@phdthesis{Konrad2021, author = {Konrad, Charlotte}, title = {Biochemische Charakterisierung von cAMP-Gradienten - Einfluss von Phosphodiesterasen}, doi = {10.25972/OPUS-20572}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-205728}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2021}, abstract = {Cyclisches Adenosinmonophosphat ist ein ubiquit{\"a}rer zweiter Botenstoff zahlreicher Signalwege im menschlichen K{\"o}rper. Auf eine Vielzahl verschiedenster extrazellul{\"a}rer Signale folgt jedoch eine Erh{\"o}hung desselben intrazellul{\"a}ren Botenstoffs - cAMP. Nichtsdestotrotz schafft es die Zelle, Signalspezifit{\"a}t aufrecht zu erhalten. Ein anerkanntes, wenn auch bisher unverstandenes Modell, um dieses zu erm{\"o}glichen, ist das Prinzip der Kompartimentierung. Die Zelle besitzt demnach Areale verschieden hoher cAMP-Konzentrationen, welche lokal begrenzt einzelne Signalkaskaden beeinflussen und somit eine differenzierte Signal{\"u}bertragung erm{\"o}glichen. Eine m{\"o}gliche Ursache f{\"u}r die Ausbildung solcher Bereiche geringerer cAMP- Konzentrationen (hier als Dom{\"a}nen bezeichnet), ist die hydrolytische Aktivit{\"a}t von Phosphodiesterasen (PDEs), welche als einzige Enzyme die F{\"a}higkeiten besitzen, cAMP zu degradieren. In dieser Arbeit wird der Einfluss der cAMP-Hydrolyse verschiedener PDEs auf die Gr{\"o}ße dieser Dom{\"a}nen evaluiert und mit denen der PDE4A1 verglichen, welche bereits durch unsere Arbeitsgruppe aufgrund ihrer Gr{\"o}ße als Nanodom{\"a}nen definiert wurden. Der Fokus wird dabei auf den Einfluss von kinetischen Eigenschaften der Phosphodiesterasen gelegt. So werden eine PDE mit hoher Umsatzgeschwindigkeit (PDE2A3) und eine PDE mit hoher Substrataffinit{\"a}t (PDE8A1) verglichen. Mithilfe sogenannter Linker, Abstandshaltern definierter L{\"a}nge, werden zus{\"a}tzlich die Nanodom{\"a}nen ausgemessen, um einen direkten Zusammenhang zwischen Gr{\"o}ße und kinetischer Eigenschaft anzugeben. Die Zusammenschau der Ergebnisse zeigt, dass die maximale Umsatzgeschwindigkeit der Phosphodiesterasen direkt mit der Gr{\"o}ße der Nanodom{\"a}nen korreliert. Durch den unmittelbaren Vergleich der gesamten PDE mit ihrer katalytischen Dom{\"a}ne wird zus{\"a}tzlich der Einfluss von regulatorischen Dom{\"a}nen evaluiert. Es wird gezeigt, dass diese cAMP-Gradienten modulieren k{\"o}nnen. Bei der PDE2A3 geschieht die Modulation u.a. durch Stimulation mit cGMP, welche h{\"o}chstwahrscheinlich dosisabh{\"a}ngig ist und somit graduell verl{\"a}uft. Hiermit pr{\"a}sentieren sich die Dom{\"a}nen als dynamische Bereiche, d.h. sie k{\"o}nnen in ihrer Auspr{\"a}gung reguliert werden. In dieser Arbeit wird die Hypothese best{\"a}tigt, dass Phosphodiesterasen eine wichtige Rolle in der Kompartimentierung von cAMP spielen, die Gruppe jedoch inhomogener ist, als bislang angenommen. Die Gradienten-Bildung l{\"a}sst sich nicht bei jeder Phosphodiesterase darstellen (PDE8A1). Einige Phosphodiesterasen (PDE2A3) jedoch bilden Kompartimente, die durch externe Stimuli in ihrer Gr{\"o}ße reguliert werden k{\"o}nnen. Die Arbeit legt den Grundstein zur breiteren Charakterisierung des spezifischen Einflusses weiterer PDEs auf cAMP-Kompartimentierung, welches nicht nur das Verst{\"a}ndnis der Kompartimentierungs-Strategien voranbringt, sondern auch essentiell f{\"u}r das Verst{\"a}ndnis der Pathophysiologie zahlreicher Krankheitsbilder, aber auch f{\"u}r das Verst{\"a}ndnis bereits angewandter aber auch potentiell neuer Medikamente ist.}, subject = {Cyclo-AMP}, language = {de} } @phdthesis{Mathmann2019, author = {Mathmann, Annika}, title = {Die Bedeutung von Vorhofflimmern f{\"u}r ICD-Tr{\"a}ger - Auswertung von Patientendaten}, doi = {10.25972/OPUS-18519}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-185190}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2019}, abstract = {Der implantierbare Kardioverter/Defibrillator wird zum Schutz vor einem pl{\"o}tzlichen Herztod aufgrund maligner Herzrhythmusst{\"o}rungen eingesetzt. Detektionsalgorithmen sollen dabei den Herzrhythmus korrekt klassifizieren und bei ventrikul{\"a}ren Tachykardien eine Therapie mittels {\"U}berstimulation oder Schockabgabe ausl{\"o}sen, nicht jedoch bei tachykardem Vorhofflimmern. Die Vermeidung solcher inad{\"a}quater Therapieabgaben stellt eine Herausforderung an die Detektionsalgorithmen der Implantate da. Bei steigender Pr{\"a}valenz des Vorhofflimmerns auch bei ICD-Tr{\"a}gern stellt sich daher die Frage nach dem Einfluss dieser Rhythmusst{\"o}rung auf die Versorgung dieser Patientengruppe. In der vorliegenden Arbeit sind retrospektiv die Daten von ICD-Tr{\"a}gern mit Vorhofflimmern und ICD-Tr{\"a}gern ohne Vorhofflimmern bez{\"u}glich der gew{\"a}hlten Implantate, H{\"a}ufigkeit ad{\"a}quater und inad{\"a}quater Therapieabgaben und der daraus resultierenden Maßnahmen untersucht worden. In der Auswertung zeigt sich, dass Patienten mit Vorhofflimmern tendenziell mehr inad{\"a}quate Therapien erlitten und signifikant h{\"a}ufiger hospitalisiert werden mussten. Anhand der Daten zeigt sich, dass Vorhofflimmern maßgeblich die Versorgung dieser Patientengruppen beeinflusst.}, subject = {Implantierbarer Kardioverter-Defibrillator}, language = {de} } @phdthesis{Carinci2017, author = {Carinci, Flavio}, title = {Quantitative Characterization of Lung Tissue Using Proton MRI}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-151189}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2017}, abstract = {The focus of the work concerned the development of a series of MRI techniques that were specifically designed and optimized to obtain quantitative and spatially resolved information about characteristic parameters of the lung. Three image acquisition techniques were developed. Each of them allows to quantify a different parameter of relevant diagnostic interest for the lung, as further described below: 1) The blood volume fraction, which represents the amount of lung water in the intravascular compartment expressed as a fraction of the total lung water. This parameter is related to lung perfusion. 2) The magnetization relaxation time T\(_2\) und T� *\(_2\) , which represents the component of T\(_2\) associated with the diffusion of water molecules through the internal magnetic field gradients of the lung. Because the amplitude of these internal gradients is related to the alveolar size, T\(_2\) und T� *\(_2\) can be used to obtain information about the microstructure of the lung. 3) The broadening of the NMR spectral line of the lung. This parameter depends on lung inflation and on the concentration of oxygen in the alveoli. For this reason, the spectral line broadening can be regarded as a fingerprint for lung inflation; furthermore, in combination with oxygen enhancement, it provides a measure for lung ventilation.}, subject = {Kernspintomografie}, language = {en} } @phdthesis{Winter2018, author = {Winter, Patrick}, title = {Neue Methoden zur Quantitativen Kardiovaskul{\"a}ren MR-Bildgebung}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-174023}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2018}, abstract = {Herzkreislauferkrankungen stellen die h{\"a}ufigsten Todesursachen in den Industrienationen dar. Die Entwicklung nichtinvasiver Bildgebungstechniken mit Hilfe der Magnetresonanz-Tomografie (MRT) ist daher von großer Bedeutung, um diese Erkrankungen fr{\"u}hzeitig zu erkennen und um die Entstehungsmechanismen zu erforschen. In den letzten Jahren erwiesen sich dabei genetisch modifzierte Mausmodelle als sehr wertvoll, da sich durch diese neue Bildgebungsmethoden entwickeln lassen und sich der Krankheitsverlauf im Zeitraffer beobachten l{\"a}sst. Ein große Herausforderung der murinen MRT-Bildgebung sind die die hohen Herzraten und die schnelle Atmung. Diese erfordern eine Synchronisation der Messung mit dem Herzschlag und der Atmung des Tieres mit Hilfe von Herz- und Atemsignalen. Konventionelle Bildgebungstechniken verwenden zur Synchronisation mit dem Herzschlag EKG Sonden, diese sind jedoch insbesondere bei hohen Feldst{\"a}rken (>3 T) sehr st{\"o}ranf{\"a}llig. In dieser Arbeit wurden daher neue Bildgebungsmethoden entwickelt, die keine externen Herz- und Atemsonden ben{\"o}tigen, sondern das MRT-Signal selbst zur Bewegungssynychronisation verwenden. Mit Hilfe dieser Technik gelang die Entwicklung neuer Methoden zur Flussbildgebung und der 3D-Bildgebung, mit denen sich das arterielle System der Maus qualitativ und quantitativ erfassen l{\"a}sst, sowie einer neuen Methode zur Quantisierung der longitudinalen Relaxationszeit T1 im murinen Herzen. Die in dieser Arbeit entwickelten Methoden erm{\"o}glichen robustere Messungen des Herzkreislaufsystems. Im letzten Kapitel konnte dar{\"u}ber hinaus gezeigt werden dass sich die entwickelten Bildgebungstechniken in der Maus auch auf die humane Bildgebung {\"u}bertragen lassen.}, subject = {Kernspintomografie}, language = {de} } @phdthesis{Gutjahr2019, author = {Gutjahr, Fabian Tobias}, title = {Neue Methoden der physiologischen Magnet-Resonanz-Tomographie: Modellbasierte T1-Messungen und Darstellung von chemischem Austausch mit positivem Kontrast}, doi = {10.25972/OPUS-16106}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-161061}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2019}, abstract = {Ziel dieser Arbeit war es, neue quantitative Messmethoden am Kleintier, insbesondere die Perfusionsmessung am M{\"a}useherz, zu etablieren. Hierf{\"u}r wurde eine retrospektiv getriggerte T1-Messmethode entwickelt. Da bei retrospektiven Methoden keine vollst{\"a}ndige Abtastung garantiert werden kann, wurde ein Verfahren gefunden, das mit Hilfe von Vorwissen {\"u}ber das gemessene Modell sehr effizient die fehlenden Daten interpolieren kann. Mit Hilfe dieser Technik werden dynamische T1-Messungen mit hoher r{\"a}umlicher und zeitlicher Aufl{\"o}sung m{\"o}glich. Dank der hohen Genauigkeit der T1-Messmethode l{\"a}sst sich diese f{\"u}r die nichtinvasive Perfusionsmessung am M{\"a}useherz mittels der FAIR-ASL-Technik nutzen. Da auf Grund der retrospektiven Triggerung Daten an allen Positionen im Herzzyklus akquiriert werden, konnten T1- und Perfusionskarten nach der Messung zu beliebigen Punkten im Herzzyklus rekonstruiert werden. Es bietet sich an, Techniken, die f{\"u}r die myokardiale Perfusion angewandt werden, auch f{\"u}r die Nierenperfusionsmessung zu verwenden, da die Niere in ihrer Rinde (Cortex) eine {\"a}hnlich hohe Perfusion aufweist wie das Myokard. Gleichzeitig f{\"u}hren Nierenerkrankungen oftmals zu schlechter Kontrastmittelvertr{\"a}glichkeit, da diese bei Niereninsuffizienz u.U. zu lange im K{\"o}rper verweilen und die Niere weiter sch{\"a}digen. Auch deshalb sind die kontrastmittelfreien Spin-Labeling-Methoden hier interessant. Die FAIR-ASL-Technik ist jedoch an M{\"a}usen in koronaler Ansicht f{\"u}r die Niere schlecht geeignet auf Grund des geringen Unterschieds zwischen dem markierten und dem Vergleichsexperiment. Als L{\"o}sung f{\"u}r dieses Problem wurde vorgeschlagen, die Markierungsschicht senkrecht zur Messschicht zu orientieren. Hiermit konnte die Sensitivit{\"a}t gesteigert und gleichzeitig die Variabilit{\"a}t der Methode deutlich verringert werden. Mit Hilfe von kontrastmittelgest{\"u}tzten Messungen konnten auch das regionale Blutvolumen und das Extrazellularvolumen bestimmt werden. In den letzten Jahren hat das Interesse an Extrazellularvolumenmessungen zugenommen, da das Extrazellularvolumen stellvertretend f{\"u}r diffuse Fibrose gemessen werden kann, die bis dahin nichtinvasiven Methoden nicht zug{\"a}nglich war. Die bisher in der Literatur verwendeten Quantifizierungsmethoden missachten den Einfluss, den das H{\"a}matokrit auf den ECV-Wert hat. Es wurde eine neue Korrektur vorgeschlagen, die allerdings zus{\"a}tzlich zur ECV-Messung auch eine RBV-Messung ben{\"o}tigt. Durch gleichzeitige Messung beider Volumenanteile konnte auch erstmals das Extrazellulare-Extravaskul{\"a}re-Volumen bestimmt werden. Eine g{\"a}nzlich andere kontrastmittelbasierte Methode in der MRT ist die Messung des chemischen Austauschs. Hierbei wirkt das Kontrastmittel nicht direkt beschleunigend auf die Relaxation, sondern der Effekt des Kontrastmittels wird gezielt durch HF-Pulse an- und ausgeschaltet. Durch den chemischen Austausch kann die Auswirkung der HF-Pulse akkumuliert werden. Bislang wurde bei solchen Messungen ein negativer Kontrast erzeugt, der ohne zus{\"a}tzliche Vergleichsmessungen schwer detektierbar war. Im letzten Teil dieser Arbeit konnte eine neue Methode zur Messung des chemischen Austauschs gezeigt werden, die entgegen der aus der Literatur bekannten Methoden nicht S{\"a}ttigung, sondern Anregung {\"u}bertr{\"a}gt. Diese {\"A}nderung erlaubt es, einen echten positiven chemischen Austausch-Kontrast zu erzeugen, der nicht zwingend ein Vergleichsbild ben{\"o}tigt. Gleichzeitig erm{\"o}glicht die Technik, dadurch dass Anregung {\"u}bertragen wird, die Phase der Anregung zu kontrollieren und nutzen. Eine m{\"o}gliche Anwendung ist die Unterscheidung verschiedener Substanzen in einer Messung. In der Summe wurden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene robuste Methoden eta- bliert, die die M{\"o}glichkeiten der quantitativen physiologischen MRT erweitern.