Search

Purpose: This study intends to establish a study protocol for the quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) measurement of biochemical changes in knee cartilage induced by mechanical stress during alpine skiing with the implementation of new spring-loaded ski binding. Methods: The MRI-knee-scans (T2*-mapping) of four skiers using a conventional and a spring-loaded ski binding system, alternately, were acquired before and after 1 h/4 h of exposure to alpine skiing. Intrachondral T2* analysis on 60 defined regions of interest in the femorotibial knee joint (FTJ) was conducted. Intra- and interobserver variability and relative changes in the cartilage T2* signal and thickness were calculated. Results: A relevant decrease in the T2* time after 4 h of alpine skiing could be detected at the majority of measurement times. After overnight recovery, the T2* time increased above baseline. Although, the total T2* signal in the superficial cartilage layers was higher than that in the lower ones, no differences between the layers in the T2* changes could be detected. The central and posterior cartilage zones of the FTJ responded with a stronger T2* alteration than the anterior zones. Conclusions: For the first time, a quantitative MRI study setting could be established to detect early knee cartilage reaction due to alpine skiing. Relevant changes in the T2* time and thus in the intrachondral collagen microstructure and the free water content were observed., 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.

Recent improvements in alveolar echinococcosis (AE) therapy can provide long-term disease control, and even allow structured treatment interruption in selected cases. Imaging has a pivotal role in monitoring disease activity, with 18-fluoro-deoxyglucose positron emission and computed tomography (18F-FDG-PET/CT) in particular having proven beneficial for assessing disease activity. Repetitive regular examinations to monitor therapy response, however, can lead to substantial radiation burden. Therefore, by combining metabolic information and excellent tissue contrast in magnetic resonance imaging (MRI), PET/MR appears ideally suited for this task. Here, we retrospectively analyzed 51 AE patients that underwent 18F-FDG-PET/MR. Patients had a ‘confirmed/probable’ diagnosis in 22/29 cases according to the WHO classification. FDG uptake, diffusion restriction, and MRI morphology were evaluated. We found significant differences in FDG uptake between responders to benzimidazole therapy and progressive manifestations (SUVavg 2.7 ± 1.3 vs. 5.4 ± 2.2, p < 0.001) as well as between Kodama Types 1 and 3 (F = 9.9, p < 0.003). No significant differences were detected for ADC values or MRI morphology concerning response and no correlations were present between FDG uptake and ADC values. The mean radiation dose was 5.9–6.5 mSv. We conclude that the combination of metabolic information and MRI morphology at a low radiation dose proposes PET/MR as a suitable imaging modality for AE assessment. Longitudinal studies are needed to define the role of this imaging modality., publishedVersion

The present study examined disease progression in primary progressive aphasia (PPA), a rare neurodegenerative disease characterized by substantial and increasing language impairments. According to the current diagnostic criteria, three phenotypes are identified: the non-fluent variant, the semantic variant, and the logopenic variant. Specific clinical features are often correlated with neuroimaging-based biomarkers, suggesting particular neurodegenerative patterns for each subtype. The neuropsychological examination is a crucial part of the diagnosis and tracking of primary progressive aphasia, but increasing language impairments and the additional decline in general cognitive functioning with progressive dementia make it challenging to evaluate disease progression. A promising parameter is the volumetric examination of the brain. Several studies have examined the pathological changes in PPA; however, probably due to its low prevalence, a detailed analysis that quantifies and locates disease progression in each subset of primary progressive aphasia in early and later stages is missing so far. Reliable quantification measures and a comprehensive understanding of neuropathological disease progression is however essential to assess the effect of therapeutic approaches. This study aimed to characterize each of the primary progressive aphasia variants in comparison with healthy controls at first presentation at medical services and at the 1- and 2-year follow-up measurement. Structural MRI data were examined with a comprehensive atlas-based volumetric approach allowing for cross-sectional and longitudinal disease tracking in 56 cortical and subcortical areas and for both, gray and white matter changes. The results identified the most vulnerable brain regions for each variant and allowed calculation of sample sizes for follow-ups at one and two years to detect potential therapeutic effects reliably. Findings indicate, that at baseline, all primary progressive aphasia subgroups already differed significantly from healthy controls, with most pronounced volume reduction in the left ventrolateral prefrontal area for the non-fluent variant, the left temporal lobe and hippocampus/amygdala complex for the semantic variant, and the left temporal and temporoparietal region for the logopenic variant. Follow-up measurements after one year and two years revealed further atrophy progression in primarily affected areas in the non-fluent and semantic variants and a more widespread pattern in the logopenic phenotype. In the non-fluent variant, disease progression occurred most prominently in the bilateral frontal lobes with extensions to parts of the temporal, parietal, and occipital lobes. Particularly in this subtype, gray and white matter decreases diverged, pointing to a variant-specific spreading of pathology. In the semantic variant, brain atrophy was more pronounced at baseline and also at follow-up measurements compared with both other variants. Disease progression displayed a pronounced focal atrophy pattern mainly affecting lateral and medial temporal regions bilaterally with extensions to (medial) frontal and parietal regions. In lvPPA, atrophy occurred mainly left-lateral and to similar extents across all lobes and with diffuse but especially increasing frontal involvement with time. Atrophy patterns overlapped with relevant structures of the other two primary progressive aphasia variants and also with the relevant structures affected in young-onset Alzheimer���s disease. In all variants, left lateralized atrophy was more pronounced at baseline and at follow-up measurements. Overall, higher gray than white matter atrophy appeared in the semantic and logopenic variant but not in the non-fluent subgroup. Based on longitudinal volume change, calculations identified the most vulnerable and thus most sensitive regions per variant as a read-out for therapeutic approaches: On a single-group level, inferior frontal, superior temporal and subcortical structures were most suitable for the non-fluent variant. For the semantic and logopenic variant, temporal gyri and the hippocampus/amygdala complex were best suited to measure modifications. Across all groups, cohort sizes of n=30 per variant would be sufficient to identify a therapeutic effect of 50% at the 1-year follow-up visit, which is expected to be feasible for most double-blind therapeutic trials that promise a high effect. In sum, this study is the first to examine disease progression in all three variants of primary progressive aphasia by using consistent longitudinal follow-up measurements and an evidence-based, comprehensive analysis of the whole brain without a priori defined regions.

