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- Würzburg Fabry Center for Interdisciplinary Therapy (FAZIT), University of Würzburg, Würzburg, Germany (1)
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.
Two sons of a consanguineous marriage developed biventricular cardiomyopathy. One boy died of severe heart failure at the age of 6 years, the other was transplanted because of severe heart failure at the age of 10 years. In addition, focal palmoplantar keratoderma and woolly hair were apparent in both boys. As similar phenotypes have been described in Naxos disease and Carvajal syndrome, respectively, the genes for plakoglobin (JUP) and desmoplakin (DSP) were screened for mutations using direct genomic sequencing. A novel homozygous 2 bp deletion was identified in an alternatively spliced region of DSP. The deletion 5208_5209delAG led to a frameshift downstream of amino acid 1,736 with a premature truncation of the predominant cardiac isoform DSP-1. This novel homozygous truncating mutation in the isoform-1 specific region of the DSP C-terminus caused Carvajal syndrome comprising severe early-onset heart failure with features of non-compaction cardiomyopathy, woolly hair and an acantholytic form of palmoplantar keratoderma in our patient. Congenital hair abnormality and manifestation of the cutaneous phenotype in toddler age can help to identify children at risk for cardiac death.
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.
Background
The effect of smoking on coronary vasomotion has been investigated in the past with various imaging techniques in both short- and long-term smokers. Additionally, coronary vasomotion has been shown to be normalized in long-term smokers by L-Arginine acting as a substrate for NO synthase, revealing the coronary endothelium as the major site of abnormal vasomotor response. Aim of the prospective cohort study was to investigate coronary vasomotion of young healthy short-term smokers via magnetic resonance cold pressor test with and without the administration of L-Arginine and compare obtained results with the ones from nonsmokers.
Methods
Myocardial blood flow (MBF) was quantified with first-pass perfusion MRI on a 1.5 T scanner in healthy short-term smokers (N = 10, age: 25.0 ± 2.8 years, 5.0 ± 2.9 pack years) and nonsmokers (N = 10, age: 34.3 ± 13.6) both at rest and during cold pressor test (CPT). Smokers underwent an additional examination after administration of L-Arginine within a median of 7 days of the naïve examination.
Results
MBF at rest turned out to be 0.77 ± 0.30 (smokers with no L-Arginine; mean ± standard deviation), 0.66 ± 0.21 (smokers L-Arginine) and 0.84 ± 0.08 (nonsmokers). Values under CPT were 1.21 ± 0.42 (smokers no L-Arginine), 1.09 ± 0.35 (smokers L-Arginine) and 1.63 ± 0.33 (nonsmokers). In all groups, MBF was significantly increased under CPT compared to the corresponding rest examination (p < 0.05 in all cases). Additionally, MBF under CPT was significantly different between the smokers and the nonsmokers (p = 0.002). MBF at rest was significantly different between the smokers when L-Arginine was given and the nonsmokers (p = 0.035).
Conclusion
Short-term smokers showed a reduced response to cold both with and without the administration of L-Arginine. However, absolute MBF values under CPT were lower compared to nonsmokers independently of L-Arginine administration.
Background
Functional lung MRI techniques are usually associated with time-consuming post-processing, where manual lung segmentation represents the most cumbersome part. The aim of this study was to investigate whether deep learning-based segmentation of lung images which were scanned by a fast UTE sequence exploiting the stack-of-spirals trajectory can provide sufficiently good accuracy for the calculation of functional parameters.
Methods
In this study, lung images were acquired in 20 patients suffering from cystic fibrosis (CF) and 33 healthy volunteers, by a fast UTE sequence with a stack-of-spirals trajectory and a minimum echo-time of 0.05 ms. A convolutional neural network was then trained for semantic lung segmentation using 17,713 2D coronal slices, each paired with a label obtained from manual segmentation. Subsequently, the network was applied to 4920 independent 2D test images and results were compared to a manual segmentation using the Sørensen–Dice similarity coefficient (DSC) and the Hausdorff distance (HD). Obtained lung volumes and fractional ventilation values calculated from both segmentations were compared using Pearson’s correlation coefficient and Bland Altman analysis.
