 s, it not only includes the information of two traditional protocols (cine and LGE), which take up more than 9.6 min, but also allows adjustment of TI in retrospect and yields lower artifact level with similar image quality.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Beykan2021,
  author    = {Beykan, Seval},
  title     = {Implementation and Optimization of Dosimetry for Theranostics in Radiopeptide Therapies},
  doi       = {10.25972/OPUS-19955},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-199553},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2021},
  abstract  = {Peptide receptor radionuclide therapy (PRRT) is a molecular targeted radiation therapy involving the systemic administration of radiolabeled somatostatin receptor binding peptides designed to target with high affinity and specificity receptors overexpressed on tumors. Peptides are applied which either target as agonist (with internalization) or antagonist (little to no internalization). Recently, two novel antagonistic agents have been developed for clinical use: OPS202 and OPS201. 68Ga-labelled OPS202 is used for diagnostic purposes with positron emission tomography and 177Lu-labelled OPS201 is used for the therapy in patients with neuroendocrine tumors (NETs). Both agents are presently under clinical evaluation. Despite the very low internalization rate, the use of somatostatin receptor antagonists which target more binding sites on receptors are expected to result in higher specificity, more favorable pharmacokinetics and higher tumor retention and better visualization than the agonists. The main goal of this thesis was analyzing the biodistribution, biokinetics and internal dosimetry of the recently developed somatostatin receptor antagonists (OPS201 and OPS202) for therapeutic and diagnostic purposes in different species (mice, pigs and patients). In addition, an analysis of the influence of image quantification and the integration of time activity curves on kidney dosimetry in a pig model was carried out. Furthermore, extrapolation methods, which are used for predicting organ absorbed doses for humans based on preclinical animal models, were systematically compared for blood, liver, and kidneys of OPS201 injected species. Based on the OPS202 injected patients' investigations, 68Ga-OPS202 shows promising biodistribution and imaging properties with tumor contrast which is optimal one hour after injection of the radiotracer. OPS202 is well tolerated and delivers absorbed doses to organs that are lower than those by 18F-FDG and similar to other 68Ga-labeled somatostatin receptor ligands. As a result of 68Ga OPS202 injection, the highest absorbed doses were observed in the urinary bladder (0.10 mGy/MBq) and kidneys (0.84 mGy/MBq). The calculated mean effective dose coefficient of 68Ga-OPS202 injected patients was 0.024 mSv/MBq (3.6 mSv for 150 MBq 68Ga-OPS202 injection) which is similar to other 68Ga-labeled compounds. Based on the OPS201 biokinetics and dosimetry investigations, after the injection of 177Lu-OPS201, a fast blood clearance of the compound is observed in the first phase (half-life: 1.83 h) for each species. 10 min after injection, less than 5\% of the injected activity per milliliter of blood circulates in pigs and humans. The analysis of the mice, pig and preliminary patient data provides evidence that, patients enrolled in a phase 1 177Lu-OPS201 trial would not be at risk of overexposure. Based on our results, for 177Lu labelled studies, late time points after 72 h have a great impact on absorbed dose calculations. That is why follow-up times especially at late time points (more than 72 h) are required for the time-integrated activity coefficient (TIAC) calculations in order to represent the area under the curve appropriately and to analyze both biokinetics and dosimetry accurately. In addition, to find the most adequate extrapolation methods that minimize the interspecies differences of dosimetry data, several extrapolation methods from animal to human have been tested. For OPS201 time scaling or combination of relative mass and time scaling results in most similar TIAC values, if the organ mass ratios between the species are high. In time scaling, the scan/sampling time is scaled by using the ratio of the whole body masses of the respective species. In relative mass scaling, the TIACs are scaled based on the ratio of the whole body and organ mass of respective species. Other methods tested showed higher deviations. For the study on the influence of image quantification and the choice of the optimal scanning time points, a study in a pig model, which was performed in collaboration with Aalborg University and Octreopharm Sciences GmbH, was reanalyzed. As kidneys are organs-at-risk in PRRT with 177Lu labelled peptides, several quantification methods, based on 2D and 3D quantitative imaging were chosen. For this purpose, a 3D printed pig kidney phantom was prepared and measured with/without background activities representing the activities in the pig SPECT/CT scans. The phantom dosimetry data based on multiple SPECT/CT images and based on multiple planar images in combination with one SPECT/CT scan (MP1S Imaging) were compared to the pig dosimetry. The calculated TIACs of the phantom with background based on multiple SPECT/CT and MP1S imaging were quite similar to the multiple SPECT/CT based pig TIAC. In addition, in order to investigate the effect of late time points on dosimetry and absorbed dose values in 177Lu therapies, the difference, associated with eliminating the late two scan time points, on the TIACs was analyzed. When the TIACs (including all time points) of the pig based on multiple SPECT/CT and MP1S imaging were investigated, the use of MP1S imaging results in considerably lower TIAC values to the kidney (by a factor of 1.4). With eliminating late time points from the created time activity curve, the factor increases up to 2.4 times with a corresponding increase in TIAC uncertainties. As a consequence, further evaluation of 68Ga-OPS202 for PET/CT imaging and 177Lu-OPS201 for the treatments of NET patients is necessary. In particular, a head-to-head comparison of agonists and OPS peptides with respect to biokinetics, biodistribution and dosimetry would be helpful. In addition, the influence of the late scan time points on dosimetry needs further attention in particular for kidney dosimetry},
