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Die Notwendigkeit einer nichtinvasiven Messung des Eisengehaltes des Körpers wird vor allem bei der regelmäßigen Überprüfung von Eisenspeichererkrankungen deutlich. Eine im Alltag etablierte MRT-Methode ist die sogenannte FerriScan-Methode, die ursprünglich von St. Pierre et al. eingeführt wurde. Ziel dieser Arbeit war es, eine Alternative dafür zu etablieren. Dazu wurde in 79 Fällen eine Lebereisenmessung mittels FerriScan und gleichzeitig auch mittels der Gradienten-Echo-Methode durchgeführt. Die FerriScan-Methode diente hierbei als Referenz. Bei der GRE-Methode wurde die Relaxationsrate R2* genutzt, welche sowohl in einem Flipwinkel von 6° als auch von 4° erhoben wurde. Sowohl bei FA6 als auch bei FA4 ließ sich eine positive Korrelation zwischen der durch die GRE-Methode erhobene Lebereisenkonzentration und der FerriScan-Methode darstellen. Auch war kein signifikanter Unterschied zwischen FA6 und FA4 ersichtlich, was rückschließen lässt, dass beide Flipwinkel zur Messung geeignet sind. Die paraspinale Muskulatur wurde als Referenz getestet. Hierbei war zwischen den R2*-Werten der Leber und der paraspinalen Muskulatur weder ein positiver noch ein negativer Zusammenhang ersichtlich. Dies lässt darauf schließen, dass sich im Muskel kein bzw. kaum Eisen anreichert. Es wurde auch die Bedeutung möglicher Einflussfaktoren ermittelt. In der vorliegenden Arbeit konnte jedoch kein Einfluss dieser Faktoren nachgewiesen werden.

Aufgrund verschiedener Grunderkrankungen wie der Hämochromatose oder der Thalassämie kann es zu einer Eisenüberladung im Körper kommen. Diese Akkumulation kann zu Organschädigung inklusive Funktionseinschränkungen führen. Zur Therapiesteuerung sollte der Eisengehalt möglichst nichtinvasiv in verschiedenen Organen gemessen werden. Die für die Leber etablierte Messmethode der Magnetresonsanztomografischen (MRT) R2*-Relaxometrie-Messung könnte dafür auf andere Organe ausgeweitet werden. Ziel der Arbeit ist die Evaluation der Bestimmung der R2*-Werte von Leber, Milz und Pankreas, mit insbesondere der Prüfung auf mögliche Korrelationen. Im Zeitraum 24.02.2015 bis 05.04.2018 wurden bei 127 Patienten des Universitätsklinikums Ulm mit erwarteter Eisenüberladung Untersuchungen durchgeführt. Dabei wurden mittels der MRT-Gradienten-Echo-Methode R2*-Werte für Leber, Milz und Pankreas durch das Setzen von Regions of interest (ROI) in R2*-Parameterkarten erhoben. Im Anschluss erfolgte eine statistische Auswertung. Es zeigten sich im Patientenkollektiv größtenteils erhöhte R2*-Werte in Leber, Milz und Pankreas sowie signifikante Korrelationen der R2*-Werte der Leber mit den R2*-Werten von sowohl Milz als auch Pankreas. Bezüglich der Transfusionshäufigkeit wurden für kaum / vereinzelt bis häufig sowie regelmäßig Transfundierte ebenfalls signifikante Korrelationen der R2*-Werte der Leber mit denen von Milz und Pankreas gefunden. Die Anzahl durchgeführter Transfusionen scheint damit Einfluss auf die R2*-Werte haben. Daneben gab es Hinweise für eine gestaffelte Eisenablagerung je nach Organ - zunächst in der Leber, gefolgt von der Milz und dem Pankreas. Darüber hinaus könnte die Milz gemäß den Auswertungen als Puffer für überschüssiges Eisen dienen. Folglich könnten R2*-Messungen insbesondere des Pankreas in Zukunft klinische Relevanz für die Therapiesteuerung erlangen.

In dieser Arbeit wurde der Nutzen eine angulierten (halbkoronaren) Ebene, gegenüber den herkömmlichen Ebenen (sagittal/transversal) in der Magnetresonanztomographie der Halswirbelsäule in Bezug auf radikuläre Fragestellungen untersucht. Hierbei wurden an drei Zentren 25 Patienten retrospektiv und 50 Patienten prospektiv mit einer eindeutigen zervikalen Monoradikulopathie untersucht. Die Ebenen wurden anonymisiert, voneinander getrennt, randomisiert und verblindet von 4 Auswertern mit einem Fragebogen untersucht. Untersuchte Items waren klinisch betroffenes Foramen, qualitatives und quantitatives Ausmaß der Stenose, Ursache der Stenose sowie für jedes Item die subjektive Sicherheit auf einer visuellen Analogskala und die benötigte Bearbeitungszeit. Die halbkoronare und die sagittale Ebene konnten gegenüber der transversalen Ebene signifikant häufiger mit der klinischen Symptomatik in Einklang gebracht werden Bei Kombination mehrerer Ebenen zeigte sich die Kombination aller drei Ebenen gegenüber jeder Kombination aus zwei Ebenen überlegen. Der prozentuale Stenosegrad wurde auf der halbkoronaren Ebene signifikant höher eingeschätzt und es wurde häufiger eine höhere Gradierung vorgenommen. Retrospektiv wies die halbkoronare Ebene die beste Interraterreliabilität auf, prospektiv die sagittale Ebene. Die halbkoronare und die sagittale Ebene waren der transversalen Ebene in Hinblick auf Retestreliabilität ohne Signifikanz überlegen. Auf der halbkoronaren Ebene kam es zu einer signifikant niedrigeren Abweichung bei der prozentualen Einschätzung der Stenose beim Retest. In Zusammenschau der Ergebnisse stellt sich die Kombination von sagittaler und halbkoronarer Ebene als überlegen dar. Noch besser ist die Kombination aller drei Ebenen zu bewerten. Die Darstellung von Pathologien und deren Komponenten, die auf den herkömmlichen Ebenen nicht zu visualisieren sind, bringt hier vermutlich den größten Nutzen.