}, subject = {Kernspintomografie}, language = {de} } @phdthesis{Axmacher2014, author = {Axmacher, Franz}, title = {Die SVM-gest{\"u}tzte Pr{\"a}diktabilit{\"a}t der Bindungsspezifit{\"a}t ‎von SH3-Dom{\"a}nen anhand ihrer Aminos{\"a}uresequenz}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-113349}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2014}, abstract = {Die Identifikation der Bindungsspezifit{\"a}ten von Proteininteraktionsdom{\"a}nen und damit letztlich auch ‎die F{\"a}higkeit potentielle Bindungspartner dieser in vivo vorherzusagen bildet ein grundlegendes ‎Element f{\"u}r das Verst{\"a}ndnis der biologischen Funktionen dieser Dom{\"a}nen. In dieser Arbeit wurde ‎untersucht, inwieweit solche Vorhersagen bez{\"u}glich der SH3-Dom{\"a}ne - als Beispiel f{\"u}r eine ‎Proteininteraktionsdom{\"a}ne - mithilfe von Support-Vector-Machines (SVMs) m{\"o}glich sind, wenn ‎diesen als Informationsquelle ausschließlich die innerhalb der Aminos{\"a}uresequenz der Dom{\"a}ne ‎konservierten Informationen zur Verf{\"u}gung stehen. Um den SVM-basierten Klassifikator zu ‎trainieren und zu validieren, wurde ein Satz aus 51 SH3-Dom{\"a}nen verwendet, die zuvor ‎entsprechend ihrer Ligandenpr{\"a}ferenz in ein System aus acht verschiedenen Klassen eingeteilt ‎worden waren. Da die innerhalb der Aminos{\"a}uresequenzen konservierten Informationen in ‎abstrakte Zahlenwerte konvertiert werden mussten (Voraussetzung f{\"u}r mathematisch basierte ‎Klassifikatoren wie SVMs), wurde jede Aminos{\"a}uresequenz durch ihren jeweiligen Fisher-Score-‎Vektor ausgedr{\"u}ckt. Die Ergebnisse erbrachten einen Klassifikationserror, welcher weit unterhalb des ‎Zufallsniveaus lag, was darauf hindeutet, dass sich die Bindungsspezifit{\"a}t (Klasse) einer SH3-Dom{\"a}ne ‎in der Tat von seiner Aminos{\"a}uresequenz ableiten lassen d{\"u}rfte. Mithilfe klassenspezifisch ‎emittierter, artifizieller Sequenzen, implementiert in den Trainingsprozess des Klassifikators, um ‎etwaigen nachteiligen Auswirkungen von Overfitting zu entgegenzuwirken, sowie durch ‎Ber{\"u}cksichtigung taxonomischer Informationen des Klassensystems w{\"a}hrend Training und ‎Validierung, ließ sich der Klassifikationserror sogar noch weiter senken und lag schließlich bei lediglich ‎‎35,29\% (vergleiche Zufall: 7/8 = 87.50\%). Auch die Nutzung von Feature Selections zur Abmilderung ‎Overfitting-bedingter, negativer Effekte lieferte recht vielversprechende Ergebnisse, wenngleich ihr ‎volles Potential aufgrund von Software-Beschr{\"a}nkungen nicht ausgenutzt werden konnte.‎ Die Analyse der Positionen im Sequence-Alignment, welche f{\"u}r den SVM- basierten Klassifikator am ‎relevantesten waren, zeigte, dass diese h{\"a}ufig mit Positionen korrelierten, von denen angenommen ‎wird auch in vivo eine Schl{\"u}sselrolle bei der Determination der Bindungsspezifit{\"a}t (Klasse) zu spielen. ‎Dies unterstreicht nicht nur die Reliabilit{\"a}t des pr{\"a}sentierten Klassifikators, es gibt auch Grund zur ‎Annahme, dass das Verfahren m{\"o}glicherweise auch als Supplement anderer Ans{\"a}tze genutzt werden ‎k{\"o}nnte, welche zum Ziel haben die Positionen zu identifizieren, die die Ligandenpr{\"a}ferenz in vivo ‎determinieren. Informationen, die nicht nur f{\"u}r ein besseres Verst{\"a}ndnis der SH3-Dom{\"a}ne (und ‎m{\"o}glicherweise auch anderer Proteininteraktionsdom{\"a}nen) von grundlegender Bedeutung sind, ‎sondern auch aus pharmakologischer Sicht von großem Interesse sein d{\"u}rften.‎}, subject = {Support-Vektor-Maschine}, language = {de} } @phdthesis{Riedl2021, author = {Riedl, Katharina Alina}, title = {Optimierung und Validierung einer MRT-Messmethode zur Quantifizierung der Wandschubspannung in arteriellen Gef{\"a}ßen zur Evaluation der atherosklerotischen Plaqueentwicklung}, doi = {10.25972/OPUS-23081}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-230814}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2021}, abstract = {Herz-Kreislauf-Erkrankungen stellen weiterhin die Todesursache Nummer eins in Deutschland dar, welche haupts{\"a}chlich durch Atherosklerose verursacht werden. Als ein Pr{\"a}diktor der atherosklerotischen Plaqueentwicklung wird die Wandschubspannung (WSS) diskutiert. Ziel dieser Arbeit war es daher, anhand von Flussphantomen und C57bl/6 M{\"a}usen eine 2D-Gradientenecho-Bildgebungsmethode mit einer 3D-Phasenkontrast-Flusskodierung zu optimieren und anschließend eine longitudinale Kleintierstudie mit ApoE-/- M{\"a}usen durchzuf{\"u}hren, um den Zusammenhang der WSS und der atherosklerotischen Plaqueentwicklung n{\"a}her zu untersuchen. Zun{\"a}chst wurden Flussphantome mit einem Schlauchdurchmesser von 4 mm und 1 mm zur Optimierung der Messmethode verwendet. Anschließend wurde die Messmethode weiter angepasst, um in vivo Messungen an C57bl/6 M{\"a}usen durchf{\"u}hren zu k{\"o}nnen. Nach erfolgter Optimierung wurde eine longitudinale Kleintierstudie mit zwei verschiedenen Di{\"a}ten, Western Di{\"a}t und Chow Di{\"a}t, durchgef{\"u}hrt. Im Rahmen der Studie erfolgten nach einer, acht und zw{\"o}lf Wochen MR-Messungen sowie histologische Analysen. Es konnte gezeigt werden, dass die Wandschubspannung in M{\"a}usen bei 17,6 Tesla quantifiziert werden kann. Es zeigte sich eine Tendenz, dass Plaqueformationen mit einer h{\"o}heren Wandschubspannung einhergehen.}, subject = {Wandschubspannung}, language = {de} } @phdthesis{Li2014, author = {Li, Xiang}, title = {Molecular imaging of inflammation in atherosclerosis: Preclinical study in Apolipoprotein E-Deficient mice and preliminary evaluation in human using positron emission tomography}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-104622}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2014}, abstract = {Motivation and Aim: Cardiovascular disease has been the leading cause of mortality and morbidity throughout the world. In developed countries, cardiovascular diseases are already responsible for a majority of deaths and will become the pre-eminent health problem worldwide (1,2). Rupture of atherosclerotic plaque accounts for approximately 70\% of fatal acute myocardial infarction and sudden heart deaths. Conventional criterias for the diagnosis of "vulnerable plaques" are calcified nodules, yellow appearance of plaque, a thin cap, a large lipid core, severe luminal stenosis, intraplaque hemorrhage, inflammation, thrombogenicity, and plaque injury (3-5). Noninvasive diagnosis of vulnerable plaque still remains a great challenge and a huge research prospect, which triggered us to investigate the feasibility of PET imaging on the evaluation of atherosclerosis. Nuclear imaging of atherosclerosis， especially co-registered imaging modalities, could provide a promising diagnostic tool including both anatomy and activities to identify vulnerable atherosclerotic plaque or early detection of inflammatory endothelium at risk. Furthermore, the development of specific imaging tracers for clinical applications is also a challenging task. The aim of this work was to assess the potential of novel PET imaging probes associated with intra-plaque inflammation on animal models and in human respectively. Methods In this work, several molecular imaging modalities were employed for evaluation of atherosclerosis. They included Positron emission tomography / Computed tomography (PET/CT) for human studies, and micro-PET, autoradiography and high-resolution magnetic resonance imaging (MRI) for animal studies. Radiotracers for PET imaging included the glucose analogue 18F-Fluorodeoxyglucose (18F-FDG), the somatostatin receptor avide tracer 68Ga-DOTATATE, and the Gallium-68 labeled fucoidan (68Ga-Fucoidan), which was developed as a PET tracer to detect endothelial P-selectin, which overexpressed at early stage of atherosclerosis and endothelial overlying activated plaque. Tracer's capabilities were firstly assessed on cellular level in vitro. Subsequently, Animal studies were conducted in two animal models: 1, Apolipoprotein E (ApoE-/-) mice having severe atherosclerotic plaque; 2, Lipopolysaccharide (LPS) -induced mice for receiving acute vascular inflammation. Corresponding analyses on protein and histological level were conducted as well to confirm our results. In human study, 16 patients with neuroendocrine tumors (NETs) were investigated on imaging vascular inflammation. These patients had undergone both 68Ga-DOTATATE PET/CT and 18F-FDG PET/CT for staging or restaging within 6 weeks. 16 patients were randomized into two groups: high-risk group and low-risk group. Uptake ratio of both tracers from two groups were compared and correlated with common cardiovascular risk factors. Results and Conclusion In murine study, the expression of somatostatin receptor 2, which is the main bio-target of 68Ga-DOTATATE on macrophage/monocyte was confirmed by flow cytometry and immunohistochemistry. Prospectively, high specific accumulation of 68Ga-DOTATATE to the macrophage within the plaques was observed in aorta lesions by autoradiography and by micro-PET. In study with 68Ga-fucoidan, a strong expression of P-selectin on active endothelium overlying on inflamed plaque but weaker on inactive plaques was confirmed. Specific focal uptake of 68Ga-fucoidan were detected at aorta segments by micro-PET, and correlated with high-resolution magnetic resonance imaging (MRI), which was used to characterize the morphology of plaques. 68Ga-fucoidan also showed a greater affinity to active inflamed plaque in comparison of inactive fibrous plaque, which was assessed by autoradiography. Specificity of 68Ga-DOTATATE and 68Ga-fucoidan were confirmed by ex-vivo blocking autoradiography and in vivo blocking PET imaging respectively. In human study, focal uptake of both 18F-FDG and 68Ga-DOTATATE was detected. Analyzing concordance of two tracers' uptake ratio, Out of the 37 sites with highest focal 68Ga-DOTATATE uptake, 16 (43.2\%) also had focal 18F-FDG uptake. Of 39 sites with highest 18F-FDG uptake, only 11 (28.2\%) had a colocalized 68Ga-DOTATATE accumulation. Correlated tracers' uptake and calcium burden and risk factors, Mean target-to-background ratio (TBR) of 68Ga-DOTATATE correlated significantly with the presence of calcified plaques (r=0.52), hypertension (r=0.60), age (r=0.56) and uptake of 18F-FDG (r=0.64). TBRmean of 18F-FDG correlated significantly only with hypertension (r=0.58; p<0.05). Additionally, TBRmean of 68Ga-DOTATATE is significant higher in the high risk group while TBRmean of 18F-FDG is not. In conclusion, we evaluated vascular inflammation of atherosclerosis non-invasively using the two PET tracers: 68Ga-DOTATATE and 68Ga-Fucoidan. 