The feasibility of 2D tyGA UTE for the assessment of lung (proton) density, fractional ventilation, quantitative perfusion and qualitative contrast‐enhanced perfusion at 11.7 T was successfully investigated in mice. Lung parenchyma T2* was quantified for correct signal decay compensation during density calculation. Inter‐ and intra‐reader and interstudy reproducibility were assessed, showing the accuracy of the investigated approach. Imaging the lung parenchyma with MRI is particularly difficult in small animals due to the high respiratory and heart rates, and ultrashort T2* at high magnetic field strength caused by the high susceptibilities induced by the air–tissue interfaces. In this study, a 2D ultrashort echo‐time (UTE) technique was combined with tiny golden angle (tyGA) ordering. Data were acquired continuously at 11.7 T and retrospective center‐of‐k‐space gating was applied to reconstruct respiratory multistage images. Lung (proton) density (fP), T2*, signal‐to‐noise ratio (SNR), fractional ventilation (FV) and perfusion (f) were quantified, and the application to dynamic contrast agent (CA)‐enhanced (DCE) qualitative perfusion assessment tested. The interobserver and intraobserver and interstudy reproducibility of the quantitative parameters were investigated. High‐quality images of the lung parenchyma could be acquired in all animals. Over all lung regions a mean T2* of 0.20 ± 0.05 ms was observed. FV resulted as 0.31 ± 0.13, and a trend towards lower SNR values during inspiration (EX: SNR = 12.48 ± 6.68, IN: SNR = 11.79 ± 5.86) and a significant (P < 0.001) decrease in lung density (EX: fP = 0.69 ± 0.13, IN: fP = 0.62 ± 0.13) were observed. Quantitative perfusion results as 34.63 ± 9.05 mL/cm3/min (systole) and 32.77 ± 8.55 mL/cm3/min (diastole) on average. The CA dynamics could be assessed and, because of the continuous nature of the data acquisition, reconstructed at different temporal resolutions. Where a good to excellent interobserver reproducibility and an excellent intraobserver reproducibility resulted, the interstudy reproducibility was only fair to good. In conclusion, the combination of tiny golden angles with UTE (2D tyGA UTE) resulted in a reliable imaging technique for lung morphology and function in mice, providing uniform k‐space coverage and thus low‐artefact images of the lung parenchyma after gating., publishedVersion

Assessment of biodistribution and specific tumor accumulation is essential for the development of new radiopharmaceuticals and requires animal experiments. The HET-CAM (hens-egg test���chorioallantoic membrane) model can be used in combination with the non-invasive imaging modalities PET and MRI for pre-selection during radiopharmaceutical development to reduce the number of animal experiments required. Critical to the acceptance of this model is the demonstration of the quantifiability and reproducibility of these data compared to the standard animal model. Tumor accumulation and biodistribution of the PSMA-specific radiotracer [18F]F-siPSMA-14 was analyzed in the chick embryo and in an immunodeficient mouse model. Evaluation was based on MRI and PET data in both models. ��-counter measurements and histopathological analyses complemented these data. PSMA-specific accumulation of [18F]F-siPSMA-14 was successfully demonstrated in the HET-CAM model, similar to the results obtained by mouse model studies. The combination of MR and PET imaging allowed precise quantification of peptide accumulation, initial assessment of biodistribution, and accurate determination of tumor volume. Thus, the use of the HET-CAM model is suitable for the pre-selection of new radiopharmaceuticals and potentially reduces animal testing in line with the 3Rs principles of animal welfare., publishedVersion

Durch den Einsatz von bildgebenden Verfahren lässt sich jedes Jahr eine große Anzahl von Gewalttaten aufklären. Verwendet man nun diese Verfahren für die Altersbestimmung von Verletzungen, können potenziell noch mehr Fälle aufgeklärt werden. Ein großes Potenzial bietet dies bei der Aufklärung von Kindesmisshandlung, da hier entweder Aussage gegen Aussage steht oder in vielen Fällen das Kind keine Angaben zu den Verletzungen geben will oder zu jung ist etwaige Misshandlung anzusprechen. In dieser Bachelorarbeit werden die bildgebenden Verfahren Magnetresonanztomographie (MRT) und Computertomographie (CT) verglichen, um ihre Eignung für die Altersbestimmung von Verletzungen zu analysieren. In dieser Arbeit wurde auf Literatur- und Internetrecherche zurückgegriffen, um die oben genannte Forschungsfrage zu gut wie möglich zu beantworten. Passende Studien wurden dabei hauptsächlich über Google Scholar und die FH Bibliothek gesucht und gefunden. Um ein Verständnis für dieses Thema zu erlangen, beschäftigt sich diese Arbeit nicht nur mit bildgebenden Verfahren. Zuerst