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Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) stellt bei modernen Bildgebungstechniken in der Magnetresonanz-Tomographie heutzutage oftmals die entscheidende Limitation dar. Eine Verbesserung durch Modifikation der Hardware ist kostspielig und führt meistens zu einer Verstärkung anderer Probleme, wie zum Beispiel erhöhte Energiedeposition ins Gewebe. Im Gegensatz dazu ist Dichtegewichtung eine Methode, die eine SNR-Erhöhung durch Modifikation der Aufnahmetechnik ermöglicht. In der MR-Bildgebung erfolgt oftmals eine retrospektive Filterung des aufgenommenen Signalverlaufs, beispielsweise zur Artefaktreduktion. Damit einhergehend findet eine Veränderung der Modulationstransferfunktion (MTF) bzw. ihrer Fouriertransformierten, der räumlichen Antwortfunktion (SRF), statt. Optimales SNR wird nach dem Matched Filter-Theorem erzielt, wenn die nachträgliche Filterung dem aufgenommenen Signalverlauf proportional ist. Dies steht dem Ziel der Artefaktreduktion entgegen. Bei Dichtegewichtung steht durch nicht-kartesische Abtastung des k-Raums mit der k-Raum-Dichte ein zusätzlicher Freiheitsgrad zur Verfügung. Dieser ermöglicht es, im Falle eines konstanten Signalverlaufs eine gewünschte MTF ohne Filterung zu erreichen. Bei veränderlichem Signalverlauf kann ein SNR Matched Filter angewendet werden, dessen negative Einflüsse auf die MTF durch Dichtegewichtung kompensiert werden. Somit ermöglicht Dichtegewichtung eine vorgegebene MTF und gleichzeitig ein optimales SNR. In der vorliegenden Arbeit wurde Dichtegewichtung erstmals bei den schnellen Multi-Echo-Sequenzen Turbo-Spin-Echo und Echoplanar-Bildgebung (EPI) angewendet. Im Gegensatz zu bisherigen Implementierungen muss hier der Signalabfall durch T2- bzw. T2*-Relaxation berücksichtigt werden. Dies führt dazu, dass eine prospektiv berechnete dichtegewichtete Verteilung nur bei einer Relaxationszeit optimal ist. Bei Geweben mit abweichenden Relaxationszeiten können sich wie auch bei den kartesischen Varianten dieser Sequenzen Änderungen an SRF und SNR ergeben. Bei dichtegewichteter Turbo-Spin-Echo-Bildgebung des Gehirns konnte mit den gewählten Sequenzparametern ein SNR-Vorteil von 43 % gegenüber der kartesischen Variante erzielt werden. Die Akquisition wurde dabei auf die T2-Relaxationszeit von weißer Substanz optimiert. Da die meisten Gewebe im Gehirn eine ähnliche Relaxationszeit aufweisen, blieb der visuelle Gesamteindruck identisch zur kartesischen Bildgebung. Der SNR-Gewinn konnte in der dichtegewichteten Implementierung zur Messzeithalbierung genutzt werden. Dichtegewichtete EPI weist eine hohe Anfälligkeit für geometrische Verzerrungen, welche durch Inhomogenitäten des Hauptmagnetfeldes verursacht werden, auf. Die Verzerrungen konnten erfolgreich mit einer Conjugate Phase-Methode korrigiert werden. Dazu muss die räumliche Verteilung der Feldinhomogenitäten bekannt sein. Dazu ist zusätzlich zur eigentlichen EPI-Aufnahme die zeitaufwendige Aufnahme einer sogenannten Fieldmap erforderlich. Im Rahmen dieser Arbeit konnte eine Methode entwickelt werden, welche die zur Erlangung einer Fieldmap notwendige Aufnahmedauer auf wenige Sekunden reduziert. Bei dieser Art der Fieldmap-Aufnahme müssen jedoch durch Atmung hervorgerufene Effekte auf die Bildphase berücksichtigt werden. Die Fieldmap-Genauigkeit kann durch Aufnahme unter Atempause, Mittelung oder retrospektiver Phasenkorrektur erhöht werden. Für die gewählten EPI-Sequenzparameter wurde mit Dichtegewichtung gegenüber der kartesischen Variante ein SNR-Gewinn von 14 % erzielt. Anhand einer funktionellen MRT (fMRI)-Fingertapping-Studie konnte demonstriert werden, dass die SNR-Steigerung auch zu einer signifikant erhöhten Aktivierungsdetektion in Teilen der Hirnareale führt, die bei der Fingerbewegung involviert sind. Die Verwendung von zusätzlicher EPI-Phasenkorrektur und iterativer Optimierung der dichtegewichteten k-Raum-Abtastung führt zu weiteren Verbesserungen der dichtegewichteten Bildgebung mit Multi-Echo-Sequenzen.