68Ga-DOTATATE show specific affinity to infiltrated macrophage within the plaques. 68Ga-Fucoidan may hold the potential to discriminate between active and inactive atherosclerotic plaques in terms of variant accumulation on different-types of plaques. PET as leading molecular imaging technique provides superiority in assessing cellular activity, which is pivotal for understanding internal activity of atherosclerotic plaques. Since diagnosis of atherosclerosis is a complex and multi-dimensional task. More integrated imaging technology such as PET/MRI, faster imaging algorithm, more efficient radiotracer are required for further development of atherosclerosis imaging,}, subject = {Arteriosklerose}, language = {en} } @phdthesis{Schrodt2014, author = {Schrodt, Christian}, title = {Histologische Untersuchungen zur Entwicklung der Atherosklerose unter besonderer Ber{\"u}cksichtigung der Elastin- und Kollagenkomponenten sowie der Inflammation der Gef{\"a}ßwand an ApoE-Knockout-M{\"a}usen}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-105992}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2014}, abstract = {Atherosklerose ist ein wichtiger Faktor bez{\"u}glich der Pathogenese kardiovaskul{\"a}rer Erkrankungen, indem sie Einfluss auf die strukturellen und funktionellen Eigenschaften der Gef{\"a}ße nimmt. Wegen dieser Bedeutung ist es wichtig, diese Erkrankung und deren Zusammenh{\"a}nge genau zu erforschen. Einige Studien konnten zeigen, dass die Pulswellengeschwindigkeit mit Gef{\"a}ßwand-eigenschaften, insbesondere deren Steifigkeit, zusammenh{\"a}ngt. So konnte in Untersuchungen von Gotschy et al.27 eine Zunahme der lokalen Pulswellen-geschwindigkeit, als Marker f{\"u}r Gef{\"a}ßwandsteifigkeit, in Aortenanteilen von ApoE(-/-)-M{\"a}usen im Zeitverlauf mittels MRT gezeigt werden, ohne dass makroskopische Ver{\"a}nderungen in fr{\"u}hen Stufen atherosklerotischer Entwicklung sichtbar waren. Dies wird nun als Ausgangspunkt herangezogen, um zu erforschen, durch welche histologischen Ver{\"a}nderungen des Gef{\"a}ßes innerhalb der Atherogenese eine fr{\"u}he Zunahme der lokalen PWV erkl{\"a}rt werden kann. Hierzu wird zum einen die mit der Gef{\"a}ßwandsteifigkeit in Zusammenhang gebrachte Elastinfragmentierung innerhalb der elastischen Laminae der Aorta ascendens und abdominalis mittels histologischer Untersuchung quantitativ bestimmt. Die elastischen Schichten werden durch modifizierte Elastika-van-Gieson-F{\"a}rbung dargestellt. Zur vergleichenden Bestimmung wird ein Quotient aus der Anzahl bei mikroskopischer Betrachtung erkennbarer Br{\"u}che der elastischen Laminae und bestimmter Gef{\"a}ßwandquerschnittsfl{\"a}che erstellt. Die Auspr{\"a}gung der Elastinfragmentierung unterscheidet sich signifikant in den zwei h{\"o}chsten Altersklassen der Test- und Kontrollm{\"a}use in beiden untersuchten Aortenabschnitten, wobei die ApoE(-/-)-Tiere stets den h{\"o}heren Wert aufweisen. Anhand der {\"A}hnlichkeit hinsichtlich der Entwicklung der Messwerte von beschriebener lokalen PWV und der hier gezeigten Elastinfragmentierung kann vermutet werden, dass diese zu einer Erh{\"o}hung der Gef{\"a}ßwandsteifigkeit beitr{\"a}gt. Die gezeigten histologischen Parameter k{\"o}nnen so als Indikator f{\"u}r Ver{\"a}nderungen der Gef{\"a}ßeigenschaften w{\"a}hrend der Atherogenese und als m{\"o}glicher Grund einer Ver{\"a}nderung der Gef{\"a}ßwandsteifigkeit mit konsekutiver Erh{\"o}hung der lokalen PWV angesehen werden. Als weiterer Einflussfaktor auf die mechanischen Eigenschaften des Blutgef{\"a}ßsystems wird die Entwicklung des Kollagengehaltes anteilig an der Aortenwand bestimmt. Es wurde in vielen Publikationen beschrieben, welchen großen Stellenwert Kollagenfasern f{\"u}r die Gef{\"a}ßwandsteifigkeit haben. Auch wird das untersuchte Kollagen hinsichtlich seiner Faserdicken nochmals genauer untersucht. Die Kollagenfasern werden mittels Pikro-Sirius-Rot gef{\"a}rbt und anschließend unter zirkul{\"a}r polarisiertem Licht analysiert. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen keinen eindeutigen Trend hinsichtlich ihrer Entwicklung. Sie lassen sich auch nicht mit der aufgestellten Hypothese in {\"U}bereinkunft bringen, da keine zeitliche Dynamik verglichen mit der Entwicklung der anderen Parameter nachgewiesen werden kann. Um den beschriebenen entz{\"u}ndlichen Charakter der Atherogenese ebenso zu ber{\"u}cksichtigen, wird das Einwanderungsverhalten von Makrophagen in die Gef{\"a}ßwand betrachtet. Es wird die relative Fl{\"a}che der durch Makrophagen besiedelten Gef{\"a}ßwandanteile bestimmt und als Indikator einer Entz{\"u}ndungsreaktion angesehen, welche direkt oder indirekt Einfluss auf Gef{\"a}ßwandeigenschaften haben k{\"o}nnte. Mittels eines Antik{\"o}rpers gegen das makrophagenspezifische Protein CD68 und Kombination mit anti-antik{\"o}rpervermittelt bindenden fluoreszierenden Substanzen, werden Makrophagen in einem Fluoreszenzmikroskop sichtbar gemacht und die besiedelte Fl{\"a}che softwaregest{\"u}tzt bestimmt. Dabei kommt die vorliegende Untersuchung zu dem Ergebnis, dass sich die Makrophagenbesiedelung in beiden betrachteten Aortenabschnitten deutlich im Zeitverlauf bei den ApoE(-/-)-Tieren erh{\"o}ht. Der relative Gef{\"a}ßwandanteil der von Makrophagen besiedelten Fl{\"a}chen erreicht seinen h{\"o}chsten Wert innerhalb der Aorta ascendens bei 18 Wochen alten ApoE(-/-)-Tieren; in der Aorta abdominalis bei 30 Wochen alten. Die absolute CD68-Fl{\"a}che in beiden Aortenabschnitten steigt bis zum Versuchsende hin an, wobei der st{\"a}rkste Anstieg in der Zeit von sechs zu 18 Wochen geschieht. Dagegen zeigt die Kontrollgruppe eine sehr geringe Zunahme dieser beiden Messgr{\"o}ßen, wobei diese stets auf einem sehr niedrigen Niveau bleiben und keineswegs mit der Entwicklung der Testtiere zu vergleichen sind. Besonders zu beachten ist, das bereits in der j{\"u}ngsten Altersstufe von sechs Wochen ein h{\"o}heres Maß an Makrophagenbesiedelung bei Aortenanteilen der ApoE(-/-)-Tiere zu verzeichnen ist, als bei den entsprechenden Kontrollen. Auf Grund dieser Beobachtung, l{\"a}sst sich ein m{\"o}glicher Zusammenhang mit der schon fr{\"u}h ansteigenden Gef{\"a}ßsteifigkeit vor sichtbarer Plaqueentwicklung herstellen. Bei der Kl{\"a}rung der zentralen Fragestellung dieser Arbeit nach einem histomorphologischen Korrelat f{\"u}r die fr{\"u}hzeitige Erh{\"o}hung der lokalen PWV zeigt sich folgendes Ergebnis: Insgesamt k{\"o}nnen die gemessenen histologischen Charakteristika, vor allem die Entwicklung der Elastinfragmentierung innerhalb der Gef{\"a}ßwand und der Grad der Makrophagenbesiedelung, fr{\"u}he Indikatoren f{\"u}r Ver{\"a}nderungen morphologischer und funktioneller Gef{\"a}ßwandspezifikationen sein. Sie kommen daher als denkbare Ursache f{\"u}r den Anstieg der lokalen Pulswellengeschwindigkeit in Betracht, besonders da die zuvor erw{\"a}hnten histologischen Parameter zeitlich wie diese einen {\"a}hnlichen Verlauf hinsichtlich ihrer Entwicklung zeigen. Die Atherogenese und deren zahlreiche Einflussfaktoren bleiben weiterhin Forschungs-gegenstand und es gilt mehr denn je m{\"o}gliche Mechanismen aufzudecken, um eine Gef{\"a}ßwandsch{\"a}digung fr{\"u}hzeitig und effektiv verhindern zu k{\"o}nnen. Hiervon w{\"u}rde ein Großteil der Bev{\"o}lkerung profitieren, da die Atherosklerose durch ihre Folgeerkrankungen nach wie vor, nicht nur in Deutschland, die Todesursachenstatistik anf{\"u}hrt.}, subject = {Atherosklerose}, language = {de} } @phdthesis{Hubert2012, author = {Hubert, Alexander Thomas Wilhelm}, title = {Funktionelle kardiale Magnet-Resonanz-Tomographie: Einfluss der alternativen Wahl des Narkosemittels Isofluran, Propofol sowie Propofol in Kombination mit Pancuronium auf die kardialen Funktionsparameter im Rattenmodell}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-94402}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2012}, abstract = {Die Magnetresonanztomographie stellt den Goldstandard zur kardialen Funktionsdiagnostik dar und erm{\"o}glicht die nicht-invasive Analyse der Herzfunktion mit valider Bestimmung von Volumina, Fl{\"u}ssen sowie der Ejektionsfraktion in vivo. In unserer Arbeitsgruppe erfolgt eine stetige Weiterentwicklung der Methode am Rattenmodell, wobei regelhaft eine Narkose des Versuchtstiers notwendig ist. Im Rahmen meiner Arbeit wurde der Effekt verschiedener Narkoseformen auf die Herzfunktion untersucht. Dabei wurde eine Isoflurannarkose einer Narkose mittels Propofol sowie Propofol in Kombination mit Pancuronium gegen{\"u}bergestellt. Hierbei zeigen sich teilweise deutliche Unterschiede in den kardialen Funktionsparametern w{\"a}hrend der Untersuchung. Hieraus ist zu folgern, dass ein sinnvoller Vergleich der Herzfunktion von Versuchsreihen mit unterschiedlicher Narkosetechnik problematisch ist. Dies unterstreicht die Wichtigkeit einer Festlegung der Narkosetechnik vor Beginn einer Versuchsreihe in der kardiovaskul{\"a}ren Forschung und deren Konstanthaltung {\"u}ber die gesamte Versuchsdauer.}, subject = {Kernspintomographie}, language = {de} } @phdthesis{Kampf2018, author = {Kampf, Thomas}, title = {Quantifizierung myokardialer Mikrostruktur und Perfusion mittels longitudinaler NMR Relaxation}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-174261}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2018}, abstract = {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 gew{\"u}nschte Information durch eine geeignete Pr{\"a}paration der Magnetisierung bzw. durch die Gabe von Kontrastmittel in den Zeitverlauf der longitudinalen Relaxation zu kodieren. Aus der {\"A}nderung der Relaxationszeit l{\"a}ßt sich dann die gew{\"u}nschte Information bestimmen. Daf{\"u}r 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 f{\"u}hrt dazu, daß nur eine scheinbare Relaxationszeit gemessen wird. W{\"a}hrend dies keinen Einfluß auf die T1-basierte Bestimmung der untersuchten Mikrostrukturparameter hatte, ergab sich f{\"u}r die Perfusionsquantifizierung eine deutliche Abh{\"a}ngigkeit 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 k{\"o}nnen. Zus{\"a}tzlich reduzieren die angepaßten Gleichungen die Anforderungen bez{\"u}glich der Inversionsqualit{\"a}t 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 Inversionspr{\"a}paration der Magnetisierung des Herzmuskels ein Anteil des Blutpools invertiert wird. Daraus folgt, daß die vereinfachende Annahme, nach welcher bei schichtselektiver Pr{\"a}paration in Folge von Perfusion nur Blut mit Gleichgewichtsmagnetisierung den Herzmuskel erreicht, nicht erf{\"u}llt ist. Es konnte gezeigt werden, daß dies bei Perfusion zu einer deutlichen Untersch{\"a}tzung der berechneten Perfusionswertes f{\"u}hrt. Um mit diesem Problem umgehen zu k{\"o}nnen, wurde aufbauend auf einem vereinfachten Modell der zeitlichen Entwicklung der Blutmagnetisierung eine Korrektur f{\"u}r die Bestimmung der Perfusionswerte gefunden welche den Einfluß der anatomischen Besonderheiten ber{\"u}cksichtigt. Das f{\"u}r die Perfusionskorrektur eingef{\"u}hrte Model prognostiziert ebenso, daß auch bei schichtselektiver Inversion die T1-basierte Bestimmung der untersuchten Mikrostrukturparameter von der Perfusion abh{\"a}ngig wird und eine systematische {\"U}bersch{\"a}tzung