Majority of lower grade glioma (LGG) are located eloquently rendering surgical resection challenging. Aim of our study was to assess rate of permanent deficits and its predisposing risk factors. We retrieved 83 patients harboring an eloquently located LGGs from the prospective LoG-Glio Database. Patients without surgery or incomplete postoperative data were excluded. Sign rank test, explorative correlations by Spearman ρ and multivariable regression for new postoperative deficits were calculated. Eloquent region involved predominantly motor (45%) and language (40%). At first follow up after 3 months permanent neuro-logical deficits (NDs) were noted in 39%. Mild deficits remained in 29% and severe deficits in 10%. Complete tumor removal (CTR) was successfully in 62% of intended cases. Postoperative and 3-month follow up National Institute of Health Stroke Score (NIHSS) showed significantly lower values than preoperatively (p0 (p=0.021, OR 8.5) were independent predictors for permanent postoperative deficit according to NIHSS at 3-month according to multivariable regression model. Patients harboring eloquently located LGG are highly vulnerable for permanent deficits. Almost one third of patients have a permanent reduction of their functional status based on ECOG. Risk of an extended resection has to be balanced with the respective oncological benefit. Especially, patients with impaired pre-operative status are at risk for new permanent deficits. There is a relevant improvement of neurological symptoms in the first year after surgery, especially for patients with slight aphasia.

The surgical treatment of recurrent adenomas can be challenging. Intraoperative magnetic resonance imaging (iMRI) can improve the orientation and increase the safe extent of resection. We conducted a quantitative and qualitative retrospective analysis of recurrent adenomas treated by endoscopic or microscopic iMRI-assisted transsphenoidal surgery. A total number of 59 resections were selected. Detailed volumetric measurements, tumor characteristics, and MRI features of intraoperative remnants were evaluated. Intraoperative MRI increased the gross total resection (GTR) rate from 33.9% to 49.2%. Common locations of tumor remnants after iMRI were the clivus, the wall of the cavernous sinus or the perforation of the diaphragm. Increasing tumor volume and the microscopic technique were significantly associated with further resection after iMRI in the univariate analysis (p = 0.004, OR 1.6; p = 0.009, OR 4.4). Only the increasing tumor volume was an independent predictor for further resection (p = 0.007, OR 1.5). A significantly higher proportion of GTRs was achieved with the endoscopic technique (p = 0.001). Patients with a large recurrent pituitary adenoma who underwent microscopic transsphenoidal resection were the most likely to benefit from iMRI regarding the extent of resection. Occult invasions of the cavernous sinus and/or the clivus were the most common findings leading to further resection of tumor remnants after iMRI., publishedVersion

The examination of the lung using MRI to derive regional anatomical and functional features of the lung has gained increasing interest in recent years. However, this is difficult for several reasons (organ motion, low proton density and short T2*). In this work, the feasibility of the ultra-short echo-time (UTE) sequence with tiny golden angle was investigated. A 2D acquisition as well as a hybrid (stack-of-stars) sequence was tested for visualization of anatomical characteristics of the lung and to derive functional parameters. A translational approach in which the 2D UTE technique has been investigated for small animal as well as for human application as appropriate. UTE has the advantage of a very short echo-time, which is needed for imaging the lung due to the fast signal decay. Breathhold and different retrospective gating techniques were investigated to eliminate movement artefacts. The accuracy as well as any limitations of the different gating techniques have been evaluated. The clinical measurements were done with a clinical whole-body MRI system operating at 3T. The achieved image quality and sharpness, and parenchyma visibility were qualitatively scored by three blinded independent readers. The mice data were acquired with a small animal system operating at 11.7T. For quantification of the lung parenchyma, different parameters (signal-to-noise ratio, proton fraction, fractional ventilation and perfusion) were investigated for all acquired data. In clinical studies, the imaging protocols were well tolerated by all volunteers. Image quality was sufficient for subsequent quantitative analysis in all cases. With the gating techniques, artefact-free images of the different respiratory phases could be reconstructed from all acquisitions. Between expiration and inspiration (IN), clear signal intensity changes was observed. The proton fraction had significantly lower values for IN in all studies. The comparison of smokers and non-smokers showed significant higher proton density for smokers. The SNR had a trend to lower values during IN in the mice study and significant difference for the clinical studies. The results of fractional ventilation calculation were correlated with the breathing amplitude. Quantitative perfusion analysis for mice data showed higher values for the systole. The feasibility of the combination of tiny golden angles with UTE to evaluate different lung functional parameters was demonstrated. The free-breathing acquisitions are an alternative for those cases where patients are not able to hold their breath for a certain time. The tested sequences are sensitive enough to visualize differences between smoker and non-smoker lungs. Furthermore, high flexibility of the 2D UTE could be shown.