Die vorliegende retrospektive Arbeit zeigt die Einsatzmöglichkeiten der funktionellen Magnetresonanzurographie bei Kindern auf. Mit Hilfe der verwendeten Software lassen sich die funktionellen Aspekte der Untersuchung wenig zeitintensiv bearbeiten und die Ergebnisse anschaulich und verständlich darstellen. Die Beurteilung der funktionellen Ergebnisse erlaubt aus der Zusammenschau von errechneten definierten metrischen Daten der Untersuchung und der Kurvenanalyse eine Aussage zur seitengetrennten Nierenfunktion. Diese korreliert gut mit dem klinischen Ergebnis und der MAG 3 Szintigraphie als Standardverfahren. Als Funktionsparameter zur Unterscheidung zwischen normal funktionierender und dekompensierter obstruierter Nierenuretereinheit dient in erster Linie die renale Transitzeit des Kontrastmittels RTT. Durch Einführung einer Pseudonativsequenz konnten im Patientenkollektiv Untersuchungen der Auswertung zugeführt werden, die primär nicht auszuwerten waren. Eine Korrelation der errechneten Patlakzahl mit der geschätzten glomulären Filtrationsrate ließ sich in unserem Kollektiv nicht nachweisen. Insgesamt ist das Verfahren im klinischen Alltag weiter zu evaluieren, Prospektive Studien sollten eine eventuelle Überlegenheit dieser strahlenfreien Methode gegenüber der Szintigraphie als zentrale Fragestellung überprüfen.
Eisenpartikelverstärkte Magnetresonanztomographie bei der Experimentellen-Autoimmun-Neuritis(EAN)
(2006)
In diesem experimentellen Ansatz ist es gelungen, durch Einsatz von eisenhaltigen Kontrastmittel die MRT-Spezifität bei peripheren autoimmunen Nervenentzündungen deutlich zu erhöhen. Es ist gelungen in vivo den zeitlichen Verlauf der Monozyten/Makropahgeninfiltration bei entzündliche Autoimmunerkrankungen des Peripheren Nervensystems zu demonstrieren.
Vergleich verschiedener Kontrastmittelkonzentrationen für die Computertomographie des Abdomens
(2007)
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Auswirkungen von drei unter-schiedlichen Jodkonzentrationen eines Kontrastmittels sowohl bei gleicher In-jektionsgeschwindigkeit als auch bei gleicher Jodmenge/Zeiteinheit auf den Dichteanstieg in Leber, Pankreas, Milz und Aorta bei der Mehrzeilendetektor-Spiral-CT zu untersuchen. In die prospektive Studie wurden 120 Patienten im Alter von 706 Jahren mit einer bekannten oder vermuteten Leberraumforderung aufgenommen, die sich einer triphasischen Mehrzeilendetektor-Spiral-CT-Untersuchung des Abdomens unterzogen. Als Kontrastmittel wurde das nicht-ionische Iopromid verwendet. Die Patienten wurden in sechs gleich große Gruppen eingeteilt. Die Gruppen waren wie folgt charakterisiert: Gruppe I: 150 ml (KM-Volumen), 240 mg/ml (Jodkonzentration) bei 4 ml/s (Injektionsgeschwindigkeit); Gruppe II: 120 ml, 300 mg/ml bei 4 ml/s; Gruppe III: 100 ml, 370 mg/ml bei 4 ml/s; Gruppe IV: 150 ml, 240 mg/ml bei 5 ml/s; Gruppe V: 120 ml, 300 mg/ml, 60 ml bei 6 ml/s, 60 ml bei 3 ml/s; Gruppe VI: 100 ml, 370 mg/ml bei 3,3 ml/s. Die Gesamtjodmenge war stets konstant und betrug 36 g. Der Dichteanstieg wurde in der Leber (kra-nial, Mitte, kaudal, linker Leberlappen), im Pankreas, in der Milz und in der Aorta (kranial und kaudal) in der nativen, arteriellen, portal-venösen und Paren-chymphase mit Hilfe einer ROI gemessen. Für den statistischen