wird geklärt, was die häufigsten Verletzungen bei misshandelten Kindern sind und wie der Heilungsverlauf aussieht. Danach wird der Begriff der klinisch-forensischen Bildgebung erörtert und auf generelle Altersbestimmung von Verletzungen eingegangen. Anschließend werden die Magnetresonanztomographie und die Computertomographie auf ihre Relevanz zur Altersbestimmung von Verletzungen untersucht und anschließend miteinander verglichen. Zusätzlich werden in jedem Kapitel relevante Punkte für das Thema eHealth angesprochen und behandelt. Sowohl das MRT als auch das CT eignen sich zur Altersbestimmung von Verletzungen, dabei weisen beide Methoden Stärken und Schwächen auf. So ist das CT gut geeignet um Frakturen im Bereich der Rippen zu erkennen und ist hier auch wesentlich präziser als das MRT. Durch Zero-Echo-Time und Ultrashort-Echo-Time lässt sich auch im MRT der Knochen selbst erkennen. Bei der Bestimmung von Frakturen an großen Knochen (z.B.: Oberschenkelknochen) bietet auch das MRT eine gute Präzision zur Bestimmung der Fraktur. Hämatome, meist Hirnblutungen, werden sowohl mittels MRT also auch CT bestimmt. Grundsätzlich lässt sich hier sagen, dass das MRT präziser ist im Bereich der Weichteilstrukturen. So können beide Methoden zur Bestimmung von Verletzungen verwendet werden. Die Altersbestimmung von Verletzungen ist besonders wichtig, wenn es um die Aufklärung einer Gewaltat geht. Dies ist vor allem relevant bei schutzbedürftigen Personen, welche nicht in der Lage sind sich selbst zu helfen. Mithilfe von passender Dokumentation und der Altersabschätzung von Verletzungen könnten somit viele Kinder aus gewaltsamen Haushalten befreit werden. Verfolgt man diese Methoden weiter, könnte in Zukunft auch noch künstliche Intelligenz eingesetzt werden, um das Alter der Verletzungen schneller und noch genauer zu datieren. The use of imaging techniques allows a large number of violent crimes to be detected each year. If these methods are applied to determine the age of injuries, they can offer great potential in the clarification of child abuse, since it is either testimony against testimony or, in many cases, the child either does not speak, or is too young to speak. In this bachelor thesis, the imaging techniques Magnetic-Resonance-Imaging (MRI) and Computed Tomography (CT) are compared to analyse their applicability for the age determination of injuries. In this thesis, literature and internet research were used to answer the above mentioned research issue as precisely as possible. Suitable studies were mainly searched and found via Google Scholar and the FH library. In order to gain an understanding of this topic, this thesis does not only cover imaging techniques. First, it clarifies what the most common injuries in abused children are and how they heal, then discusses the concept of clinical forensic imaging, and general age determination of injuries. Subsequently, magnetic resonance imaging and computed tomography are examined for their relevance in the field of age determination of injuries and compared with each other. Additionally, in each chapter, relevant points for the topic of eHealth are addressed and dealt with. Both MRI and CT are suitable for determining the age of injuries, although each method has its strengths and weaknesses. CT is particularly suitable for detecting fractures in the rib region and is much more precise than MRI in this respect. Using zero-echo time and ultrashort-echo time, the bone itself can be detected on MRI as well. When determining fractures in large bones (e.g.: femur), MRI also provides reasonable precision for determining the fracture. Hematomas, mostly cerebral hemorrhages, are identified by both MRI and CT. In principle, it can be noted that MRI is more precise in the field of soft tissue structures. Thus, both methods can be used to determine injuries. The age determination of injuries is particularly important when it comes to the clarification of a crime scene. This is especially relevant for vulnerable persons who are not able to protect themselves. With the help of appropriate documentation and age assessment of injuries, many children could be rescued from violent households. If these methods are taken further, artificial intelligence could also be used in the future to date the age of injuries more quickly and more precisely. Verena Narnhofer Bachelorarbeit Graz, Fachhochschule Joanneum 2021