der quantifizierten Werte verursacht. Da die Perfusion im Kleintier deutlich h{\"o}her ist als im Menschen, ist dieser Einfluß besonders in der pr{\"a}klinischen Forschung zu beachten. So k{\"o}nnen dort allein durch verminderte Perfusion deutliche {\"A}nderungen in den bestimmten Werten der Mikrostrukturparameter erzeugt werden, welche zu einer fehlerhaften Interpretation der Ergebnisse f{\"u}hren und somit ein falsches Bild f{\"u}r die Vorg{\"a}nge im Herzmuskel suggerieren. Dabei best{\"a}tigt der Vergleich mit experimentellen Ergebnissen aus der Literatur die Vorhersagen f{\"u}r 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 {\"u}blicherweise in der aktuellen Forschung vernachl{\"a}ssigt. Inwieweit dies in er klinischen Forschung gerechtfertigt ist, muß in weiteren Untersuchungen gekl{\"a}rt werden. Den untersuchten Methoden zur Bestimmung von funktionellen und mikrostrukturellen Parametern ist gemein, daß sie eine exakte Quantifizierung der longitudinalen Relaxationszeit T1 ben{\"o}tigen. Dabei ist im Kleintierbereich die klassische IRLL-Methode als zuverl{\"a}ssige 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 w{\"a}hrend 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 verk{\"u}rzen zu k{\"o}nnen wurde eine neue Methode zum Fitten der Daten entwickelt, welche die Abh{\"a}ngigkeit der scheinbaren Relaxationszeit von der Wartezeit zwischen den einzelnen Transienten, sowie der mittleren Herzrate fast vollst{\"a}ndig eliminiert. Diese Methode liefert f{\"u}r das ganze klinisch Spektrum an erwarteten T1-Zeiten, vor und nach Kontrastmittelgabe, stabile Ergebnisse und erlaubte ein deutliche Verk{\"u}rzung 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 standardm{\"a}ßig genutzte Korrektur benutzt aber dem gefitteten Wert der Gleichgewichtsmagnetisierung um den wahren T1-Wert zu bestimmen. Somit ist es f{\"u}r die Bestimmung des T1-Wertes notwendig, die Qualit{\"a}t der Inversionspr{\"a}paration zu kennen. Auf Basis der neuen Fitmethode wurde eine Anpassung der MOLLI-Sequenz demonstriert, welche die Bestimmung der Gleichgewichtsmagnetisierung unabh{\"a}ngig von der Qualit{\"a}t der Inversionspr{\"a}paration erlaubt. Daf{\"u}r verl{\"a}ngert sich die Meßdauer lediglich um einen Herzschlag um in geeigneter Weise ein zus{\"a}tzliches Bild aufnehmen zu k{\"o}nnen. Abschließend wurde in dieser Arbeit der Signal-Zeit-Verlauf der MOLLI-Sequenz eingehend theoretische untersucht um ein besseres Verst{\"a}ndnis der getriggerten IRLL-Sequenzen zu entwickeln. In diesem Zusammenhang konnte eine einfache Interpretation der scheinbaren Relaxationszeit gefunden werden. Ebenso konnte erkl{\"a}rt werden, warum die f{\"u}r ungetriggerte IRLL-Sequenzen abgeleitete Korrekturgleichung auch im getriggerten Fall erstaunlich gute Ergebnisse liefert. Weiterhin konnten Fehlerquellen f{\"u}r die verbleibenden Abweichungen identifiziert werden, welche als Ausgangspunkt f{\"u}r die Ableitung verbesserter Korrekturgleichungen genutzt werden k{\"o}nnen.}, subject = {Kernspintomographie}, language = {de} } @phdthesis{Pfister2019, author = {Pfister, Julian}, title = {Beschleunigte Magnetresonanz-Relaxographie}, doi = {10.25972/OPUS-18157}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-181578}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2019}, abstract = {Ziel dieser Arbeit ist es, die quantitative MRT in den Fokus zu r{\"u}cken. In den letzten Jahren hat sich auf diesem Forschungsgebiet viel weiterentwickelt und es wurden verschiedenste Sequenzen und Methoden vorgestellt, um insbesondere Relaxationszeitparameter quantitativ in kurzer Zeit zu messen. Steady-State-Sequenzen eignen sich besonders f{\"u}r diese Thematik, da sie kurze Messzeiten ben{\"o}tigen und dar{\"u}ber hinaus ein relativ hohes SNR besitzen. Speziell die IR TrueFISP-Sequenz bietet f{\"u}r die Parameterquantifizierung viel Potential. Urspr{\"u}nglich wurde diese Sequenz an der Universit{\"a}t W{\"u}rzburg zur simultanen Messung von T1- und T2-Relaxationszeiten vorgestellt und hinsichtlich der Zeiteffizienz weiterentwickelt. In dieser Arbeit wurde ein neuartiger iterativer Rekonstruktionsansatz f{\"u}r die IR TrueFISP-Sequenz entwickelt, der auf einer Hauptkomponentenanalyse (PCA) basiert und sich die glatten Signalverl{\"a}ufe zu Nutze macht. Aufgrund der hohen Zeitaufl{\"o}sung dieser Rekonstruktionstechnik werden dabei auch Gewebekomponenten mit kurzen Relaxationszeiten detektierbar. Weiterhin bewahrt der Rekonstruktionsansatz Informationen mehrerer Gewebekomponenten innerhalb eines Voxels und erm{\"o}glicht damit eine relaxographische Untersuchung. Insbesondere beim Menschen f{\"u}hren der Partialvolumeneffekt und die Mikrostruktur des Gewebes zu Signalverl{\"a}ufen, die ein multi-exponentielles Signal liefern. Die MR-Relaxographie, also die Darstellung von Relaxationszeitverteilungen innerhalb eines Voxels, stellt eine M{\"o}glichkeit dar, um die beteiligten Gewebekomponenten aus dem {\"u}berlagerten Signalverlauf zu extrahieren. Insgesamt bilden die optimierte Relaxometrie mit der M{\"o}glichkeit der analytischen Korrektur von Magnetfeldinhomogenit{\"a}ten und die beschleunigte Relaxographie die Hauptteile dieser Dissertation. Die Hauptkapitel werden im Folgenden noch einmal gesondert zusammengefasst. Die simultane Aufnahme der quantitativen T1- und T2-Parameter-Karten kann mit einem Goldenen-Winkel-basiertem radialen IR TrueFISP-Readout in ungef{\"a}hr 7 Sekunden pro Schicht erreicht werden. Die bisherige Rekonstruktionstechnik mit dem KWIC-Filter ist durch dessen breite Filter-Bandbreite und somit in der zeitlichen Aufl{\"o}sung limitiert. Besonders bei hohen r{\"a}umlichen Frequenzen wird eine sehr große Anzahl an Projektionen zusammengefasst um ein Bild zu generieren. Dies sorgt daf{\"u}r, dass Gewebekomponenten mit kurzer T1*-Relaxationszeit (z.B. Fett oder Myelin) nicht akkurat aufgel{\"o}st werden k{\"o}nnen. Um dieses Problem zu umgehen, wurde die T1* shuffling-Rekonstruktion entwickelt, die auf dem T2 Shuffling-Ansatz basiert. Diese Rekonstruktionstechnik macht sich die glatten Signalverl{\"a}ufe der IR TrueFISP-Sequenz zu Nutze und erm{\"o}glicht die Anwendung einer PCA. Die iterative Rekonstruktion sorgt daf{\"u}r, dass mit nur acht kombinierten Projektionen pro generiertem Bild eine merklich verbesserte tempor{\"a}re Aufl{\"o}sung erzielt werden kann. Ein Nachteil ist jedoch das st{\"a}rkere Rauschen in den ersten Bildern der Zeitserie bedingt durch die angewandte PCA. Dieses verst{\"a}rkte Rauschen {\"a}ußert sich in den leicht erh{\"o}hten Standardabweichungen in den berechneten Parameter-Karten. Jedoch ist der Mittelwert n{\"a}her an den Referenzwerten im Vergleich zu den Ergebnissen mit dem KWIC-Filter. Letztendlich kann man sagen, dass die Ergebnisse leicht verrauschter, aber exakter sind. Mittels zus{\"a}tzlichen Regularisierungstechniken oder Vorwissen bez{\"u}glich des Rauschlevels w{\"a}re es zudem noch m{\"o}glich, das SNR der ersten Bilder zu verbessern, um dadurch den beschriebenen Effekt zu verringern. Grunds{\"a}tzlich h{\"a}ngt die Genauigkeit von IR TrueFISP vom T1/T2-Verh{\"a}ltnis des betreffenden Gewebes und dem gew{\"a}hlten Flipwinkel ab. In dieser Arbeit wurde der Flipwinkel besonders f{\"u}r weiße und graue Masse im menschlichen Gehirn optimiert. Mit den verwendeten 35° wurde er außerdem etwas kleiner gew{\"a}hlt, um zudem Magnetisierungstransfereffekte zu minimieren. Mit diesen Einstellungen ist die Pr{\"a}zision vor allem f{\"u}r hohe T1- und niedrige T2-Werte sehr gut, wird jedoch insbesondere f{\"u}r h{\"o}here T2-Werte schlechter. Dies ist aber ein generelles Problem der IR TrueFISP-Sequenz und h{\"a}ngt nicht mit der entwickelten Rekonstruktionsmethode zusammen. Außerdem wurde im f{\"u}nften Kapitel eine Akquisitionstechnik vorgestellt, die eine 3D-Abdeckung der quantitativen Messungen des Gehirns in klinisch akzeptabler Zeit von unter 10 Minuten erzielt. Dies wird durch Einsatz der parallelen Bildgebung erreicht, da eine Kombination aus radialer Abtastung in der Schicht und kartesischer Aufnahme in Schichtrichtung (Stack-of-Stars) vorliegt. Ein großes Problem in der Steady-State-Sequenz (und somit auch bei IR TrueFISP) sind Magnetfeldinhomogenit{\"a}ten, die durch Suszeptibilit{\"a}tsunterschiede verschiedener Gewebe und/oder Inhomogenit{\"a}ten des Hauptmagnetfeldes hervorgerufen werden. Diese f{\"u}hren zu Signalausl{\"o}schungen und damit verbunden zu den beschriebenen Banding-Artefakten. Mithilfe der analytisch ermittelten Korrekturformeln ist es nun m{\"o}glich, die berechneten (T1,T2)-Wertepaare unter Ber{\"u}cksichtigung der tats{\"a}chlich auftretenden Off- Resonanzfrequenz f{\"u}r einen großen Bereich zu korrigieren. An den kritischen Stellen, an denen die Bandings auftreten, liefert jedoch auch diese Korrektur keine brauchbaren Ergebnisse. Grunds{\"a}tzlich ist es f{\"u}r die Genauigkeit der Ergebnisse stets zu empfehlen, die Flipwinkel- und B0-Karte zus{\"a}tzlich mit aufzunehmen, um diese Parameter f{\"u}r die quantitative Auswertung exakt zu kennen. Mit den beschriebenen Methoden aus Kapitel 6 k{\"o}nnte es prinzipiell auch m{\"o}glich sein, die Off-Resonanzfrequenz aus dem Signalverlauf zu ermitteln und auf die zus{\"a}tzliche Messung der B0-Karte zu verzichten. B0-{\"A}nderungen w{\"a}hrend der Messung, die von der Erw{\"a}rmung der passiven Shim-Elemente im MR-System hervorgerufen werden, sind kaum zu korrigieren. Ein stabiler Scanner ohne B0-Drift ist deshalb f{\"u}r quantitative Auswertungen erforderlich. Die erw{\"a}hnte Messzeit von 7 Sekunden pro Schicht garantiert, dass auch Gewebe mit l{\"a}ngeren Relaxationskomponenten ann{\"a}hernd im Steady-State sind, was wiederum f{\"u}r das Umkehren des Signals in den abklingenden Verlauf gegen Null und die anschließende Multikomponentenanalyse (vgl. Kapitel 7) notwendig ist. Mit der inversen Laplace- Transformation ist es innerhalb eines Voxels m{\"o}glich, Signalverl{\"a}ufe auf mehrere Komponenten hin zu untersuchen. Der urspr{\"u}nglich angenommene mono-exponentielle Verlauf wird durch ein multi-exponentielles Verhalten abgel{\"o}st, was vor allem in biologischem Gewebe eher der Wahrheit entspricht. Gewebe mit kurzen Relaxationskomponenten (T1* < 200 ms) sind klinisch relevant und mit T1* shuffling detektierbar. Vor allem Myelin innerhalb des Gehirns ist bei neurologischen Fragestellungen ein Indikator zur Diagnose im Fr{\"u}hstadium (z.B. f{\"u}r neurodegenerative Erkrankungen) und deshalb von besonderem Interesse. Die Integration {\"u}ber verschiedene T1*-Zeitbereiche im T1*-Spektrum erm{\"o}glicht dazu die Erstellung von Gewebekomponenten-Karten, mithilfe derer klinische Auswertungen sinnvoll w{\"a}ren. Die Erstellung dieser Karten ist prinzipiell m{\"o}glich und funktioniert f{\"u}r mittlere und lange Gewebekomponenten recht gut. Die klinisch relevanten kurzen Gewebekomponenten sind dagegen bei der radialen Aufnahme mit nur einem Schuss noch nicht befriedigend. Deshalb wurde die Aufnahmetechnik in eine quasi-zuf{\"a}llige kartesische Akquisition mit mehreren Sch{\"u}ssen weiterentwickelt. Die Ergebnisse wurden in Kapitel 7 vorgestellt und sind vielversprechend. Einzig die Messzeit sollte mit zus{\"a}tzlichen Beschleunigungen noch weiter verk{\"u}rzt und auf eine kartesische 3D-Akquisition erweitert werden. Die Beschr{\"a}nkung auf T1*-Spektren bei der Multikomponentenanalyse und die Tatsache, dass deren Amplitude von einer Kombination von S0 und Sstst abh{\"a}ngen, f{\"u}hren dazu, dass es nicht ohne Weiteres m{\"o}glich ist f{\"u}r einen einzelnen Gewebetyp an die T1- und T2-Information zu gelangen. In Kapitel 8 wurde gezeigt, dass dies mit einer zus{\"a}tzlichen Messung gelingen kann. Das finale Ergebnis dieser Messungen ohne und mit Inversion sind zweidimensionale Spektren, bei der f{\"u}r jede Gewebekomponente innerhalb eines Voxels der T1- und T2-Wert abgelesen werden kann. Wichtig hierbei ist die Tatsache, dass der verwendete Ansatz kein Vorwissen {\"u}ber die Anzahl der zu erwartenden Gewebekomponenten (Peaks) im Voxel voraussetzt. Auch bei dieser Methodik ist die Kenntnis {\"u}ber den tats{\"a}chlichen Flipwinkel von Bedeutung, da dieser in den Formeln zur Berechnung von T1 und T2 verwendet wird. Die Stabilit{\"a}t des B0-Feldes ist hier ebenso von enormer Bedeutung, da {\"A}nderungen zwischen den beiden Messungen zu einem unterschiedlichen Steady-State und somit zu Abweichungen bei den nachfolgenden Berechnungen f{\"u}hren, die auf den selben Steady-State-Wert ausgelegt sind. Zusammenfassend l{\"a}sst sich sagen, dass mit dieser Arbeit die Grundlagen f{\"u}r genauere und robustere quantitative Messungen mittels Steady-State-Sequenzen gelegt wurden. Es wurde gezeigt, dass sich Relaxationszeitspektren f{\"u}r jedes einzelne Voxel generieren lassen. Dadurch ist eine verbesserte Auswertung m{\"o}glich, um genauere Aussagen {\"u}ber die Zusammensetzung einer Probe (vor allem beim menschlichen Gewebe) treffen zu k{\"o}nnen. Zudem wurde die Theorie f{\"u}r ultraschnelle 2D-Relaxographie-Messungen vorgestellt. Erste"Proof of Principle"-Experimente zeigen, dass es m{\"o}glich ist, 2D-Relaxationszeitspektren in sehr kurzer Zeit zu messen und graphisch darzustellen. Diese Aufnahme- und Datenverarbeitungstechnik ist in dieser Form einmalig und in der Literatur kann bis dato keine schnellere Methode gefunden werden.