Vergleich der Gruppen wurden der Kruskal-Wallis-Test (Vergleich von mehr als zwei Grup-pen) und der Mann-Whitney-Test (Vergleich von zwei Gruppen) verwendet. Beim Vergleich der Gruppen, die das Kontrastmittel mit gleicher Injektionsge-schwindigkeit erhielten (Gruppe I-III), zeigte sich ein signifikant höheres En-hancement (p=0,02) des Pankreas in der arteriellen Phase bei Gabe des Kon-trastmittels mit einer Konzentration von 370 mg/ml (7420 HE) im Vergleich zur Gabe von Kontrastmitteln mit Konzentrationen von 240 mg/ml (5815 HE) und 300 mg/ml (6212 HE). Sowohl beim Vergleich der Gruppen, die das Kon-trastmittel mit gleicher Jodmenge/Zeiteinheit erhielten (Gruppe II, IV und VI) als auch beim Vergleich aller Gruppen zeigten sich keine signifikanten Grup-penunterschiede hinsichtlich des Dichteanstiegs in den untersuchten Organen. Mit Hilfe der vorliegenden Arbeit konnte auf der einen Seite gezeigt werden, dass bei konstanter Jodgesamtmenge und konstanter Injektionsgeschwindig-keit das Kontrastmittel mit der höheren Jodkonzentration das Enhancement des Pankreas in der arteriellen Phase signifikant verbessert. Auf der anderen Seite konnte gezeigt werden, dass bei konstanter Jodgesamtmenge und konstanter Jodmenge/Zeiteinheit keine signifikanten Unterschiede zwischen den Jodkon-zentrationen hinsichtlich des Enhancements von Oberbauchorganen bestehen.
Das Ziel dieser Arbeit war herauszufinden, ob der iFlow-Algorithmus als zusätzlicher Parameter zu Evaluierung des technischen Erfolgs einer Revaskularisation einer Nierenarterienstenose eingesetzt werden kann. Hierfür haben wir die „mean time to peak“ in Sekunden in den farbcodierten Bildern gemessen, um den Effekt einer Stentimplantation auf den Blutfluss zu eruieren. Im Verlauf haben wir dann getestet, ob unsere Ergebnisse den klinischen Verlauf unserer Patienten wiederspiegeln, um feststellen zu können, ob die syngo iFlow-Software den Erfolg der endovaskulären Therapie voraussagen kann.
Die T1-Relaxationszeiten der gesunden Kontrollgruppe (Reifgeborene) lag durchschnittlich bei 662 ± 55 ms bei Raumluft und 591 ± 48 ms bei reinem Sauerstoff, die relativen Differenzen bei 10,7 ± 2,3 %. Dies deckt sich mit in der Literatur angegebenen Werten. Die relative Differenz gibt Aufschluss über den Sauerstofftransfer im Blut: je mehr Sauerstoff gelöst im Blut vorliegt, desto niedriger wird der T1-Wert und desto höher die absolute Differenz. Bei der Gruppe der Frühgeborenen mit BPD (Bronchopulmonale Dysplasie) zeigte sich eine geringere relative Differenz (Mittelwert = 9,2 +/- 3,1%) im Vergleich zu dem Mittelwert der Frühgeborenen ohne BPD (10,8 +/- 3,0%) sowie der Reifgeborenen (10,7 +/-2,3%), was auf einen geringeren Sauerstofftransfer in der Lunge schließen lässt. Bei statistischer Auswertung der einzelnen Schichten zeigte sich lediglich in der medialen linken Schicht ein signifikanter Unterschied der relativen Differenz der T1-Werte. Die Differenz war in der Gruppe der Frühgeborenen mit BPD signifikant niedriger als in der Gruppe der Frühgeborenen ohne BPD bzw. der Kontrollgruppe. Bei den ausgewerteten T1-Karten konnten keine lokalen Auffälligkeiten festgestellt werden. Auch morphologisch ergaben sich keinerlei Auffälligkeiten. Es scheint ein globales Problem im Sauerstofftransfer vorzuliegen.