Die vorliegende Studie beschäftigt sich mit dem Vergleich von Genauigkeit und Bildinformation von Magnetresonanztomographie (MRT) und digitaler Volumentomographie (DVT) sowie Computertomographie (CT) zur Planung von Implantationen und besteht aus zwei Hauptteilen: Im ersten Teil wurden metrische Messungen zum Vergleich der Abbildungsgenauigkeit von DVT und MRT Datensätzen angestellt. Dazu wurden für sechs Unterkiefer nach Thiel-Fixierung mit Lücken im Seitenzahnbereich Scanschablonen mit Markern für DVT und MRT hergestellt. Die Scans mit eingesetzten Schablonen erfolgten in einem Sirona Orthophos SL DVT und einem Philips Achieva 3T-MRT mit einer Ultrashort-Echo-Time-Sequenz (UTE) in einer Philips dStream-Kniespule. Anschließend wurden die entsprechenden DVT- und MRT-Datensätze im Open-Source-Programm 3D-Slicer 4.6.0 gematcht, das heißt anhand der Marker indirekt zueinander zugeordnet und verschlüsselt. An drei vorher definierten Messregionen (Mediansagitalschnitt Front sowie Frontalschnitt im Bereich der Wurzel des ersten Molaren) wurden daraufhin metrische Messungen durchgeführt. Als Messtrecken wurden die Dicke der knöchernen Kortikalis bukkal und lingual und der Durchmesser des Knochens in bukko-lingualer Ausdehnung an allen drei Regionen sowie im Seitenzahnbereich zusätzlich der Durchmesser des Nervus alveolaris inferior (N. alv. inf.) wie auch seine Lage in Relation zu den Außenkanten bukkal, lingual und zum Unterrand des Kiefers bestimmt. Zur statistischen Auswertung wurden die Differenzen der Messwertpaare DVT-MRT gebildet, die Normalverteilung der Werte geprüft und, da bei allen Messungen eine Normalverteilung angenommen werden konnte, ein paired-t-Test mit α=0,05 zum Test auf Abweichungen von der zentralen Tendenz durchgeführt. Es zeigten sich übereinstimmende Messergebnisse zwischen den DVT- und MRT- Messungen bei der Bestimmung des Durchmessers des Nervus alveolaris inferior (MW(DVT-MRT)=-0,29 mm; SD±0,88 mm) und der Bestimmung seiner Lage im Knochen (MW(DVT-MRT)=-0,15 mm; SD±0,96 mm). Beim Vergleich aller Messwerte zeigten sich dagegen signifikante Abweichungen zwischen DVT- und MRT-Messungen (MW=0,67 mm; SD±0,97 mm) wie auch bei den Messungen zum Durchmesser des Knochens (MW=0,96 mm; SD±0,77 mm) sowie der Dicke der Kortikalis im Seitenzahnbereich (MW=0,88 mm; SD±0,62 mm) und besonders der Dicke der Kortikalis in der Front (MW=1,83 mm; SD±0,79 mm). Im zweiten Teil der Studie wurden 113 Zahnärzte und Studierende der Zahnmedizin im Rahmen von Vorlesungs- und Fortbildungsveranstaltungen zur Erkennung anatomischer Strukturen wie Knochenkanten, Nervenverlauf und Verschattungen der Kieferhöhle in sich entsprechenden statischen DVT- und MRT-Querschnitten von Patientenscans befragt. Dabei wurden per Fragebogen sieben entsprechende statische Querschnitte aus DVT- und MRT-Datensätzen (Turbo-Spin-Echo-Sequenz) einer Studie zu Kieferhöhlenverschattungen und vier „dynamischen Bildfolgen“ von 9-14 automatisch ablaufenden Frontalschnitten entlang des N. alv. inf. im Unterkiefer bewertet, die aus CT- und MRT-Scans (Spin-Echo-Sequenz) von vier Präparaten zu den metrischen Messungen entstammten. Die Daten wurden nach vier inhaltlichen Themen ausgewertet: Gesamtheit der statischen Querschnitte (S), Beurteilung des Nervenverlaufs im Knochen (N), Verschattungen der Kieferhöhle (K) und dynamische Bildfolgen (D). Dabei zeigten sich signifikante Unterschiede bei der Gesamtheit der statischen Querschnitte zwischen DVT (MW=2,35; Median=3) und MRT Bewertungen (MW=2,75; Median=3) im Wilcoxon-Signed-Rank-Test (z=11,862; p