Familial pancreatic cancer (FPC) is a rare, mostly autosomal hereditary hereditary cancer whose genetic cause has not yet been clearly determined. In recent years, several national case collections have been established, including the FaPaCa registry. The aim was to detect the genetic causes and to examine high-risk individuals (HRP) of FPC families in an early detection program. Ideally, small PDAC and, even better, their high-grade precursor lesions could be detected early to achieve a cure if possible. MRI and endosonography are among the preferred examination methods. In the context of these early detection programs, extrapancreatic incidental tumors of benign and malignant nature are often detected in the screening of asymptomatic individuals. The aim of the presented study was to investigate how many of the HRP in the FaPaCa program show extrapancreatic benign and malignant incidentalomas and how the spectrum of incidentalomas differs from the findings in other screening programs. Therefore, the MRI and endosonographic findings of the FaPaCa program were evaluated retrospectively. In 213 of 268 (79.5%) HRPs examined, at least one extrapancreatic incidentaloma was found during participation in the screening program. The most frequent random findings of the collective included liver cysts (37.3%) and kidney cysts (28.0%). Most of these incidentalomas have no clinical relevance, malignant tumours or findings that need further intervention are rare (, Das familiäre Pankreaskarzinom (FPC) ist eine seltene, meist autosomal vererbte hereditäre Krebserkrankung, deren genetische Ursache bis dato nicht eindeutig ermittelt werden konnte. In den vergangenen Jahren etablierten sich einige nationale Fallsammlungen, unter anderem das FaPaCa-Register. Das Ziel hierbei war die genetischen Ursachen zu detektieren und Hochrisikopersonen (HRP) von FPC-Familien in einem Früherkennungsprogramm zu untersuchen. Idealerweise konnten dadurch kleine PDAC und, noch besser, deren hochgradige Vorläuferläsionen frühzeitig aufgedeckt werden, um möglichst eine Heilung zu erzielen. Zu den bevorzugten Untersuchungsmethoden gehören hierbei die MRT und die Endosonografie. Im Rahmen dieser Früherkennungsprogramme werden häufig beim Screening asymptomatischer Personen auch extrapankreatische Inzidentalome benigner und maligner Art, entdeckt. Ziel der vorgelegten Studie war, zu untersuchen, wieviele der HRP im FaPaCa-Programm extrapankreatische benigne und maligne Inzidentalome aufweisen und wie sich das Spektrum der Inzidentalome von den Befunden in anderen Früherkennungsprogrammen unterscheidet. Deshalb wurden die MRT- und Endosonographie-Befunde des FaPaCa-Programms retrospektiv ausgewertet. Bei 213 von 268 (79,5%) untersuchten HRPs wurde während der Teilnahme am Früherkennungsprogramm mindestens ein extrapankreatisches Inzidentalom gefunden. Zu den häufigsten Zufallsbefunden des Kollektivs gehören Leberzysten (37,3%) und Nierenzysten (28,0%). Die meisten dieser Inzidentalome haben keine klinische Relevanz, maligne oder interventionsbedürftige Befunde sind selten (

Degenerative changes of menisci contribute to the evolution of osteoarthritis in the knee joint, because they alter the load transmission to the adjacent articular cartilage. Identifying alterations in the strain response of meniscal tissue under compression that are associated with progressive degeneration may uncover links between biomechanical function and meniscal degeneration. Therefore, the goal of this study was to investigate how degeneration effects the three-dimensional (3D; axial, circumferential, radial) strain in different anatomical regions of human menisci (anterior and posterior root attachment; anterior and posterior horn; pars intermedia) under simulated compression. Magnetic resonance imaging (MRI) was performed to acquire image sequences of 12 mild and 12 severe degenerated knee joints under unloaded and loaded [25%, 50% and 100% body weight (BW)] conditions using a customized loading device. Medial and lateral menisci as well as their root attachments were manually segmented. Intensity-based rigid and non-rigid image registration were performed to obtain 3D deformation fields under the respective load levels. Finally, the 3D voxels were transformed into hexahedral finite-element models and direction-dependent local strain distributions were determined. The axial compressive strain in menisci and meniscal root attachments significantly increased on average from 3.1% in mild degenerated joints to 7.3% in severe degenerated knees at 100% BW (p ≤ 0.021). In severe degenerated knee joints, the menisci displayed a mean circumferential strain of 0.45% (mild: 0.35%) and a mean radial strain of 0.41% (mild: 0.37%) at a load level of 100% BW. No significant changes were observed in the circumferential or radial directions between mild and severe degenerated knee joints for all load levels (p > 0.05). In conclusion, high-resolution MRI was successfully combined with image registration to investigate spatial strain distributions of the meniscus and its attachments in response to compression. The results of the current study highlight that the compressive integrity of the meniscus decreases with progressing tissue degeneration, whereas the tensile properties are maintained.