}, subject = {Kernspintomographie}, language = {de} } @phdthesis{Sahiti2022, author = {Sahiti, Floran}, title = {Myocardial Work - Application and Clinical Characterization of a New Echocardiographic Tool}, doi = {10.25972/OPUS-28226}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-282261}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2022}, abstract = {1 Summary Left ventricular (LV) ejection fraction (EF) and global longitudinal strain (GLS) are the most commonly used measures of LV function. Yet, they are highly dependent on loading conditions since higher afterload yields lower systolic deformation and thereby a lower LVEF and GLS - despite presumably unchanged LV myocardial contractile strength. Invasive pressure-volume loop measurements represent the reference standard to assess LV function, also considering loading conditions. However, this procedure cannot be used in serial investigations or large sample populations due to its invasive nature. The novel concept of echocardiography-derived assessment of myocardial work (MyW) is based on LV pressure-strain loops, may be a valuable alternative to overcome these challenges, and may also be used with relative ease in large populations. As MyW also accounts for afterload, it is considered less load-dependent than LVEF and GLS. The current PhD work addresses the application and clinical characterization of MyW, an innovative echocardiographic tool. As the method is new, we focused on four main topics: (a) To establish reference values for MyW indices, i.e., Global Work Index (GWI), Global Constructive Work (GCW), Global Wasted Work (GWW), and Global Work Efficiency (GWE); we addressed a wide age range and evaluated the association of MyW indices with age, sex and other clinical and echocardiography parameters in apparently cardiovascular healthy individuals. (b) To investigate the impact of cardiovascular (CV) risk factors on MyW indices and characterize the severity of subclinical LV deterioration in the general population. (c) To assess the association of the LV geometry, i.e., LV mass and dimensions, with MyW indices. (d) To evaluate in-hospital dynamics of MyW indices in patients hospitalized for acute heart failure (AHF). For the PhD thesis, we could make use of two larger cohorts: The STAAB population-based cohort study prospectively recruited and phenotyped a representative sample (5,000 individuals) of the general population of the City of W{\"u}rzburg, aged 30-79 years and free from symptomatic heart failure at the time of inclusion. We focused on the first half of the study sample (n=2473 individuals), which fulfilled the anticipated strata regarding age and sex. The Acute Heart Failure (AHF) Registry is a prospective clinical registry recruiting and phenotyping consecutive patients admitted for decompensated AHF to the Department of Medicine I, University Hospital W{\"u}rzburg, and observing the natural course of the disease. The AHF Registry focuses on the pathophysiological understanding, particularly in relation to the early phase after cardiac decompensation, with the aim to improve diagnosis and better-tailored treatment of patients with AHF. For the current study, we concentrated on patients who provided pairs of echocardiograms acquired early after index hospital admission and prior to discharge. The main findings of the PhD thesis were: From the STAAB cohort study, we determined the feasibility of large-scale MyW derivation and the accuracy of the method. We established reference values for MyW indices based on 779 analyzable, apparently healthy participants (mean age 49 ± 10 years, 59\% women), who were in sinus rhythm, free from CV risk factors or CV disease, and had no significant LV valve disease. Apart from GWI, there were no associations of other MyW indices with sex. Further, we found a disparate association with age, where MyW showed stable values until the age of 45 years, with an upward shift occurring beyond the age of 45. A higher age decade was associated with higher GWW and lower GWE, respectively. MyW indices only correlated weakly with common echocardiographic parameters, suggesting that MyW may add incremental information to clinically established parameters. Further analyses from the STAAB cohort study contributed to a better understanding of the impact of CV risk factors on MyW indices and the association of LV geometry with LV performance. We demonstrated that CV risk factors impacted selectively on GCW and GWW. Hypertension appears to profoundly compromise the work of the myocardium, in particular, by increasing both GCW and GWW. The LV in hypertension seems to operate at a higher energy level yet lower efficiency. Other classical CV risk factors (Diabetes mellitus, Obesity, Dyslipidemia, Smoking) - independent of blood pressure - impacted consistently and adversely on GCW but did not affect GWW. Further, all CV risk factors affected GWE adversely. We observed that any deviation from a normal LV geometric profile was associated with alterations on MyW. Of note, MyW was sensitive to early changes in LV mass and dimensions. Individuals with normal LV geometry yet established arterial hypertension exhibited a MyW pattern that is typically found in LV hypertrophy. Therefore, such a pattern might serve as an early sign of myocardial damage in hypertensive heart disease and might aid in risk stratification and primary prevention. From the AHF Registry, we selected individuals with serial in-hospital echocardiograms and described in-hospital changes in myocardial performance during recompensation. In patients presenting with a reduced ejection fraction (HFrEF), decreasing N-terminal pro-natriuretic peptide (NT-proBNP) levels as a surrogate of successful recompensation were associated with an improvement in GCW and GWI and consecutively in GWE. In contrast, in patients presenting with a preserved ejection fraction (HFpEF), there was no significant change in GCW and GWI. However, unsuccessful recompensation, i.e., no change or an increase in NT-proBNP levels, was associated with an increase in GWW. This suggests a differential myocardial response to de- and recompensation depending on the HF phenotype. Further, GWW as a surrogate of inappropriate LV energy consumption was elevated in all patients with AHF (compared to reference values) and was not associated with conventional markers as LVEF or NT-proBNP. In an exploratory analysis, GWW predicted the risk of death or rehospitalization within six months after discharge. Hence, GWW might carry incremental information beyond conventional markers of HF severity.}, language = {en} } @phdthesis{Wagner2019, author = {Wagner, Martin}, title = {Chronic Kidney Disease as an Important Co-morbid Condition in Coronary Heart Disease Patients}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-175498}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2019}, abstract = {In patients with coronary heart disease (CHD) the control of the modifiable "traditional" cardiovascular risk factors such as hypertension, dyslipidemia, diabetes, achieving/maintaining normal body weight and smoking cessation is of major importance to improve prognosis. Guideline recommendations for secondary CHD prevention include specific treatment targets for blood pressure, lipid levels, and markers of glucose metabolism for both younger and older patients. Chronic kidney disease (CKD) has been identified as a "non-traditional" risk factor for worse outcome in CHD patients, as it is associated with a markedly increased risk for subsequent CV events and mortality. The specific objectives of the current thesis-project are to investigate (a) the quality of care in a recent sample of German CHD patients and to investigate variation of risk factor control between younger and elder patients (≤70 versus >70 years), (b) to analyze the prevalence of CKD across Europe in stable CHD patients in the outpatient setting and during a hospital stay for CHD, (c) to investigate the level of awareness of CKD in German CHD patients and their treating physicians. Data from the European-wide EUROASPIRE IV study were used that include data on 7998 CHD patients in the ambulatory setting (study visit) and during a hospital stay for CHD (index). The German EUROASPIRE IV study center in W{\"u}rzburg recruited 536 patients in 2012-2013. Risk factor control was compared against the current recommendations of the European Society of Cardiology. CKD was described by stages of glomerular filtration rate (eGFR) and albuminuria. German patients were asked in an additional kidney specific module whether they have ever been told by a physician about renal impairment. The fact that CKD or acute kidney injury (AKI) was mentioned in prominent parts of the hospital discharge letter as well as correct ICD-coding of CKD or AKI served as a proxy for physician's awareness of CKD. The majority of German CHD patients was treated with the recommended drug therapies including e.g. β-blockers, anti-platelets and statins. However, treatment targets for blood pressure and LDL-cholesterol levels were not achieved in many patients (45\% and 53\%, respectively) and glycemic control in diabetic CHD patients with HbA1-levels <7\% was insufficient (61\%). A minority of patients reported on current smoking (10\%), but unhealthy life-styles e.g. overweight/obesity (85\%/37\%) were frequent. Patterns of care differed between younger and older CHD patients while older patients were less likely to receive the recommended medical CHD-therapy, were more likely to have uncontrolled blood pressure and also to be diabetic. However, a greater proportion of diabetic patients >70 years was achieving the HbA1c target, and less elder patients were current smokers or were obese. About 17\% of patients on average had CKD (eGFR< 60 ml/min/1.73m²) in the entire European sample at the study visit, and an additional 10\% had albuminuria despite preserved eGFR, with considerable variation among countries. Impaired kidney function was observed in every fifth patient admitted for CHD in the entire European dataset of the EUROASPIRE IV study. Of the German CHD patients with CKD at the study visit, only a third were aware of their renal impairment. A minority of these patients was being seen by nephrologists, however, with a higher likelihood of CKD awareness and specialist care in more advanced stages of CKD. About a third of patients admitted for CHD showed either CKD or AKI during the hospital stay, but the discharge letter mentioned chronic or acute kidney disease only in every fifth of these patients. In contrast, correct ICD coding of CKD or AKI was more complete, but still suboptimal. In summary, quality of secondary prevention in German CHD patients indicates considerably room for improvement, with life-style modifications may become an even greater factor in prevention campaigns than medical treatment into certain target ranges. Preventive therapies should also consider different needs in older individuals acknowledging physical and mental potential, other comorbidities and drug-interactions with co-medication. CKD is common in CHD patients, not only in the elderly. Since CHD and CKD affect each other and impact on worse prognosis of each other, raising the awareness of CKD among patients and physicians and considering CKD in medical therapy may improve prognosis and slow disease progression of CHD as well as CKD.