BackgroundLongitudinal brain MRI monitoring in neurodegeneration potentially provides substantial insights into the temporal dynamics of the underlying biological process, but is time- and cost-intensive and may be a burden to patients with disabling neurological diseases. Thus, the conceptualization of follow-up time-intervals in longitudinal MRI studies is an essential challenge and substantial for the results. The objective of this work is to discuss the association of time-intervals and the results of longitudinal trends in the frequently used design of one baseline and two follow-up scans. MethodsDifferent analytical approaches for calculating the linear trend of longitudinal parameters were studied in simulations including their performance of dealing with outliers; these simulations were based on the longitudinal striatum atrophy in MRI data of Huntington’s disease patients, detected by atlas-based volumetry (ABV). ResultsFor the design of one baseline and two follow-up visits, the simulations with outliers revealed optimum results for identical time-intervals between baseline and follow-up scans. However, identical time-intervals between the three acquisitions lead to the paradox that, depending on the fit method, the first follow-up scan results do not influence the final results of a linear trend analysis. ConclusionsThis theoretical study analyses how the design of longitudinal imaging studies with one baseline and two follow-up visits influences the results. Suggestions for the analysis of longitudinal trends are provided., publishedVersion

The timing of MRI imaging after surgical resection may have an important role in assessing the extent of resection (EoR) and in determining further treatment. The aim of our study was to evaluate the time dependency of T2 and FLAIR changes after surgery for LGG. The Log-Glio database of patients treated at our hospital from 2016 to 2021 was searched for patients >18a and non-enhancing intra-axial lesion with complete MR-imaging protocol. A total of 16 patients matched the inclusion criteria and were thus selected for volumetric analysis. All patients received an intraoperative scan (iMRI) after complete tumor removal, an ultra-early postoperative scan after skin closure, an early MRI within 48 h and a late follow up MRI after 3���4 mo. Detailed volumetric analysis of FLAIR and T2 abnormalities was conducted. Demographic data and basic characteristics were also analyzed. An ultra-early postoperative MRI was performed within a median time of 30 min after skin closure and showed significantly lower FLAIR (p = 0.003) and T2 (p = 0.003) abnormalities when compared to early postoperative MRI (median 23.5 h), though no significant difference was found between ultra-early and late postoperative FLAIR (p = 0.422) and T2 (p = 0.575) images. A significant difference was calculated between early and late postoperative FLAIR (p = 0.005) and T2 (p = 0.019) MRI scans. Additionally, we found no significant difference between intraoperative and ultra-early FLAIR/T2 (p = 0.919 and 0.499), but we found a significant difference between iMRI and early MRI FLAIR/T2 (p = 0.027 and p = 0.035). Therefore, a postoperative MRI performed 24 h or 48 h might lead to false positive findings. An MRI scan in the first hour after surgery (ultra-early) correlated best with residual tumor at 3 months follow up. An iMRI with open skull, at the end of resection, was similar to an ultra-early MRI with regard to residual tumor., publishedVersion

Background: Cardiovascular magnetic resonance (CMR) imaging has proven valuable for the assessment of structural and functional cardiac abnormalities. Even though an established imaging method in small animals, the long acquisition times of gated or self-gated techniques still limit its widespread application. In this study, the application of tiny golden angle radial sparse MRI (tyGRASP) for real-time cardiac imaging in the mouse model was investigated for the quantification of cardiac functional parameters at rest and pharmacological stress, and first-pass perfusion. Methods: The technique was tested in 12 constitutive nexilin (Nexn) knock-out (KO) mice, heterozygous (Het, N=6) and wild-type (WT, N=6), and the resulting functional parameters compared with the well-established self-gating approach. Real-time images were reconstructed for different temporal resolutions between 16.8ms, 31.5ms and 48.3ms per image. All the mice were additionally scanned after an intraperitoneal injection of 1.5µg/g body weight dobutamine. One week later, first-pass perfusion imaging during intravenous injection of 0.1mmol/kg GD-DTPA was performed. The image quality was investigated between self-gating and real-time techniques. Further, three healthy mice were measured for the assessment of the reproducibility of real-time cardiac functional and dobutamine stress imaging. Results: In direct comparison with the high-quality self-gated technique, the real-time approach did not show any significant differences in global function parameters at rest or stress for acquisition times below 50ms. Compared with WT, the end-diastolic volume (EDV) and end-systolic volume (ESV) were markedly higher (p < 0.01) and the ejection fraction (EF) was significantly lower in the Het Nexn-KO mice at rest (p < 0.01). For the stress investigation, a clear decrease of EDV, ESV, and increase of EF but maintained stroke volume (SV) could be observed in both groups. Combined with ECG-triggering, tyGRASP provided first-pass perfusion data with a temporal resolution of one image per heartbeat, allowing the quantitative assessment of upslope curves in the blood-pool and myocardium. Compare with gated approach, the reduction of signal-to-noise ratio, contrast-to-noise ratio and image sharpness could be observed in real-time technique. Excellent reproducibility was achieved in all the functional parameters (CoV < 10%). Conclusions: The tyGRASP is a valuable real-time MRI technique for mice, which significantly reduces scan time in preclinical cardiac functional imaging, providing sufficient image quality for deriving accurate functional parameters, and has the potential to investigate real-time and beat to beat changes.