Kontrastmittelanreicherungen der Meningen können bei vielen Erkrankungen unterschiedlicher Ätiologie beobachtet werden. Die Einführung neuer MRT-Verfahren, wie der dreidimensionalen „magnetization-prepared rapid-acquisition-gradient-echo“ (3D MP-RAGE)-Sequenz, haben zu einer prominenteren Darstellung veränderter Meningen geführt und sich in der alltäglichen, klinischen Praxis etabliert. Unklar blieb bislang allerdings, ob eine subjektive Verdickung erkrankter Meningen objektiv quantifizierbar ist und durch Messungen signifikante Unterschiede im Durchmesser und der Morphologie zu ermitteln sind. Ziel dieser Arbeit war, neben der Analyse verdickter Meningen in dem bislang größten vergleichbaren Patientenkollektiv, die klinischen Ursachen kontrastmittelaufnehmender Meningen bei unterschiedlichen MRT-Verfahren zu untersuchen, besonders in Hinblick auf die Meningeosis neoplastica. Dazu wurden ca. 41.500 Befunde aus den Jahren 2011-2016 mittels Stichwortsuche durchsucht, von denen 197 Untersuchungen in die Studie aufgenommen wurden und schließlich 108 Patienten komplett analysiert werden konnten. Verglichen wurden Schädel-MRTs nach Kontrastmittelgabe mit den Sequenzen T1 und 3D MP-RAGE gegen eine Kontrollgruppe von 121 Patienten mit normalen Meningen. Native T2-FLAIR-Sequenzen wurden für die Analyse der Morphologie und Signalintensität genutzt. Es konnte gezeigte werden, dass sich die visuelle Einschätzung einer meningealen Verdickung in der Beobachtungsgruppe durch Messungen des Durchmessers der Meningen (Mittelwert der Dicke 2,16mm ), im Vergleich zu einer als normal befundeten Kontrollgruppe (Mittelwert der Dicke 1,47mm), bestätigen lässt (p, Abnormal contrast enhancement of the cerebral meninges in magnetic resonance imaging (mri) can be observed in several diseases of various aetiology. The introduction of three-dimensional contrast enhanced (CE) „magnetization-prepared rapid-acquisition-gradient-echo“(mp-rage) sequences into routine MR-imaging resulted in a more prominent appearance of the meninges. However, it remained unclear if the visual assessment of meningeal thickening by a radiologist is reproducible by imaging software-based measurement. Furthermore, the suitability of this radiological parameter to determine significant differences in meningeal diameter and enhancement patterns was still questionable. This study analysed contrast-enhanced meninges in the largest comparable patient collective to date. The main goal of this analysis was to investigate the clinical conditions and diseases affecting the meninges, especially with regard to neoplastic meningitis (NM). To start out, the reports on approximately 41,500 MRI examinations from 2011 to 2016 were scanned by keyword search. 197 cases could be included in the study, of which 108 could be fully analysed with routine radiological analysis software. CE T1 sequences of the brain were compared with CE mp-rage-sequences against a control group of 121 patients whose meninges had a regular appearance. Additionally, native T2-FLAIR sequences were used for the analysis of morphology and signal intensity. The analysis by measurements of the meningeal diameter confirmed the visual assessment: meninges were significantly larger in the observation group (mean thickness 2.16mm) as compared to the control group with normal appearing meninges (mean thickness 1.47mm) (p

Thema Möglichkeiten und Limitationen der MRT bei Sportmuskelverletzungen Problem Muskelverletzungen sind die häufigsten Sportverletzungen und daher ist die bildgebende Diagnostik für die Klinik sehr wichtig. Nach der Anamneseerhebung, der Inspektion und Palpation erfolgt oft als erstes bildgebendes Verfahren die Sonographie. Doch diese Methode ist eingeschränkt und nicht sehr aussagekräftig. Der Standard für die Darstellung von Muskelverletzungen ist die Magnetresonanztomographie (MRT). Wichtig bei der MRT ist die richtige Sequenzwahl so wie der Zeitpunkt der Untersuchung nach der Verletzung. Fragestellung Welche Möglichkeiten bietet die MRT bei der Bildgebung von Sportmuskelverletzungen und welche Limitationen gibt es? Methode Bei der Literaturrecherche wurde die online Bibliothek der FH-Joanneum und Google Scholar, wobei einen Überblick über das Thema geschaffen wurde. Es wurde mit folgenden Schlagwörtern gesucht: MRT bei Muskelverletzungen Muskelverletzungen Muskel MRT Ergebnisse In mehreren Studien wurde gezeigt, wo die Stärken und Schwächen der MRT in der Diagnose von Sportmuskelverletzungen liegen. Dabei können mittels MRT genaue Darstellungen der Verletzungen erzielt werden und anhand dieser präzisen Angabe über die Ausfallszeit des Sportlers gemacht werden. Jedoch ist eine Untersuchung teuer und dauert lange. Hier kommen die Vorteile der Sonographie, die wesentlich günstiger