To investigate generalizability to patients outside the CF collective, in particular to those exhibiting larger consolidations inside the lung, the network was additionally applied to UTE images from four patients with pneumonia and one with lung cancer.
Results
The overall DSC for lung tissue was 0.967 ± 0.076 (mean ± standard deviation) and HD was 4.1 ± 4.4 mm. Lung volumes derived from manual and deep learning based segmentations as well as values for fractional ventilation exhibited a high overall correlation (Pearson’s correlation coefficent = 0.99 and 1.00). For the additional cohort with unseen pathologies / consolidations, mean DSC was 0.930 ± 0.083, HD = 12.9 ± 16.2 mm and the mean difference in lung volume was 0.032 ± 0.048 L.
Conclusions
Deep learning-based image segmentation in stack-of-spirals based lung MRI allows for accurate estimation of lung volumes and fractional ventilation values and promises to replace the time-consuming step of manual image segmentation in the future.
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.
Background
To increase the image quality of end-expiratory and end-inspiratory phases of retrospective respiratory self-gated 4D MRI data sets using non-rigid image registration for improved target delineation of moving tumors.
Methods
End-expiratory and end-inspiratory phases of volunteer and patient 4D MRI data sets are used as targets for non-rigid image registration of all other phases using two different registration schemes: In the first, all phases are registered directly (dir-Reg) while next neighbors are successively registered until the target is reached in the second (nn-Reg). Resulting data sets are quantitatively compared using diaphragm and tumor sharpness and the coefficient of variation of regions of interest in the lung, liver, and heart. Qualitative assessment of the patient data regarding noise level, tumor delineation, and overall image quality was performed by blinded reading based on a 4 point Likert scale.
Results
The median coefficient of variation was lower for both registration schemes compared to the target. Median dir-Reg coefficient of variation of all ROIs was 5.6% lower for expiration and 7.0% lower for inspiration compared with nn-Reg. Statistical significant differences between the two schemes were found in all comparisons. Median sharpness in inspiration is lower compared to expiration sharpness in all cases. Registered data sets were rated better compared to the targets in all categories. Over all categories, mean expiration scores were 2.92 +/- 0.18 for the target, 3.19 +/- 0.22 for nn-Reg and 3.56 +/- 0.14 for dir-Reg and mean inspiration scores 2.25 +/- 0.12 for the target, 2.72 +/- 215 0.04 for nn-Reg and 3.78 +/- 0.04 for dir-Reg.
Conclusions
In this work, end-expiratory and inspiratory phases of a 4D MRI data sets are used as targets for non-rigid image registration of all other phases. It is qualitatively and quantitatively shown that image quality of the targets can be significantly enhanced leading to improved target delineation of moving tumors.
Purpose
Image acquisition and subsequent manual analysis of cardiac cine MRI is time-consuming. The purpose of this study was to train and evaluate a 3D artificial neural network for semantic segmentation of radially undersampled cardiac MRI to accelerate both scan time and postprocessing.
Methods
A database of Cartesian short-axis MR images of the heart (148,500 images, 484 examinations) was assembled from an openly accessible database and radial undersampling was simulated. A 3D U-Net architecture was pretrained for segmentation of undersampled spatiotemporal cine MRI. Transfer learning was then performed using samples from a second database, comprising 108 non-Cartesian radial cine series of the midventricular myocardium to optimize the performance for authentic data. The performance was evaluated for different levels of undersampling by the Dice similarity coefficient (DSC) with respect to reference labels, as well as by deriving ventricular volumes and myocardial masses.
Results
Without transfer learning, the pretrained model performed moderately on true radial data [maximum number of projections tested, P = 196; DSC = 0.87 (left ventricle), DSC = 0.76 (myocardium), and DSC =0.64 (right ventricle)]. After transfer learning with authentic data, the predictions achieved human level even for high undersampling rates (P = 33, DSC = 0.95, 0.87, and 0.93) without significant difference compared with segmentations derived from fully sampled data.
Conclusion
A 3D U-Net architecture can be used for semantic segmentation of radially undersampled cine acquisitions, achieving a performance comparable with human experts in fully sampled data. This approach can jointly accelerate time-consuming cine image acquisition and cumbersome manual image analysis.