Ziele: In dieser Dissertation wird experimentell die Genauigkeit und die Auflösungsgrenzen von unterschiedlichen intraoperativen Ultraschallsonden und den Einfluss von 3D-Rekonstruktion auf deren Ergebnisse untersucht und anschließend mit dem aktuellen Goldstandard, dem intraoperativen MRT, verglichen. Material und Methoden: Anhand von in einem Agarosegelphantom eingebetteten vordefinierten Zielen werden Messergebnisse von intraoperativem MRT (iMRT), Sektor- (SUS) und Linearschallsonden (LUS) gewonnen. Außerdem wurden 3D-rekonstruierte Messungen mit den beiden Ultraschallsonden durchgeführt. Insgesamt wurden so 392 Messungen durchgeführt und die Ergebnisse anschließend mittels Bland-Altman-Plots und statistisch ausgewertet. Ergebnisse: Die Ergebnisse des 3D-rekonstruierten LUS waren ähnlich genau wie die des iMRT. 2D-Messungen mit dem LUS, wie auch sämtliche Messungen mit dem Sektorultraschall erreichten nicht diese hohe Genauigkeit und Auflösung. Außerdem zeigte sich in den Daten ein Zusammenhang von der Aufnahmerichtung des 3D-Datensatzes mit der Genauigkeit bei Längen-, Breiten- und Auflösungsmessungen. Zusammenfassung: 3D-LUS und iMRT zeigten in dieser Studie eine ähnliche Genauigkeit und Auflösungsgrenzen, wohingegen sämtliche 2D-Messungen und Sektorultraschallmessungen schlechtere Messergebnisse lieferten. Die 3D-Rekonstruktion hat das Potential die Genauigkeit und Auflösung von Ultraschallbildern entscheidend zu verbessern. Zu beachten ist dabei jedoch der Zusammenhang der Genauigkeit mit der Aufnahmerichtung des 3D-Ultraschalldatensatzes.

The psychological construct of flow describes an experience that develops when humans engage in a demanding task while those demands are balanced with the level of skill. Therefore, this dissertation reports about experimental tests to define the role of the medial prefrontal cortex (MPFC) in mediating flow experience using transcranial direct current stimulation (tDCS) to interfere with the typical deactivation of the MPFC evoked by a flow paradigm. We used magnetic resonance-based perfusion imaging in a balanced, within-subjects repeated measure design (22 male healthy subjects), in which three different tDCS treatments (sham, anodal, cathodal) were applied. TDCS-modulatory effects on cerebral blood flow (rCBF) in regions - previously described as flow-specific - and the flow-index measuring subjective flow-experience significantly depended on participants’ baseline level of flow experience during sham tDCS, which led us to a post-hoc classification using a median-split. Participants with lower-flow experience during sham tDCS (LF) benefitted from tDCS, particularly from the anodal polarity. The group with relatively higher baseline flow experience (HF) showed significant effects for the interaction of group and treatments. Functionally, in LF subjects, relative deactivation of the right amygdala got more pronounced under both treatments and decreased in different quantity in HF subjects. Finally we discuss the probable reasons for those findings (metaplasticity, inconsistency of polarity driven tDCS effects etc.) and further fields of application in clinic or everyday life.

Ziel unserer retrospektiv angelegten Studie war es, im Bereich der Diagnostik des renalen Organsystems mit der MRT eine Methode zu etablieren, die mit einer einzigen Untersuchung gleichzeitig sowohl eine Aussage über die Morphologie als auch über die aktuelle Funktion treffen kann. Dies untersuchten wir an Bilddatensätzen, die als dynamische MRT-Sequenzen nach Kontrastmittelgabe vorlagen, und werteten diese mit Hilfe der sogenannten Patlak-Methode aus. Die Methode wurde schon in mehreren Arbeiten zur Berechnung der glomerulären Filtrationsrate (GFR) mit bislang nur eingeschränkt befriedigendem Ergebnis verwendet. Hierbei war jedoch die Grundlage für die Auswertungen in allen Studien die Bilddaten aus einem 1,5-Tesla-Magnetresonanztomographen (1,5-Tesla-MRT). Unter der Annahme, dass dies eine Ursache für die negativen Ergebnisse dieser Studien sein könnte, untersuchten wir Bilddatensätze aus einem 3-Tesla-MRT und erhofften uns daraus ein besseres und exakteres Ergebnis. Wir konnten zeigen, dass die Methode sich auf dem aktuellen Stand zur funktionellen Diagnostik der Nieren eignet, jedoch derzeit nur bei Patienten ab einem Lebensalter von 18 Jahren. Bei jüngeren Patienten konnten analog zu bisherigen Studien noch keine zuverlässigen Aussagen getroffen werden. Dennoch ist hervorzuheben, dass sich die dynamische Kontrastmittel-Magnetresonanzurographie (MRU) als diagnostisches Mittel eignet und bei Einhaltung eines passenden Untersuchungsprotokolls valide Aussagen über die Nierenfunktion eines Patienten treffen kann. Somit ist es durchaus möglich und anzustreben, dass diese Technik mit ihren Vorteilen in Zukunft Einzug in den klinischen Alltag erhält.