und schneller durchzuführen ist, jedoch nicht so genaue Darstellungen liefert. Zukunft hat die kontrastmittelunterstützte Sonographie, die wesentlich sensitivere Aufnahmen machen kann. Diskussion Die MRT hat vor allem im Leistungssport ihren hohen Stellenwert verdient. Werden die richtigen Sequenzen (T1-gewichtete und T2-gewichtete STIR Sequenzen) zur richtigen Zeit (24-72 Stunden nach der Verletzung) gewählt, bietet die MRT eine optimale Darstellung der Verletzung und der Ödeme. Schlussfolgerung Die MRT ist der Goldstandart bei der Darstellung von Sportmuskelverletzungen und für eine genaue Diagnose nicht wegzudenken. Keywords (3-6) MRT bei Sportmuskelverletzungen, Muskelverletzungen, MRT Sequenzen Subject Possibilities and limitations of MRI in sports muscle injuries Problem Muscle injuries are the most common sports injuries and diagnostic imaging is therefore very important in the clinical context. After taking anamnesis, inspection and palpation, the first imaging procedure is often the sonography. But this method is limited and not very meaningful. The standard for imaging muscle injuries, however, is magnetic resonance imaging (MRI). Choosing the right sequence, as well as the time of the examination after the injury, is important for an MRI. Research Question What options does MRI offer for imaging sports muscle injuries and what are the limitations? Method For the literature research the online library of the FH-Joanneum and Google Scholar, whereby was used and an overview of the topic was created. The following keywords were used: MRI for muscle injuries Muscle injuries Muscle MRI Results Several studies shown where the strengths and weaknesses of MRI in diagnosis of sports muscle injuries lies. MRI can be used to precisely depict the injuries and on the basis of this, precise information about the athlete's downtime can be made. However, an examination is expensive and takes a long time. This is where the advantages of sonography comes in, which is much cheaper and quicker to perform, but does not provide such precise pictures. The future has contrast agent-assisted sonography, which can make significantly more sensitive images. Discussion The MRI has earned its high status, especially in competitive sports. If the correct sequences (T1-weighted and T2-weighted STIR sequences) are selected at the right time (24-72 hours after the injury), the MRI provides an optimal representation of the injury and the edema. Conclusion The MRI is the gold standard for the imaging of sports muscle injuries and an indispensable for a precise diagnosis. Keywords (3-6) MRI sports muscle injuries, muscle injury, MRI sequences Dominik Sükar Bachelorarbeit Graz, Fachhochschule Joanneum 2020

Thema: Vergleich der Darstellung der Lungen Ventilation mittels hochpolarisiertem Helium-3 in der Kernspintomographie mit der Lungenventilationsszintigraphie mittels radioaktiven Gases in der Nuklearmedizin – eine Literaturanalyse Problem: Herkömmliche Verfahren in der bildgebenden Diagnostik, welche Information über die Lungen Ventilation liefern können, kommen nicht ohne ionisierende Strahlung aus. Ebenfalls gibt es oft Schwierigkeiten eine genügend hohe Spezifität, welche für diesen Anwendungsbereich notwendig wäre, zu erreichen. Die Methode hochpolarisiertes Helium-3 zu verwenden wurde in den 90er Jahren erstmals aufgearbeitet und könnte zukünftig eine sehr vielversprechende Alternative sein. Fragestellung: Ist die Anwendung von hochpolarisiertem Helium-3 in der Kernspintomographie eine Alternative bzw. eine Verbesserung zur herkömmlichen Methode in der Nuklearmedizin mittels radioaktiven Gases (Technegas®) in der SPECT/CT? Ergeben sich Vorteile für PatientInnen sowie auch für das medizinische Personal? Methode: Es handelt sich hierbei um eine Literaturanalyse. Die Arbeit wird bestmöglich dem derzeitigen Wissensstand angeglichen und gängige Diagnoseverfahren als Grundlage angenommen. Ebenfalls wird eine Studie aus Erster klinischer Anwendung an der zu behandelnden Person sowie auch ein Studienvergleich angestellt werden. Vorgegangen wurde bei der Literaturrecherche mittels Prisma Methodik. Diese wird ein Flussdiagramm sowie auch eine Checkliste beinhalten. Ergebnisse: Der Vergleich von Studien und Literatur zeigte, dass laut derzeitigem Stand die SPECT/CT mittels radioaktiven Gases (Technegas®) State oft the Art in puncto Lungenemboliediagnostik ist. Es zeigte sich aber auch, dass der Einsatz von hochpolarisiertem Helium-3 eine sehr attraktive Darstellungsform für chronisch obstruktive Lungenerkrankungen darstellt und in der Performance sowie auch aus strahlenschutztechnischen Gründen überzeugen konnte. Diskussion: Die Anwendung der SPECT/CT für die Darstellung der Lungenventilation beruht auf dem Prinzip der