Die Ergebnisse legen nahe, dass bei Kindern, die nach Geburt an einer schweren Form der BPD erkrankt sind, bis zumindest ins Schulkindesalter ein persistierend gestörter Sauerstofftransfer im Lungenparenchym gegeben ist. Diese funktionelle Einschränkung betrifft die gesamte Lunge, die höheren Abweichungen der Messergebnisse in einzelnen Lungenabschnitten bei den ehemaligen Frühgeborenen mit BPD legen eine höhere regionale Diversität nahe. Bei Frühgeborenen ohne chronische Lungenerkrankung sind in MRT-Messungen keine Unterschiede zu Reifgeborenen nachzuweisen. Es ist also anzunehmen, dass nicht allein durch die Frühgeburtlichkeit und das geringe Geburtsgewicht eine obstruktive Einschränkung in der Lungenfunktion als Langzeitfolge im Kindesalter weiter fort besteht, sondern der Faktor der BPD zusätzlich zu einem verminderten Gastransfer in der Lunge führt, welcher am ehesten durch eine verminderte Alveolarisierung und Vaskularisation in der Lunge bedingt ist.
Zur Abklärung malignitätsverdächtiger Befunde in der Brust benötigt man eine effektive minimal-invasive Methode. Diese retrospektive Studie evaluiert die Wertigkeit der Vakuumstanzbiopsie mit manueller Führung. Es zeigt sich, dass hier eine unkomplizierte und ausreichende Gewinnung von Gewebe und somit eine zuverlässige Einschätzung von mammographischen Auffälligkeiten möglich ist.
In der vorliegenden Arbeit wurde eine Eignung des Bolus Tracking beim 4-Phasen Spiral CT insbesondere zur Ermittlung einer optimalen Frühphase des hepatobiliären Systems nachgewiesen. Die optimale Frühphase wurde definiert bei 20%-30% Leberenhancement im Vergleich zur portalvenösen Phase. 250 Untersuchungen des Abdomens wurden an einem Spiral CT mit identischem Tischvorschub und Schichtdicke durchgeführt, wobei 200 Patienten mit Bolus Tracking und 50 Patienten mit Standardverfahren untersucht wurden. Die Startverzögerung der Frühphase beim Standardverfahren betrug 25 Sekunden und bei allen 250 Untersuchungen wurde für die portalvenöse Phase ein Delay von 60 Sekunden nach Start der arteriellen Phase gewählt. Zu Beginn der Studie wurden 150 Untersuchungen mit Bolus Tracking untersucht, dabei wurden die Patienten randomisiert auf 6 verschiedene Protokolle mit Schwellenwerten von 50 HE, 75 HE und 100 HE bei Startverzögerungen von 5 und 10 Sekunden aufgeteilt. Es ergab sich ein signifikanter Vorteil für das Protokoll mit einem Schwellenwert von 75 HE und 10 Sekunden Startverzögerung. Weitere 50 Untersuchungen bei einem Schwellenwert von 75 HE und einer Startverzögerung von 10 Sekunden wurden mit 50 Patienten mit Standardverfahren verglichen. Hier zeigte sich kein signifikanter Unterschied Bolus Tracking versus Standardverfahren bei jedoch einem tendenziellen Vorteil des Bolus Tracking.