}, language = {en} } @phdthesis{Lohr2021, author = {Lohr, David}, title = {Functional and Structural Characterization of the Myocardium}, doi = {10.25972/OPUS-23448}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-234486}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2021}, abstract = {Clinical practice in CMR with respect to cardiovascular disease is currently focused on tissue characterization, and cardiac function, in particular. In recent years MRI based diffusion tensor imaging (DTI) has been shown to enable the assessment of microstructure based on the analysis of Brownian motion of water molecules in anisotropic tissue, such as the myocardium. With respect to both functional and structural imaging, 7T MRI may increase SNR, providing access to information beyond the reach of clinically applied field strengths. To date, cardiac 7T MRI is still a research modality that is only starting to develop towards clinical application. In this thesis we primarily aimed to advance methods of ultrahigh field CMR using the latest 7T technology and its application towards the functional and structural characterization of the myocardium. Regarding the assessment of myocardial microstructure at 7T, feasibility of ex vivo DTI of large animal hearts was demonstrated. In such hearts a custom sequence implemented for in vivo DTI was evaluated and fixation induced alterations of derived diffusion metrics and tissue properties were assessed. Results enable comparison of prior and future ex vivo DTI studies and provide information on measurement parameters at 7T. Translating developed methodology to preclinical studies of mouse hearts, ex vivo DTI provided highly sensitive surrogates for microstructural remodeling in response to subendocardial damage. In such cases echocardiography measurements revealed mild diastolic dysfunction and impaired longitudinal deformation, linking disease induced structural and functional alterations. Complementary DTI and echocardiography data also improved our understanding of structure-function interactions in cases of loss of contractile myofiber tracts, replacement fibrosis, and LV systolic failure. Regarding the functional characterization of the myocardium at 7T, sequence protocols were expanded towards a dedicated 7T routine protocol, encompassing accurate cardiac planning and the assessment of cardiac function via cine imaging in humans. This assessment requires segmentation of myocardial contours. For that, artificial intelligence (AI) was developed and trained, enabling rapid automatic generation of cardiac segmentation in clinical data. Using transfer learning, AI models were adapted to cine data acquired using the latest generation 7T system. Methodology for AI based segmentation was translated to cardiac pathology, where automatic segmentation of scar tissue, edema and healthy myocardium was achieved. Developed radiofrequency hardware facilitates translational studies at 7T, providing controlled conditions for future method development towards cardiac 7T MRI in humans. In this thesis the latest 7T technology, cardiac DTI, and AI were used to advance methods of ultrahigh field CMR. In the long run, obtained results contribute to diagnostic methods that may facilitate early detection and risk stratification in cardiovascular disease.}, subject = {Diffusionsgewichtete Magnetresonanztomografie}, language = {en} } @phdthesis{WalterverhRaab2023, author = {Walter [verh. Raab], Bettina Nicoletta}, title = {Systolische und diastolische myokardiale Deformation: Referenzwerte und Einfluss kardiovaskul{\"a}rer Risikofaktoren - Ergebnisse der populationsbasierten STAAB Kohortenstudie}, doi = {10.25972/OPUS-32157}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-321575}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2023}, abstract = {Kontraktion und Relaxation sind die beiden entscheidenden energieverbrauchenden Prozesse der Herzarbeit, die sich unter anderem mit modernen echokardiographischen Techniken, wie dem Strain Imaging, quantifizieren lassen. An 1818 Probanden (52\% weibliche Probanden, mittleres Alter 54 ±12 Jahre) der populationsbasierten W{\"u}rzburger STAAB Kohortenstudie leiteten wir unter Ber{\"u}cksichtigung von Alter und Geschlecht der Probanden Referenzwerte f{\"u}r globale und segmentale systolische und diastolische Deformationsparameter mittels 2D Speckle Echo-Tracking ab. Wir fanden, dass sich die myokardiale Suszeptibilit{\"a}t f{\"u}r klassische kardiovaskul{\"a}re Risikofaktoren bei M{\"a}nnern und Frauen unterscheidet. Insgesamt war die Auswertbarkeit gut (67\% des globalen Strain, 82\% der systolischen und fr{\"u}hdiastolischen Strain Rate und 83\% der diastolischen Strain Rate). Arterieller Hypertonus und Dyslipid{\"a}mie wirkten sich insbesondere auf das weibliche Myokard ung{\"u}nstig aus, wohingegen der Risikofaktor Adipositas bei beiden Geschlechtern negativ mit systolischer und fr{\"u}hdiastolischer Deformation assoziiert war. Weder Diabetes mellitus noch Rauchen schienen die myokardiale Deformation zu beeinflussen. Die fr{\"u}hdiastolische Relaxation wurde durch Hypertonus negativ bei Frauen beeinflusst, obwohl die Pr{\"a}valenz in der m{\"a}nnlichen Gruppe h{\"o}her war. Die systolische Strain Rate war zudem signifikant von arteriellem Hypertonus, Dyslipid{\"a}mie und Adipositas bei Frauen beeinflusst. Diese Ergebnisse implizieren eine geschlechtsabh{\"a}ngige Sensitivit{\"a}t des Myokards auf individuelle Risikofaktoren. Die Vulnerabilit{\"a}t des weiblichen Myokards auf hypertone Blutdruckwerte mit konsekutiver Alteration der aktiven fr{\"u}hdiastolischen Relaxation stellt somit eine m{\"o}gliche Erkl{\"a}rung f{\"u}r den gr{\"o}ßeren Anteil an Frauen mit HFpEF (heart failure with preserved ejection fraction) in der Allgemeinbev{\"o}lkerung dar. Ein negativer Einfluss durch Nikotinkonsum war in unserem Ansatz hingegen nicht nachweisbar, in dem nicht das Ausmaß des Nikotinkonsums, sondern nur die Assoziation der bin{\"a}ren Variable „Raucherstatus" mit Strain-Parameternuntersucht wurde. Dahingehend ist eine dosisabh{\"a}ngige myokardiale Sch{\"a}digung nicht auszuschließen. In der vorliegenden Studie wurde erstmalig der individuelle Effekt jedes Hauptrisikofaktors auf systolische und diastolische Strain-Parameter in einer populationsbasierten und nach Geschlecht und Alter stratifizierten Kohorte untersucht. Auf Basis der Studienergebnisse ist jetzt eine objektive Absch{\"a}tzung von Effektgr{\"o}ßen und der Power f{\"u}r k{\"u}nftige Studienplanung m{\"o}glich und es lassen sich Studien zur Einordnung der myokardialen Deformation in bestimmten Patientengruppen objektivierbar vergleichen. Unsere Ergebnisse unterstreichen zudem die Notwendigkeit von Studien bez{\"u}glich Prim{\"a}rpr{\"a}vention asymptomatischer kardiovaskul{\"a}rer Risikopatienten mittels nichtinvasiver Methoden. Eine wichtige Rolle kommt dabei auch der Standardisierung von Softwaresystemen zu, die die Anwendung im klinischen Alltag und die globale Anwendung von Referenzwerten bzw. deren pathologischer Abweichung vereinfachen wird.}, subject = {Transthorakale Echokardiographie}, language = {de} } @phdthesis{Kaes2023, author = {K{\"a}s, Johannes}, title = {Pr{\"a}valenz von chronischer Niereninsuffizienz und Awareness von chronischer Niereninsuffizienz bei Patienten mit koronarer Herzerkrankung - zeitliche Trends in W{\"u}rzburg}, doi = {10.25972/OPUS-32340}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-323407}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2023}, abstract = {Die chronische Niereninsuffizienz (CKD) gilt als wichtiger prognostischer Faktor bei Patienten mit koronarer Herzerkrankung (KHK). Das Bewusstsein (Awareness) f{\"u}r das Vorliegen einer CKD bei {\"A}rzten wie bei Patienten kann bei der Therapie von KHK-Patienten eine entscheidende Rolle spielen. Ziel dieser Arbeit war die Beschreibung der zeitlichen Trends der CKD-Pr{\"a}valenz sowie der Awareness bei KHK-Patienten und {\"A}rzten im Rahmen der EUROASPIRE (EA) V Studie im Studienzentrum W{\"u}rzburg. EA V ist eine multizentrische Querschnittsstudie der European Society of Cardiology (ESC) zur Untersuchung der Qualit{\"a}t der Sekund{\"a}rpr{\"a}vention bei KHK-Patienten, die 6-24 Monate vor dem Studienbesuch station{\"a}r behandelt wurden. Nierenfunktion und Nierenerkrankung wurden mit der glomerul{\"a}ren Filtrationsrate (eGFR) und der Urin Albumin-Kreatinin-Ratio abgesch{\"a}tzt und klassifiziert. Die CKD Awareness der Patienten wurde anhand standardisierter Fragen erhoben. Die CKD Awareness der {\"A}rzte wurde {\"u}ber die ICD-10 Codierung in der Patientenakte sowie die Dokumentation im Entlassungsbrief erfasst. Die Ergebnisse wurden mit der W{\"u}rzburger EUROASPIRE IV (2012/13) Substudie verglichen. In EA V wurden 219 KHK-Patienten (Median 70 Jahre, 81\% M{\"a}nner) in W{\"u}rzburg eingeschlossen. Bei Studienbesuch betrug die Pr{\"a}valenz der CKD 32\%, davon waren sich 30\% der Patienten der CKD bewusst. Bei 26\% der 73 Patienten mit w{\"a}hrend des Index-Krankenhausaufenthaltes apparenter Nierenfunktionseinschr{\"a}nkung wurde diese auch im Entlassungsbrief dokumentiert und bei 80\% korrekt in der Patientenakte codiert. Im Vergleich zu EA IV zeigte sich die eingeschr{\"a}nkte Nierenfunktion w{\"a}hrend des Krankenhausaufenthaltes (p=0,013) und w{\"a}hrend des Studienbesuchs (p=0,056) h{\"a}ufiger. Bez{\"u}glich der CKD Awareness bei {\"A}rzten und Patienten gab es keine signifikanten Unterschiede bezogen auf die gesamten Kohorten. Im Fr{\"u}hstadium G3a zeigte sich eine statistisch signifikant geringere CKD Awareness der Patienten in EA V verglichen mit EA IV. Die CKD ist eine h{\"a}ufige Komorbidit{\"a}t bei KHK-Patienten. Die CKD Awareness ist bei Patienten, aber auch {\"A}rzten niedrig. Aus dieser Konstellation ergeben sich Handlungsauftr{\"a}ge f{\"u}r eine gezielte Aufkl{\"a}rung von Patienten und nachhaltig wirksame Fortbildung der behandelnden {\"A}rzte.