Bei Patienten mit stabiler koronarer Herzkrankheit (KHK) führt eine Beeinflussung kardiovaskulärer Risikofaktoren, durch Anpassung des Lebensstils und durch sekundärpräventive optimierte medikamentöse Therapie (OMT), zu einer Verringerung der Mortalität. Ob eine Revaskularisation koronarer Stenosen außerhalb eines akuten Koronarsyndroms einen zusätzlichen Nutzen hat wurde in den letzten Jahren in zahlreichen Studien untersucht und wird noch immer kontrovers diskutiert. Die aktuelle Datenlage deutet darauf hin, dass vor allem Patienten mit einer reversiblen Ischämie im vitalen Myokard von einer interventionellen Therapie profitieren können. Noch immer wird bei einem Großteil der Patienten im Rahmen der Ischämiediagnostik trotz zur Verfügung stehender nichtinvasiver Untersuchungsmethoden eine invasive Koronarangiographie (ICA) durchgeführt. Hierbei wird bei etwa der Hälfte der Patienten eine relevante Koronarstenose ausgeschlossen. Zudem wird in der ICA im Vergleich zu nichtinvasiver Diagnostik deutlich häufiger die Indikation zur Intervention gestellt, ohne dass Patienten hiervon profitieren. Mittels Adenosin-Stress Kardio-Magnetresonanztomographie (CMR) kann eine induzierbare myokardiale Ischämie im vitalen Myokard mit hoher Sensitivität, Spezifität und ohne ionisierende Strahlung detektiert werden, wodurch sich die CMR als möglicher Gatekeeper vor einer invasiven Diagnostik anbietet. In der MAGnet Studie wurden 200 Patienten mit Verdacht auf das Vorliegen einer KHK oder mit Verdacht auf Progress einer bekannten KHK und in der Prädiagnostik gestellter Indikation für eine weiterführende Ischämiediagnostik in zwei randomisierten Gruppen entweder mittels CMR oder mittels ICA untersucht. Anhand der Untersuchungsergebnisse wurde nachfolgend entschieden, ob Patienten mittels OMT alleine oder mittels OMT plus Revaskularisation relevanter Koronarstenosen behandelt werden. Im Nachverfolgungszeitraum wurden als primäre Endpunkte nicht letale Myokardinfarkte und Tod kardialer Genese, sowie als sekundäre Endpunkte ungeplante diagnostische ICAs erfasst. Zudem wurde anhand des Seattle Angina Questionnaire (SAQ) die Entwicklung der krankheitsbezogenen Lebensqualität untersucht. Bei 188 nach Studienprotokoll behandelten Patienten ergaben sich zwischen den Studiengruppen im Nachverfolgungszeitraum von 12 Monaten weder beim primären Endpunkt (CMR 2 (2.1%); ICA 3 (3.2%); p=0.981) noch beim sekundären Endpunkt (CMR 21 (22.1%); ICA 15 (16.1%); p=0.392) signifikante Unterschiede. Hinsichtlich der mittels SAQ erhobenen Entwicklung der Lebensqualität erreichten Patienten im CMR-Arm in den Skalen „körperliche Einschränkung“ (CMR +5.8; ICA -2.2; Δ=8.0, p=0.013) und „Behandlungszufriedenheit“ (CMR -0.2; ICA -5.7; Δ=5.5, p=0.046) nach einem Jahr sogar signifikant bessere Ergebnisse. In den übrigen drei Skalen des SAQ ergaben sich keine signifikanten Unterschiede. Bei Patienten im CMR-Arm wurde hierbei deutlich seltener die Indikation zur Revaskularisation gestellt (CMR 27 (28.4%); ICA 42 (46.2%); p=0.005). Unter Miteinbeziehung der diagnostischen ICAs und Interventionen die im Rahmen von sekundären Endpunkten stattfanden, wurden durch eine CMR-gesteuerte Therapie innerhalb eines Jahres 60 (38.5%) diagnostische ICAs und 19 (20.0%) Intervention eingespart. Die CMR eignet sich als nichtinvasives Diagnosetool in der Entscheidungsfindung zur konservativen oder invasiven Therapie bei der stabilen KHK und ist dabei hinsichtlich ereignisfreiem Überleben und Lebensqualität dem herkömmlicheren ICA-gestützten Ansatz in einem Nachverfolgungszeitraum von einem Jahr nicht unterlegen. Durch den Einsatz der CMR als Gatekeeper kann das Ausmaß an invasiver Diagnostik und Therapie bei gleicher Behandlungssicherheit und Lebensqualität deutlich reduziert werden, wodurch sich in Zukunft eine Optimierung der Patientenversorgung und eine finanzielle Entlastung des Gesundheitssystems ergeben kann. Offen bleibt in welchem zeitlichen Abstand eine erneute nichtinvasive Ischämiediagnostik zur Re-Evaluation der Behandlungsstrategie sinnvoll ist. Unter Berücksichtigung der Weiterentwicklung medikamentöser und invasiver Therapiemöglichkeiten sollten die Ergebnisse im nächsten Schritt in einem größeren Studienkollektiv überprüft werden. Hierbei sollte auch der Tendenz nachgegangen werden, dass durch den Einsatz der CMR möglicherweise die Lebensqualität von Patienten mit stabiler KHK verbessert werden könnte.