  language  = {en}
}
@phdthesis{MendesPereira2019,
  author    = {Mendes Pereira, Lenon},
  title     = {Morphological and Functional Ultrashort Echo Time (UTE) Magnetic Resonance Imaging of the Human Lung},
  doi       = {10.25972/OPUS-18317},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-183176},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2019},
  abstract  = {In this thesis, a 3D Ultrashort echo time (3D-UTE) sequence was introduced in the Self-gated Non-Contrast-Enhanced Functional Lung Imaging (SENCEFUL) framework. The sequence was developed and implemented on a 3 Tesla MR scanner. The 3D-UTE technique consisted of a nonselective RF pulse followed by a koosh ball quasi-random sampling order of the k-space. Measurements in free-breathing and without contrast agent were performed in healthy subjects and a patient with lung cancer. A gating technique, using a combination of different coils with high signal correlation, was evaluated in-vivo and compared with a manual approach of coil selection. The gating signal offered an estimation of the breathing motion during measurement and was used as a reference to segment the acquired data into different breathing phases. Gradient delays and trajectory errors were corrected during post-processing using the Gradient Impulse Response Function. Iterative SENSE was then applied to determine the fully sampled data. In order to eliminate signal changes caused by motion, a 3D image registration was employed, and the results were compared to a 2D image registration method. Ventilation was assessed in 3D and regionally quantified by monitoring the signal changes in the lung parenchyma. Finally, image quality and quantitative ventilation values were compared to the standard 2D-SENCEFUL technique. 3D-UTE, combined with an automatic gating technique and SENCEFUL MRI, offered ventilation maps with high spatial resolution and SNR. Compared to the 2D method, UTE-SENCEFUL greatly improved the clinical quality of the structural images and the visualization of the lung parenchyma. Through-plane motion, partial volume effects and ventilation artifacts were also reduced with a three-dimensional method for image registration. UTE-SENCEFUL was also able to quantify regional ventilation and presented similar results to previous studies.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{SalasRamirez2020,
  author    = {Salas Ramirez, Maikol},
  title     = {Methods to Improve Bone Marrow Dosimetry in Molecular Radiotherapy},
  doi       = {10.25972/OPUS-20850},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-208503},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2020},
  abstract  = {Bone marrow dosimetry is a topic of high interest in molecular radiotherapy. Predicting the level of hematological toxicity is one of the most important goals of nuclear medicine radiation dosimetry. To achieve this, it is necessary to quantify the absorbed dose to the active bone marrow, thus aiming at administering the most efficient therapy with a minimum level of adverse effects in the patient. The anatomical complexity of trabecular bone and bone marrow leads to the need of applying non-nuclear medicine imaging methods for determining the spatial distribution of soft tissue, adipose tissue, and bone in spongiosa. Therefore, the two objectives of this dissertation are: i) to apply magnetic resonance imaging (MRI) for quantification of the fat volume fraction, and ii) to validate a method based on dual-energy quantitative computed tomography (DEQCT) for quantification of the trabecular bone volume fraction. In a first step, an MRI sequence (two-point Dixon) for fat-water separation was validated in a 3 Tesla system by quantifying the fat volume fraction in a phantom and the lumbar vertebrae of volunteers and comparing with magnetic resonance spectroscopy (MRS). After successful validation, the fat volume fraction was retrospectively measured in the five lumbar vertebrae of 44 patient images acquired in the clinical routine. The two-point Dixon showed a good quantification of the fat volume fraction in the phantom experiment (-9.8\% maximum relative error with respect to the nominal values). In the volunteers, a non-significant difference between MRI and MRS was found for the quantification of the fat volume fraction in volumes-of-interest with similar dimensions and position in both quantification methodologies (MRI and MRS). In the study with patient data, the marrow conversion (red → yellow marrow) was found to be age-dependent, and slower in males (0.3\% per year) than in females (0.5\% per year). Also, considerable variability of the fat volume fraction in patients of similar ages and the same gender was observed. These results enable the use of two-point Dixon MRI in the quantification of the fat volume fraction in the bone marrow. Additionally, the constant marrow conversion during adulthood suggests that a patient-specific approach should replace the assumption of a constant cellularity volume fraction of 0.7 (reference man) (1,2) as proposed by the International Commission on Radiological Protection (ICRP). In a second step, a quantification method based on DEQCT was validated in two