Verwendung radioaktiven Gases. Hierbei finden sich jedoch noch Schwierigkeiten in der technischen Entwicklung dieser Vorgehensweise. Auch die Verwendung von hochpolarisiertem Helium-3 ist in der Umsetzung noch eher problematisch und setzt eine gewisse Compliance der PatientInnen voraus. Weiters zählen eine Limitierung in der Verfügbarkeit sowie auch hohe Kosten zu den Hürden für eine klinische Anwendung. Schlussfolgerung: Die Darstellung der Lungen Ventilation mittels hochpolarisiertem Helium-3 zeichnete sich als vielversprechende Methode ab. Es konnte eine hohe Performance in der Untersuchung, speziell bei der Detektion von obstruktiven Erkrankungen der Lunge erreicht werden. Weiters kommt diese Form der Untersuchung ohne ionisierende Strahlung aus und bietet somit eine attraktive Modalität sowohl für PatientInnen als auch das medizinische Personal. Subject: Comparison of the representation of lung ventilation using highly polarised helium-3 in magnetic resonance imaging with lung ventilation scintigraphy using radioactive gas in nuclear medicine - a literature analysis Problem: Conventional imaging diagnostic procedures, which can provide information about lung ventilation, cannot do without ionising radiation. There are also often difficulties in achieving a sufficiently high specificity, which would be necessary for this area of application. The method of using highly polarised helium-3 was first developed in the 1990s and could be a very promising alternative in the future. Research Question: Is the use of highly polarised helium-3 in magnetic resonance imaging an alternative or an improvement on the conventional method in nuclear medicine using radioactive gas (Technegas®) in SPECT/CT? Are there advantages for patients as well as for medical staff? Method: This is a literature analysis. The work will be adapted as far as possible to the current state of knowledge and the current diagnostic procedures will be adopted as a basis. A study from the first clinical application on the person to be treated as well as a study comparison will also be carried out. The literature search was preceded by a prism methodology. This will include a flow chart and a checklist. Results: The comparison of studies and literature showed that, according to the current status, SPECT/CT using radioactive gas (Technegas®) is often the state of the art in terms of pulmonary embolism diagnostics. However, it was also shown that the use of highly polarised helium-3 is a very attractive form of presentation for chronic obstructive pulmonary diseases and was convincing in terms of performance and also for radiation protection reasons. Discussion: The application of SPECT/CT for the imaging of pulmonary ventilation is based on the principle of using radioactive gas. However, there are still difficulties in the technical development of this approach. The use of highly polarised helium-3 is also still rather problematic in implementation and requires a certain degree of patient compliance. Further hurdles for a clinical application are a limited availability and high costs. Conclusion: The visualisation of pulmonary ventilation using highly polarised helium-3 showed to be a promising method. A high performance could be achieved in the examination, especially in the detection of obstructive lung diseases. Furthermore, this form of examination does not require ionising radiation and thus offers an attractive modality for both patients and medical staff. Axel Jurz Bachelorarbeit Graz, Fachhochschule Joanneum 2020

Background Imaging of the lung by MRI is challenging due to the intrinsic low proton density and rapid T2* relaxation. MRI methods providing lung parenchyma and function are in demand. Purpose To investigate the feasibility of two���dimensional ultrashort echo���time (2D UTE) imaging for lung function assessment. Study Type Prospective. Population Eleven healthy volunteers. Field Strength/Sequence 3T, 2D tiny golden angle UTE (2D���tyUTE). Assessment The applicability of breath���hold (BH) and self���gated (SG) 2D���tyUTE for quantification of the lung parenchyma signal���to���noise ratio (SNR), proton fraction (fP), fractional ventilation (FV), and perfusion (f) was investigated. Dependencies on repetition time (BHS/I1/I2) and respiratory phase (expiration [EX], inspiration [IN]) were investigated and compared between smokers and nonsmokers. Statistical Tests Analysis of variance (ANOVA), Kendell's W. Results Significant differences of SNR (EX: 10.98 �� 3.19(BHS), 14.58 �� 3.89(BHI1), 17.59 �� 4.92(BHI2), 11.00 �� 5.42(SG); IN: 7.17 �� 2.07(BHS), 9.51 �� 2.37(BHI1), 10.49 �� 2.33(BHI2), 10.00 �� 4.14(SG)) (P, publishedVersion