Das Glioblastoma mutiforme zählt zu den aggressivsten und tödlichsten Krebserkrankungen und bietet im Allgemeinen keine Chance auf Heilung. Es wurden Daten von Patienten mit einem operablen neu aufgetretenen Glioblastoma multiforme erhoben, welche im Zeitraum von 2009 bis 2014 erkrankt waren. Die Daten umfassen Angaben zur 38 Personen (Geschlecht, Alter, Diagnosedatum, Überlebensstatus, Operationsdauer, Dauer des Krankenhausaufenthaltes) (histologische Angaben zum Tumor (Lokalisation, Tumorvolumen, O6-Methyguanin-Transferase (MGMT)-Status). Zudem wurden Patienten mit einem neuen postoperativen neurologischen Defizit identifiziert und mit Patienten, bei welchen postoperativ kein neues fokal-neurologisches Defizit bestand, in einer Matched-Pair-Analyse zusammengefügt und analysiert. Bei Patienten mit einem KPS von >80% 21 Monate und lag bei Patienten mit einem KPS-Score 80 Prozent konnte ein signifikant späterer Therapiebeginn dokumentiert werden (p=0.05). Obgleich eine radikale komplette mikrochirurgische Resektion des kontrastmittelaufnehmenden Tumorgewebes in der zur Verfügung stehenden Literatur mit einer Verbesserung der Langzeitprognose assoziiert ist, darf der postoperative neurologische Status als Faktor der gesundheitsbezogenen Lebensqualität nicht außer Acht gelassen werden.

The non-invasive quantifiation of pathogenic changes in animal models of diseases is an essential component of the longitudinal analysis of the progression / regression of the condition with pharmacological therapy. By means of Magnetic Resonance Imaging (MRI) a plurality of anatomical and functional parameters can be detected. The application of MRI to the longitudinal recording of the progression / regression of certain diseases is still limited by difficulties in achieving accurate quantification and sufficient reproducibility of results in small animals. Indeed, in comparison to clinical imaging, in vivo imaging in small animals is more challenging, due to the requirements for high spatial and temporal resolution. This work focuses on lung imaging in rodents, aiming at the visualization of anatomical characteristics and the extraction of functional parameters in healthy animals and in models of lung disease. While MRI provides excellent soft tissue contrast in most tissues, lung imaging with MRI is relatively less developed. The main reasons for this are : - Lung tissue density is lower compared with most other tissues, decreasing signifi cantly the MR signal arising from it. - The high number of tissue-air interfaces causes rapid signal decay and conventional MRI acquisition methods are not able to detect it. This effect is more pronounced at the high or ultra high magnetic field strengths commonly used for small animal imaging. -Cardiorespiratory motion must be adequately compensated to obtain good image quality. This thesis focuses on the application of non-conventional MRI acquisition methods, Ultra short Echo Time (UTE) and Zero Echo Time (ZTE), which are suited for the detection of lung signal and are robust to movement artifacts. Particular attention is given to the implementation and comparison of different methods for retrospective respiratory gating in UTE acquisitions. This allows for the consideration of respiratorymovement during free breathing acquisitions, yielding an improved image quality and enabling the reconstruction of different respiratory positions from a single continuousacquisition. Beyond anatomical lung characterization, this work explores MRI-based techniques aiming for the local quantification of pulmonary functional parameters. The main function of the lungs is allowing for gas exchange between blood and inhaled air. The local quantification of ventilation and tissue perfusion is pivotal to the evaluation of the lung function. Yet, a limited amount of research has been devoted to the implementation of MRI methods for the reliable and repeatable quantification of such parameters. In order to guarantee the wide applicability of its results, this thesis focuses on protocols which do not require specialized hardware, expensive equipment or exceedingly long acquisition times. The experiments described in this work were evaluated both on healthy and diseased rats. In particular, a model of emphysema was investigated. Emphysema is characterized by abnormal permanent enlargement of air spaces, accompanied by tissue destruction. It is categorized as one of the forms of Chronic Obstructive Pulmonary disease (COPD), which is typically caused by smoking in human subjects. A similar tissue damage can be created in the lungs of small animals instilling pancreatic elastase, an enzyme able to destroy connective tissue. In this work, it was shown with MRI that such treatment results in a decrease in lung parenchyma density and the lack of proper ventilation in the tissue.