Ziel der vorliegenden Arbeit war a)die Untersuchung eines Patientenkollektives vor und drei Monate sowie ein Jahr nach Aortenklappenersatz, d.h. von Patienten, bei denen eine globale Linksherzerkrankung vorliegt. Es sollte herausgefunden werden, ob sich aus dem Energiestatus vor der Operation auf deren Erfolg rückschließen läßt und man somit Empfehlungen für den Zeit-punkt des Klappenersatzes aus einer 31P - MRS ableiten kann. Damit sollte erstmals eine quantitative Beurteilung des Metabolismus bei Herzklappenvitien sowie eine Korrelation der so ermittelten Parameter mit dem klinischen Zustand der Patienten vor und nach der Operation versucht werden. Es wurden 21 Patienten mit Aortenklappenvitien untersucht, für 14 davon lagen auch die Werte der ersten Kontrolle nach einem Vierteljahr und für 5 die Werte nach einem Jahr vor. Aortenklappenvitien führen zu einer globalen Herzerkrankung (hier überwiegend linksventrikuläre Hypertro-phie bei Klappenstenose). Dies vereinfacht die spektroskopische Unter-suchung. Es wurde eine quantitative Untersuchung des Energiestoff-wechsels des Herzens dieser Patienten durchgeführt. Dabei ergaben sich Hinweise darauf, daß die Patienten um so mehr von der Operation profi-tieren, je schlechter ihre präoperativen Werte waren. Es konnte jedoch kein Parameter als Kriterium für den besten Operationszeitpunkt etabliert werden. Hierzu ist die Beurteilung der Nachkontrollen sowie generell ei-nes größeren Patientenkollektives abzuwarten. b) Das zweite Patientenkollektiv bildeten Patienten, die einen Herzinfarkt erlitten hatten, d.h. mit einer regionalen Herzschädigung. Sie wurden vor und ein halbes Jahr nach Therapie durch PTCA oder Bypass-Operation untersucht. Ziel war die Beurteilung der Untersuchung auf ihre Zuverlässigkeit bezüglich der Unterscheidung von vitalem und avi-talem Herzmuskel im Infarktbereich. Diese ist wichtig für die Entschei-dung, ob die Patienten von einer Operation profitieren können oder nicht. In dieser Studie wurden 50 Patienten untersucht, absolut eine geringe Anzahl, verglichen mit den Größen der bislang publizierten Studien je-doch eine sehr große Studie. Der Vergleich zwischen infarzierten und nichtinfarzierten Arealen mittels MRS sowie die quantitative Beurteilung metabolischer Schäden bei einem Infarkt wurde hier erstmalig durchge-führt. Dabei zeigte sich eine signifikante Unterscheidung der Absolutwerte von Patienten und Probanden. Ein Kriterium für die Unterscheidung zwi-schem avitalem und hibernating oder stunned myocardium konnte hier noch nicht gefunden werden, offensichtlich reicht hierfür das einfache Verhältnis PCr/g-ATP nicht aus. Eventuell kann eine Kombination von Pa-rametern gefunden werden. Im Vergleich der eigenen Ergebnisse mit de-nen des Goldstandards, d.h. den Dobutamin-Streß-MRI Untersuchungen wies die Spektroskopie eine Sensitivität von 47,1% gegenüber dem Gold-standard auf. Dies liegt unter anderem daran, daß bei der MRI-Untersuchung einzelne Segmente beurteilt werden konnten, während die Beurteilung einer regionalen Herzerkrankung aufgrund der geringen Ort-sauflösung der Spektroskopie noch Schwierigkeiten bereitet. Sollte es in Zukunft möglich sein, SLOOP-Spektren aus einzelnen Herzsegmenten zu erhalten, könnte sich dieser Wert verbessern. c) Die gemessenen 31P-Spektren wurden mit 3 verschiedenen Auswer-tungsprogrammen, LUISE, AMARES und SLOOP untersucht. Die so gewonnenen Ergebnisse sollten verglichen und die Verfahren hinsicht-lich Leistungsfähigkeit/Genauigkeit, Durchführbarkeit und Nutzen ver-glichen werden. Im Vergleich der drei Auswertungsverfahren stellte sich Folgendes her-aus: Kriterium LUISE AMARES SLOOP einfache Handha-bung/Erlernbarkeit ++ +++ + regionale Herzbeurtei-lung ++ ++ + Vergleichbarkeit der Ergebnisse + ++ +++ geringer Zeitaufwand ++ +++ + Abbildung 61: Vergleich der 3 Auswertungsverfahren Das während der Laufzeit dieser Arbeit entwickelte SLOOP-Verfahren brachte den Durchbruch zur Absolutquantifizierung. Damit wird eine Vergleichbarkeit der von zu verschiedenen Zeitpunkten, von verschiedenen Patienten und unter-schiedlichenn Arbeitsgruppen gewonnenen Daten ohne Korrekturfaktoren mög-lich. Die Güte der damit ermittelten Werte zeigt sich unter anderem darin, daß nur mit den SLOOP-Werten signifikante Ergebnisse im Vergleich mit den MRI-Daten erzielt werden konnten. Dies liegt an der Tatsache, daß bei den anderen Verfahren eine zu große Streuung der Werte auftritt. Im Vergleich der drei Auswertungsverfahren liefert aber derzeit AMARES am schnellsten und einfachsten verwertbare Daten.