CT systems: i) a clinical CT integrated into a SPECT/CT and ii) a dual-source computed tomography (DSCT) system. The method was applied in two phantoms: the first was used to validate the DEQCT method by the quantification of the hydroxyapatite volume fraction in three vials of 50 ml each and three different hydroxyapatite concentrations (100 mg/cm3, 200 mg/cm3, 300 mg/cm3). The second phantom was the European spine phantom (ESP), an anthropomorphic spine phantom. It was used to quantify the bone mineral content (BMC) on the whole vertebra and the hydroxyapatite volume fraction (VFHA) in the spongiosa region of each vertebra of the phantom. Lastly, the BMC of lumbar vertebrae 1 (LV1) and 2 (LV2) was measured in a patient using DEQCT and dual-energy X-ray absorptiometry (DEXA). Furthermore, the hydroxyapatite volume fraction (VFHA) and the bone volume fraction (VFB) was calculated for both the whole vertebrae and the spongiosa region of LV1 and LV2. The measured and nominal hydroxyapatite volume fraction in the vial phantom showed a good correlation (maximum relative error: 14.2\%). The quantification of the BMC on the whole vertebra and the VFHA on the spongiosa region showed larger relative errors than in the validation phantom. The quantification of BMC on LV1 and LV2 showed relative errors between DEXA and DSCT equal to 7.6\% (LV1) and -8.4\% (LV2). Also, the values of the VFHA (mineral bone) were smaller than the VFB. This result is consistent with the bone composition (mineral bone plus organic material). The DEQCT method enables the quantification of hydroxyapatite (mineral bone) and bone (mineral bone plus organic material) in a clinical setting. However, the method showed an overestimation of the quantified mineral bone volume fraction. This overestimation might be related to the lack of detailed information on the CT X-ray spectra and detector sensitivity. Also, the DEQCT method showed a dependency on the CT reconstruction kernel and the chemical description of the materials to be quantified. Based on the results of this work, the feasibility for quantifying the fat volume fraction and the bone volume fraction in the spongiosa in a clinical setting has been demonstrated/proven. Furthermore, the differences in fat volume fraction in females and males, as well as the variability of the fat volume fraction in subjects of similar ages, questions the approximation of the cellularity volume fraction by only a single ICRP reference value in bone marrow dosimetry for molecular radiotherapy. Lastly, this study presents the first approach for non-invasive quantification of the bone volume fraction (mineral bone plus organic material) for improved bone marrow dosimetry.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kleineisel2024,
  author    = {Kleineisel, Jonas},
  title     = {Variational networks in magnetic resonance imaging - Application to spiral cardiac MRI and investigations on image quality},
  doi       = {10.25972/OPUS-34737},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-347370},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {Acceleration is a central aim of clinical and technical research in magnetic resonance imaging (MRI) today, with the potential to increase robustness, accessibility and patient comfort, reduce cost, and enable entirely new kinds of examinations. A key component in this endeavor is image reconstruction, as most modern approaches build on advanced signal and image processing. Here, deep learning (DL)-based methods have recently shown considerable potential, with numerous publications demonstrating benefits for MRI reconstruction. However, these methods often come at the cost of an increased risk for subtle yet critical errors. Therefore, the aim of this thesis is to advance DL-based MRI reconstruction, while ensuring high quality and fidelity with measured data. A network architecture specifically suited for this purpose is the variational network (VN). To investigate the benefits these can bring to non-Cartesian cardiac imaging, the first part presents an application of VNs, which were specifically adapted to the reconstruction of accelerated spiral acquisitions. The proposed method is compared to a segmented exam, a U-Net and a compressed sensing (CS) model using qualitative and quantitative measures. While the U-Net performed poorly, the VN as well as the CS reconstruction showed good output quality. In functional cardiac imaging, the proposed real-time method with VN reconstruction substantially accelerates examinations over the gold-standard, from over 10 to just 1 minute. Clinical parameters agreed on average. Generally in MRI reconstruction, the assessment of image quality is complex, in particular for modern non-linear methods. Therefore, advanced techniques for precise evaluation of quality were subsequently demonstrated. With two distinct methods, resolution and amplification or suppression of noise are quantified locally in each pixel of a reconstruction. Using these, local maps of resolution and noise in parallel imaging (GRAPPA), CS, U-Net and VN reconstructions were determined for MR images of the brain. In the tested images, GRAPPA delivers uniform and ideal resolution, but amplifies noise noticeably. The other methods adapt their behavior to image structure, where different levels of local blurring were observed at edges compared to homogeneous areas, and noise was suppressed except at edges. Overall, VNs were found to combine a number of advantageous properties, including a good trade-off between resolution and noise, fast reconstruction times, and high overall image quality and fidelity of the produced output. Therefore, this network architecture seems highly promising for MRI reconstruction.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {en}
}