Hintergrund: Intraoperative Bildgebung bei Eingriffen an niedriggradigen Gliomen (LGG) kann die Resttumorkontrolle vereinfachen und das chirurgische Outcome verbessern. Das Ziel der Studie war die Evaluation des optimalen Einsatzes und der typischen Interaktion von intraoperativen MRT (iMRI), konventionellem niedrigfrequentem Ultraschall (cioUS) und linearem, hochfrequentem intraoperativem Ultraschall (lioUS), um den chirurgischen Arbeitsablauf (Workflow) zu optimieren. Methoden: Ich schloss prospektiv 11 Patienten, die an einem LGG erkrankt gewesen sind, ein. Mit einer speziellen Software nahm ich den typischen Arbeitsablauf der chirurgischen Tumorentfernung in einem Operationssaal mit iMRI auf. Ich zeichnete Dauer, Indikation, Einsatzhäufigkeit und –Zeitpunkt der bildgebenden Verfahren auf. Des Weiteren bat ich die Operateure um eine Bewertung der Bildqualität und des Benefits der beiden Ultraschallsonden. Mit Hilfe der Workflow-Analyse-Software wertete ich 55 Operationsstunden sekundengenau aus. Ergebnisse: Der lioUS wird während jeder der 11 Operationen häufiger und länger eingesetzt, als der cioUS. Auch schneidet er stets besser hinsichtlich der gelieferten Bildqualität und des Benefits ab. Er zeigte im Gegensatz zur niedrigfrequenten Sonde eine gleichbleibende Bildqualität über den gesamten Operationsverlauf. Der hochfrequente Ultraschall wird während der 11 Eingriffe vor allem mit Indikationen eingesetzt, die nach einer genauen Darstellung der Gewebegrenzen verlangen. Die cioUS-Sonde findet vor allem zur Orientierung Anwendung, doch wird auch hier der lioUS insgesamt häufiger verwendet. Insgesamt wich die anhand des intraoperativen Ultraschalls geschätzte Resttumormenge um das bis zu Doppelte von der Residualmenge, die das iMRI zeigte, ab. Die Kernspintomographie wurde auch deshalb von den Operateuren als Mittel der ersten Wahl zur Resttumordetektion beschrieben. Zusammenfassung: Eine softwaregestützte Workflowanalyse ist ideal geeignet um einen chirurgischen Arbeitsablauf in der Neurochirurgie auszuwerten. Obwohl das iMRI das Mittel der ersten Wahl zur intraoperativen Bildgebung bei LGG bleibt, zeigt sich, dass der lIoUS in jeder Operationsphase und vor allem in Situationen, in denen es um eine genaue Darstellung von Gewebegrenzen geht, sehr hilfreich ist und eine gute Bildqualität liefert.

In der durchgeführten Arbeit wurde der Stellenwert des Knochenmarködems im Stadium III nach der Einteilung der Association de Recherché sur la Circulation Osseuse (ARCO) untersucht und die Hypothese aufgestellt, dass ein Knochenmarködem einen konkreten Hinweis für das Vorliegen einer subchondralen Fraktur darstellt. Hierfür wurden insgesamt n=37 Hüften von n=27 Patienten mit avaskulärer Hüftkopfnekrose in der Magnetresonanztomographie (MRT) in die Studie eingeschlossen. Die Patienten mussten zusätzlich ein Knochenmarködem in der MRT-Untersuchung, sowie eine Computertomographie (CT) der entsprechenden Hüfte vorweisen. Die Auswertung erfolgte durch zwei unabhängige Radiologen unter Verwendung der ARCO Klassifikation. Des Weiteren konnte bei n=14 Hüften, die im Verlauf eine Hüftprothese erhalten hatten, eine histopathologische Untersuchung durchgeführt werden. Die alleinige Beurteilung von MRT-Aufnahmen führte in nahezu 50% zu einem falsch-negatives Ergebnis (Stadium II statt Stadium III). Bei allen Patienten mit einem MR-tomographische nachweisbaren Knochenmarködem konnte auch anhand der CT-Untersuchung eine subchondrale Fraktur nachgewiesen werden. Dies bestätigte sich in allen Fällen einer histopathologischen Untersuchung. Die Hypothese, dass das Vorliegen eines Knochenmarködems einen konkreten Hinweis für das Vorliegen einer subchondralen Fraktur darstellt, ließ sich anhand der Studienergebnisse bestätigen.

The clinical application of MRI in the field of dentistry is up to now limited to tumors and displacement of the TMJ because of the restricted delineation of the mineralized tissues of the teeth. Due to their fast signal decay and related limited SNR conventional MRI techniques are not able to assess those tissues. In this thesis dedicated imaging sequences using ultra-short echo times (UTE) were applied to detect the signal of mineralised tissues and enable the direct visualization of dental tissues and initial caries lesions. In UTE imaging the FID signal is sampled from central to outer part of the k-space during gradient ramp up. To ensure sufficient image quality, accurate knowledge of the system performance is mandatory to rebuild the waveform and timing of the gradient amplifier output. The system response of the gradient amplifier could be obtained by applying a commonly used trajectory mapping approach and was used to correct for waveform distortions. To automatically correct for timing inconsistencies a dedicated sequence was developed which enables k-space center-acquisition at partial ramp imaging (CAPRI). UTE/CAPRI have the potential for an earlier diagnosis of initial caries lesions and provide a more accurate assessment of the lesion dimension compared to x-ray imaging and enable new applications such as monitoring of re-mineralization therapy. The process of caries lesion can be assessed using MRI as a quantitative tool to observe tissue specific signal behaviour over time. The ability of UTE/CAPRI to visualize the anatomy in three dimensions facilitates the localization of the lesion and the detection of caries lesions located under fillings and crowns (secondary/hidden caries) which are often superimposed in conventional radiography projection images. Therefore the introduced imaging sequences can serve as an alternative technique to the used ionizing radiation based imaging techniques, which are the gold standard in nowadays dental investigations.