}, subject = {Chronische Niereninsuffizienz}, language = {de} } @phdthesis{Lankl2024, author = {Lankl, Sebastian}, title = {Untersuchung des Einflusses von Myokardinfarkten auf die Wandbewegungsgeschwindigkeit der linken midventrikul{\"a}ren Segmente mittels Phasenkontrast-MRT}, doi = {10.25972/OPUS-34682}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-346826}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2024}, abstract = {Die Letalit{\"a}t des Myokardinfarktes ist in Deutschland r{\"u}ckl{\"a}ufig, die Bedeutung von Folgeerkrankungen des Myokardinfarktes nimmt daher zu. Durch pathologische Umbauprozesse (Remodeling) nach Myokardinfarkten kann die Mechanik des linken Ventrikels beeintr{\"a}chtigt werden, sodass eine isch{\"a}mische Kardiomyopathie entsteht. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss von Myokardinfarkten auf die Wandbewegungsgeschwindigkeit des linken Ventrikels mittels Tissue Phase Mapping untersucht. Tissue Phase Mapping ist eine MRT-basierte Untersuchungstechnik, welche die Wandbewegung des linken Ventrikels als Gewebegeschwindigkeit mit hoher zeitlicher und r{\"a}umlicher Aufl{\"o}sung in drei Dimensionen quantifiziert. Bisher durchgef{\"u}hrte Tissue Phase Mapping-Studien bei Infarktpatienten werden in ihrer Aussagekraft durch eine veraltete Sequenztechnik und ein heterogenes Patientenkollektiv limitiert. In dieser Arbeit wurden daher selektiv Patienten mit stattgehabtem Vorderwandinfarkt mit einem bisher unver{\"o}ffentlichten aktuellen Tissue Phase Mapping-Protokoll untersucht und mit einer Kontrollgruppe verglichen. Hierbei wurden statistisch signifikante pathologische Ver{\"a}nderungen der lokalen myokardialen Rotation und der diastolischen Expansion in radialer Richtung in postisch{\"a}misch vernarbten Segmenten identifiziert. Aus anderen MRT-basierten Messmethoden (unter anderem Strain-Encoded Magnetic Resonance und Displacement Encoding With Stimulated Echos) ist bereits bekannt, dass die Rotationsbewegung in postisch{\"a}misch vernarbten Segmenten pathologisch ver{\"a}ndert ist. In dieser Arbeit wurde jedoch erstmals eine Reduktion und zum Teil eine Umkehr der lokalen myokardialen Rotation in vernarbten Segmenten mittels Tissue Phase Mapping nachgewiesen. Limitationen dieser Arbeit sind insbesondere die hohe Messzeit und die Anf{\"a}lligkeit der Untersuchungstechnik f{\"u}r Bewegungsartefakte. Zudem konnten in anderen Studien Ver{\"a}nderungen der linksventrikul{\"a}ren Mechanik in vernarbten Segmenten mittels Strain-Parametern mit h{\"o}herer Sensitivit{\"a}t erfasst werden. Nichtsdestotrotz k{\"o}nnten Weiterentwicklungen des Tissue Phase Mappings in Zukunft dazu beitragen, die linksventrikul{\"a}re Mechanik im Rahmen des Remodelings besser zu verstehen und die isch{\"a}mische Kardiomyopathie fr{\"u}her zu diagnostizieren.}, subject = {Kernspintomografie}, language = {de} } @phdthesis{Cellini2024, author = {Cellini, Antonella}, title = {Die Rolle der Na\(^+\)/K\(^+\)-ATPase in der Herzinsuffizienz}, doi = {10.25972/OPUS-29789}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-297894}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2024}, abstract = {Die Na+ /K+ -ATPase (NKA) ist maßgeblich an der Regulation der kardialen Na+ -Hom{\"o}ostase beteilligt. Im Myokard werden haupts{\"a}chlich zwei Isoformen exprimiert: die α1 (NKA-α1) und die α2-Isoform (NKA-α2). Diese beiden Isoformen unterscheiden sich sowohl in ihrer Lokalisation als auch in ihrer zellul{\"a}ren Funktion. So ist die NKA-α1 recht homogen entlang des Sarkolemms zu finden und ist verantwortlich f{\"u}r die Regulation der globalen intrazellul{\"a}ren Na+ -Konzentration ([Na+ ]i). Die NKA-α2 hingegen konzentriert sich haupts{\"a}chlich in den T-Tubuli und beeinflusst {\"u}ber Ver{\"a}nderung der lokalen [Na+ ]i die Ca2+ -Transienten und die Kontraktilit{\"a}t. Im Rahmen einer Herzinsuffizienz wurde eine verminderte Expression und Aktivit{\"a}t der NKA beobachtet. Gleichzeitig werden Inhibitoren der NKA, sogenannte Digitalisglykoside, in fortgeschrittenen Herzinsuffizienz-Stadien eingesetzt. Die Studienlage {\"u}ber den Einsatz dieser Therapeutika ist recht uneinheitlich und reicht von einer verringerten Hospitalisierung bis hin zu einer erh{\"o}hten Mortalit{\"a}t. Ziel dieser Arbeit war es die Folgen einer NKA-α2 Aktivierung w{\"a}hrend einer Herzinsuffizienz mit Hilfe eines murinen {\"U}berexpressionsmodells zu analysieren. 11-Wochen alte M{\"a}use mit einer kardialen NKA-α2 {\"U}berexpression (NKA-α2) und Wildtyp (WT) Versuchstiere wurden einem 8-w{\"o}chigen Myokardinfarkt (MI) unterzogen. NKA-α2 Versuchstiere waren vor einem pathologischem Remodeling und einer kardialen Dysfunktion gesch{\"u}tzt. NKA-α2 Kardiomyozyten zeigten eine erh{\"o}hte Na+ /Ca2+ -Austauscher (NCX) Aktivit{\"a}t, die zu niedrigeren diastolischen und systolischen Ca2+ -Spiegeln f{\"u}hrte und einer Ca2+ -Desensitisierung der Myofibrillen entgegenwirkte. WT Versuchstiere zeigten nach chronischem MI eine sarkoplasmatische Ca2+ -Akkumulation, die in NKA-α2 Kardiomyozyten ausblieb. Gleichzeitig konnte in der NKA-α2 MI Kohorte im Vergleich zu den WT MI Versuchstieren eine erh{\"o}hte Expression von β1-adrenergen Rezeptoren (β1AR) beobachtet werden, die eine verbesserte Ansprechbarkeit gegen{\"u}ber β-adrenergen Stimuli bewirkte. Zudem konnte in unbehandelten Versuchstieren eine Interaktion zwischen NKA-α2 und dem β1AR nachgewiesen werden, welche in der WT Kohorte gr{\"o}ßer ausfiel als in der NKA-α2 Versuchsgruppe. Gleichzeitig zeigten unbehandelte NKA-α2 Kardiomyozyten eine erh{\"o}hte Sensitivit{\"a}t gegen{\"u}ber β-adrenerger Stimulation auf, welche nicht mit einer erh{\"o}hten Arrhythmie-Neigung oder vermehrten Bildung reaktiver Sauerstoffspezies einherging. Diese Untersuchungen zeigen, dass eine NKA-α2 {\"U}berexpression vor pathologischem Remodeling und einer kardialen Funktionbeeintr{\"a}chtigung sch{\"u}tzt, indem eine systolische, diastolische und sarkoplasmatische Ca2+ -Akkumulation verhindert wird. Gleichzeitig wird die β1AR Expression stabilisert, wodurch es zu einer verminderten neurohumoralen Aktivierung und einer Durchbrechung des Circulus vitiosus kommen k{\"o}nnte. Insgesamt scheint eine Aktivierung der NKA-α2 durchaus ein vielversprechendes Target in der Herzinsuffizienz Therapie darzustellen. Therapie darzustellen.}, subject = {Herzinsuffizienz}, language = {de} } @phdthesis{Hock2024, author = {Hock, Michael}, title = {Methods for Homogenization of Spatio-Temporal B\(_0\) Magnetic Field Variations in Cardiac MRI at Ultra-High Field Strength}, doi = {10.25972/OPUS-34821}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-348213}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2024}, abstract = {Cardiovascular disease is one of the leading causes of death worldwide and, so far, echocardiography, nuclear cardiology, and catheterization are the gold standard techniques used for its detection. Cardiac magnetic resonance (CMR) can replace the invasive imaging modalities and provide a "one-stop shop" characterization of the cardiovascular system by measuring myocardial tissue structure, function and perfusion of the heart, as well as anatomy of and flow in the coronary arteries. In contrast to standard clinical magnetic resonance imaging (MRI) scanners, which are often operated at a field strength of 1.5 or 3 Tesla (T), a higher resolution and subsequent cardiac parameter quantification could potentially be achieved at ultra-high field, i.e., 7 T and above. Unique insights into the pathophysiology of the heart are expected from ultra-high field MRI, which offers enhanced image quality in combination with novel contrast mechanisms, but suffers from spatio-temporal B0 magnetic field variations. Due to the resulting spatial misregistration and intra-voxel dephasing, these B0-field inhomogeneities generate a variety of undesired image artifacts, e.g., artificial image deformation. The resulting macroscopic field gradients lead to signal loss, because the effective transverse relaxation time T2* is shortened. This affects the accuracy of T2* measurements, which are essential for myocardial tissue characterization. When steady state free precession-based pulse sequences are employed for image acquisition, certain off-resonance frequencies cause signal voids. These banding artifacts complicate the proper marking of the myocardium and, subsequently, systematic errors in cardiac function measurements are inevitable. Clinical MR scanners are equipped with basic shim systems to correct for occurring B0-field inhomogeneities and resulting image artifacts, however, these are not sufficient for the advanced measurement techniques employed for ultra-high field MRI of the heart. Therefore, this work focused on the development of advanced B0 shimming strategies for CMR imaging applications to correct the spatio-temporal B0 field variations present in the human heart at 7 T. A novel cardiac phase-specific shimming (CPSS) technique was set up, which featured a triggered B0 map acquisition, anatomy-matched selection of the shim-region-of-interest (SROI), and calibration-based B0 field modeling. The influence of technical limitations on the overall spherical harmonics (SH) shim was analyzed. Moreover, benefits as well as pitfalls of dynamic shimming were debated in this study. An advanced B0 shimming strategy was set up and applied in vivo, which was the first implementation of a heart-specific shimming approach in human UHF MRI at the time. The spatial B0-field patterns which were measured in the heart throughout this study contained localized spots of strong inhomogeneities. They fluctuated over the cardiac cycle in both size and strength, and were ideally addressed using anatomy-matched SROIs. Creating a correcting magnetic field with one shim coil, however, generated eddy currents in the surrounding conducting structures and a resulting additional, unintended magnetic field. Taking these shim-to-shim interactions into account via calibration, it was demonstrated for the first time that the non-standard 3rd-order SH terms enhanced B0-field homogeneity in the human heart. However, they were attended by challenges for the shim system hardware employed in the presented work, which was indicated by the currents required to generate the optimal 3rd-order SH terms exceeding the dynamic range of the corresponding shim coils. To facilitate dynamic shimming updated over the cardiac cycle for cine imaging, the benefit of adjusting the oscillating CPSS currents was found to be vital. The first in vivo application of the novel advanced B0 shimming strategy mostly matched the simulations. The presented technical developments are a basic requirement to quantitative and functional CMR imaging of the human heart at 7 T. They pave the way for numerous clinical studies about cardiac diseases, and continuative research on dedicated cardiac B0 shimming, e.g., adapted passive shimming and multi-coil technologies.