In der vorliegenden Arbeit sollte untersucht werden, welcher individuelle Röhrenstrom für unterschiedliche anatomische Regionen (Schädel, Hals, Thorax und Abdomen) nötig ist um diagnostisch aussagekräftige CT-Aufnahmen zu erzeugen. In diese prospektive Studie wurden 262 erwachsene Patienten aufgenommen. Ausgehend von seit Jahren bewährten Standardparametern wurde für jede anatomische Region anhand eines Iterationsschemas der minimal notwendige Röhrenstrom durch mehrmalige Wiederholung des Referenzscans ermittelt und mit diesem Wert die Untersuchung durchgeführt. Drei voneinander unabhängige Radiologen beurteilten die Bildqualität vor und nach Röhrenstromanpassung ohne Kenntnis der Expositionsparameter. Für Untersuchungen des Schädels (n=50) ergab sich ein Einsparungspotentials von 13 %, bei Thoraxuntersuchungen (n=67) von 57 % und bei Untersuchungen des Abdomens (n=119) eine maximale Einsparung von 45 % der Standarddosis. Dabei lag die Standarddosis für Schädel- (CTDIW= 41,7 mGy), Thorax- (CTDIW= 9,7 mGy) und Abdomenuntersuchungen (CTDIW = 11,7 mGy) bereits im untersten Quartil der deutschen Expositionspraxis. Für Abdomenuntersuchungen fand sich eine lineare Beziehung zwischen dem erforderlichen Röhrenstrom und dem in der a.p.-Richtung im Oberbauch gemessenen Körperdurchmesser. Der erforderliche Röhrenstrom variierte von 110 bis 325 mA (CTDIW=6,4-17,6 mGy) und die Körperdurchmesser von 16-35 cm. So ergibt sich, daß schlanke Patienten mit einem Durchmesser unter 27 cm bei den üblichen Expositionsparametern unnötig hohen Dosen ausgesetzt werden. Für diese Patienten kann man den notwendigen Röhrenstrom abschätzen, indem man den Körperdurchmesser mit ¾ multipliziert. Durch die individuelle Anpassung des Röhrenstroms an den Körperdurchmesser wird die Strahlenexposition bei Abdomen-CT-Untersuchungen um bis zu 45 % gesenkt ohne Beeinträchtigung der diagnostischen Aussagekraft. Für CT-Untersuchungen des Thorax ist das Einsparungspotential unabhängig vom Körperdurchmesser, im Mittel reicht ein Röhrenstrom von 73 mA (CTDIW= 4,2 mGy) aus. Bei CT-Untersuchungen des Gehirnschädels ergab sich das geringste Einsparpotential mit einer notwendigen Dosis CTDIW = 36,2 mGy bei durchschnittlich 174 mA. Der Studienarm Hals wurde vorzeitig wegen Zunahme von Aufhärtungsartefakten durch den Unterkiefer bzw. die Schulter abgebrochen.