}, subject = {Kernspintomografie}, language = {en} } @phdthesis{Andelovic2024, author = {Andelovic, Kristina}, title = {Characterization of arterial hemodynamics using mouse models of atherosclerosis and tissue-engineered artery models}, doi = {10.25972/OPUS-30360}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-303601}, school = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg}, year = {2024}, abstract = {Within this thesis, three main approaches for the assessment and investigation of altered hemodynamics like wall shear stress, oscillatory shear index and the arterial pulse wave velocity in atherosclerosis development and progression were conducted: 1. The establishment of a fast method for the simultaneous assessment of 3D WSS and PWV in the complete murine aortic arch via high-resolution 4D-flow MRI 2. The utilization of serial in vivo measurements in atherosclerotic mouse models using high-resolution 4D-flow MRI, which were divided into studies describing altered hemodynamics in late and early atherosclerosis 3. The development of tissue-engineered artery models for the controllable application and variation of hemodynamic and biologic parameters, divided in native artery models and biofabricated artery models, aiming for the investigation of the relationship between atherogenesis and hemodynamics Chapter 2 describes the establishment of a method for the simultaneous measurement of 3D WSS and PWV in the murine aortic arch at, using ultra high-field MRI at 17.6T [16], based on the previously published method for fast, self-navigated wall shear stress measurements in the murine aortic arch using radial 4D-phase contrast MRI at 17.6 T [4]. This work is based on the collective work of Dr. Patrick Winter, who developed the method and the author of this thesis, Kristina Andelovic, who performed the experiments and statistical analyses. As the method described in this chapter is basis for the following in vivo studies and undividable into the sub-parts of the contributors without losing important information, this chapter was not split into the single parts to provide fundamental information about the measurement and analysis methods and therefore better understandability for the following studies. The main challenge in this chapter was to overcome the issue of the need for a high spatial resolution to determine the velocity gradients at the vascular wall for the WSS quantification and a high temporal resolution for the assessment of the PWV without prolonging the acquisition time due to the need for two separate measurements. Moreover, for a full coverage of the hemodynamics in the murine aortic arch, a 3D measurement is needed, which was achieved by utilization of retrospective navigation and radial trajectories, enabling a highly flexible reconstruction framework to either reconstruct images at lower spatial resolution and higher frame rates for the acquisition of the PWV or higher spatial resolution and lower frame rates for the acquisition of the 3D WSS in a reasonable measurement time of only 35 minutes. This enabled the in vivo assessment of all relevant hemodynamic parameters related to atherosclerosis development and progression in one experimental session. This method was validated in healthy wild type and atherosclerotic Apoe-/- mice, indicating no differences in robustness between pathological and healthy mice. The heterogeneous distribution of plaque development and arterial stiffening in atherosclerosis [10, 12], however, points out the importance of local PWV measurements. Therefore, future studies should focus on the 3D acquisition of the local PWV in the murine aortic arch based on the presented method, in order to enable spatially resolved correlations of local arterial stiffness with other hemodynamic parameters and plaque composition. In Chapter 3, the previously established methods were used for the investigation of changing aortic hemodynamics during ageing and atherosclerosis in healthy wild type and atherosclerotic Apoe-/- mice using the previously established methods [4, 16] based on high-resolution 4D-flow MRI. In this work, serial measurements of healthy and atherosclerotic mice were conducted to track all changes in hemodynamics in the complete aortic arch over time. Moreover, spatially resolved 2D projection maps of WSS and OSI of the complete aortic arch were generated. This important feature allowed for the pixel-wise statistical analysis of inter- and intragroup hemodynamic changes over time and most importantly - at a glance. The study revealed converse differences of local hemodynamic profiles in healthy WT and atherosclerotic Apoe-/- mice, with decreasing longWSS and increasing OSI, while showing constant PWV in healthy mice and increasing longWSS and decreasing OSI, while showing increased PWV in diseased mice. Moreover, spatially resolved correlations between WSS, PWV, plaque and vessel wall characteristics were enabled, giving detailed insights into coherences between hemodynamics and plaque composition. Here, the circWSS was identified as a potential marker of plaque size and composition in advanced atherosclerosis. Moreover, correlations with PWV values identified the maximum radStrain could serve as a potential marker for vascular elasticity. This study demonstrated the feasibility and utility of high-resolution 4D flow MRI to spatially resolve, visualize and analyze statistical differences in all relevant hemodynamic parameters over time and between healthy and diseased mice, which could significantly improve our understanding of plaque progression towards vulnerability. In future studies the relation of vascular elasticity and radial strain should be further investigated and validated with local PWV measurements and CFD. Moreover, the 2D histological datasets were not reflecting the 3D properties and regional characteristics of the atherosclerotic plaques. Therefore, future studies will include 3D plaque volume and composition analysis like morphological measurements with MRI or light-sheet microscopy to further improve the analysis of the relationship between hemodynamics and atherosclerosis. Chapter 4 aimed at the description and investigation of hemodynamics in early stages of atherosclerosis. Moreover, this study included measurements of hemodynamics at baseline levels in healthy WT and atherosclerotic mouse models. Due to the lack of hemodynamic-related studies in Ldlr-/- mice, which are the most used mouse models in atherosclerosis research together with the Apoe-/- mouse model, this model was included in this study to describe changing hemodynamics in the aortic arch at baseline levels and during early atherosclerosis development and progression for the first time. In this study, distinct differences in aortic geometries of these mouse models at baseline levels were described for the first time, which result in significantly different flow- and WSS profiles in the Ldlr-/- mouse model. Further basal characterization of different parameters revealed only characteristic differences in lipid profiles, proving that the geometry is highly influencing the local WSS in these models. Most interestingly, calculation of the atherogenic index of plasma revealed a significantly higher risk in Ldlr-/- mice with ongoing atherosclerosis development, but significantly greater plaque areas in the aortic arch of Apoe-/- mice. Due to the given basal WSS and OSI profile in these two mouse models - two parameters highly influencing plaque development and progression - there is evidence that the regional plaque development differs between these mouse models during very early atherogenesis. Therefore, future studies should focus on the spatiotemporal evaluation of plaque development and composition in the three defined aortic regions using morphological measurements with MRI or 3D histological analyses like LSFM. Moreover, this study offers an excellent basis for future studies incorporating CFD simulations, analyzing the different measured parameter combinations (e.g., aortic geometry of the Ldlr-/- mouse with the lipid profile of the Apoe-/- mouse), simulating the resulting plaque development and composition. This could help to understand the complex interplay between altered hemodynamics, serum lipids and atherosclerosis and significantly improve our basic understanding of key factors initiating atherosclerosis development. Chapter 5 describes the establishment of a tissue-engineered artery model, which is based on native, decellularized porcine carotid artery scaffolds, cultured in a MRI-suitable bioreactor-system [23] for the investigation of hemodynamic-related atherosclerosis development in a controllable manner, using the previously established methods for WSS and PWV assessment [4, 16]. This in vitro artery model aimed for the reduction of animal experiments, while simultaneously offering a simplified, but completely controllable physical and biological environment. For this, a very fast and gentle decellularization protocol was established in a first step, which resulted in porcine carotid artery scaffolds showing complete acellularity while maintaining the extracellular matrix composition, overall ultrastructure and mechanical strength of native arteries. Moreover, a good cellular adhesion and proliferation was achieved, which was evaluated with isolated human blood outgrowth endothelial cells. Most importantly, an MRI-suitable artery chamber was designed for the simultaneous cultivation and assessment of high-resolution 4D hemodynamics in the described artery models. Using high-resolution 4D-flow MRI, the bioreactor system was proven to be suitable to quantify the volume flow, the two components of the WSS and the radStrain as well as the PWV in artery models, with obtained values being comparable to values found in literature for in vivo measurements. Moreover, the identification of first atherosclerotic processes like intimal thickening is achievable by three-dimensional assessment of the vessel wall morphology in the in vitro models. However, one limitation is the lack of a medial smooth muscle cell layer due to the dense ECM. Here, the utilization of the laser-cutting technology for the generation of holes and / or pits on a microscale, eventually enabling seeding of the media with SMCs showed promising results in a first try and should be further investigated in future studies. Therefore, the proposed artery model possesses all relevant components for the extension to an atherosclerosis model which may pave the way towards a significant improvement of our understanding of the key mechanisms in atherogenesis. Chapter 6 describes the development of an easy-to-prepare, low cost and fully customizable artery model based on biomaterials. Here, thermoresponsive sacrificial scaffolds, processed with the technique of MEW were used for the creation of variable, biomimetic shapes to mimic the geometric properties of the aortic arch, consisting of both, bifurcations and curvatures. After embedding the sacrificial scaffold into a gelatin-hydrogel containing SMCs, it was crosslinked with bacterial transglutaminase before dissolution and flushing of the sacrificial scaffold. The hereby generated channel was subsequently seeded with ECs, resulting in an easy-to-prepare, fast and low-cost artery model. In contrast to the native artery model, this model is therefore more variable in size and shape and offers the possibility to include smooth muscle cells from the beginning. Moreover, a custom-built and highly adaptable perfusion chamber was designed specifically for the scaffold structure, which enabled a one-step creation and simultaneously offering the possibility for dynamic cultivation of the artery models, making it an excellent basis for the development of in vitro disease test systems for e.g., flow-related atherosclerosis research. Due to time constraints, the extension to an atherosclerosis model could not be achieved within the scope of this thesis. Therefore, future studies will focus on the development and validation of an in vitro atherosclerosis model based on the proposed bi- and three-layered artery models. In conclusion, this thesis paved the way for a fast acquisition and detailed analyses of changing hemodynamics during atherosclerosis development and progression, including spatially resolved analyses of all relevant hemodynamic parameters over time and in between different groups. Moreover, to reduce animal experiments, while gaining control over various parameters influencing atherosclerosis development, promising artery models were established, which have the potential to serve as a new platform for basic atherosclerosis research.}, subject = {H{\"a}modynamik}, language = {en} }