Epilepsien treten im Kindesalter mit einer Häufigkeit von 0,5 Prozent auf. Jedoch ist Epilepsie dabei nicht die eigene Erkrankung, sondern die Folge einer Erkrankung. Hierbei gibt es viele verschiedene Anfallsarten und auch unterschiedliche Ursachen. Ziel der Bildgebung ist es, diese Ursachen zu finden, um diese schnellstmöglich beseitigen zu können. Hauptsächlich wird als Methode der Wahl nur die Magnetresonanztomographie beschrieben, jedoch gibt es auch andere Bildgebungsarten die gewisse Vorteile zur Feststellung einer Epilepsie mit sich bringen. Dadurch ergibt sich folgende Fragestellung: Welche Untersuchungsmethode ist zur Feststellung der Ursache von Epilepsie bei Kindern am besten geeignet? Vorgegangen wird mit einer Inhaltsanalyse bestehend aus einer Auswahl an wissenschaftlichen Artikeln, Journals, und Studien. Die Literaturrecherche erfolgte unter anderem auch mit den Datenbanken „Google Scholar“ und „PubMed“. Als Suchbegriffe wurden verwendet: „Children Epilepsy“, „MRI Children“, „MRI Imaging“, „Epilepsy Imaging“. Das Weiteren wurden Fachbücher von der FH Joanneum Bibliothek entnommen. Die erhobenen Informationen werden analysiert und miteinander verglichen. 3 von 3 Studien, die die MRT mit der CT verglichen, verstärkten die Hypothese, dass die MRT als die Methode erster Wahl gerechtfertigt ist. 3 von 3 Studien, in der die MRT mit einer PET verglichen wurde, veranschaulichen, dass die MRT anfänglich mehr richtig positive Fälle aufdeckt, jedoch können mit Hilfe einer PET falsch negative Ergebnisse aufgedeckt werden. 3 von 3 Studien, welche die MRT mit einer SPECT verglichen, veranschaulichen ebenfalls, dass falsch negative Ergebnisse einer MRT Untersuchung, mit Hilfe einer SPECT aufgedeckt werden können. Die CT besitzt eine viel geringere Sensitivität und ist daher auch nicht so empfindlich wie die MRT. Des Weiteren hat die CT eine erhöhte Strahlenbelastung, die gerade bei Kindern vermieden werden sollte. Daraus ergibt sich, dass die MRT immer vorwiegend durchgeführt werden sollte. Bei der PET können durch die erhöhte Spezifität epileptogene Ursachen besser erkannt werden. Doch auch die PET hat durch den mit radioaktiv-markierten Zucker eine erhöhte Strahlenbelastung, die vermieden werden sollte. Deshalb sollte die PET nur bei unschlüssigen MRT-Ergebnissen angewandt werden. Das Iktal-SPECT ist gerade bei jüngeren Kindern eine sehr zuverlässige Methode um mögliche eptileptische Areale darstellen zu können. Vor allem die Subtraktionsbilder verbessern die Empfindlichkeit gegenüber klassischen visuellen Analysen enorm. Aus diesen Gründen, ist das Iktal-SPECT eine sehr hilfreiche Technik, den Beginn eines Anfalls zu lokalisieren und somit die interkranielle Aufzeichnung bei Epilepsie steuern zu können. Jedoch müssen auch hier radioaktive Substanzen verabreicht werden, die eine erhöhte Strahlenbelastung mit sich bringen. Daraus folgt, dass auch die SPECT nur als zusätzliche Untersuchung dienen sollte. Schlussendlich ist zu sagen, dass als Methode der Wahl immer eine Magnetresonanztomographie durchgeführt werden sollte und ausschließlich bei unschlüssigen oder nicht eindeutigen Ergebnissen eine PET oder SPECT darauffolgen sollte. Epilepsies occur in childhood with a frequency of 0.5 percent. However, epilepsy is not a disease in itself, but the consequence of a disease. There are many different types of seizures and also different causes. The aim of imaging is to find these causes in order to eliminate them as quickly as possible. Magnetic resonance imaging is mainly described as the method of choice, but there are also other types of imaging that have certain advantages for detecting epilepsy. This leads to the following question: Which examination method is best suited to determine the cause of epilepsy in children? We proceeded with a content analysis consisting of a selection of scientific articles, journals, and studies. The literature search was also conducted using the databases "Google Scholar" and "PubMed". The following search terms were used: "Children Epilepsy", "MRI Children", "MRI Imaging", "Epilepsy Imaging". Furthermore, reference books were taken from the FH Joanneum library. The collected information will be analyzed and compared. 3 of 3 studies comparing MRI with CT strengthened the hypothesis that MRI is justified as the method of first choice. 3 of 3 studies comparing MRI with PET illustrate that MRI initially reveals more true-positive cases, but false negatives can be revealed using PET. 3 of 3 studies comparing MRI with SPECT also illustrate that false negatives on MRI can be detected with SPECT. CT has a much lower sensitivity and is therefore not as sensitive as MRI. Furthermore, CT has an increased radiation exposure, which should be avoided, especially in children. As a result, MRI should always be performed predominantly. With PET, epileptogenic causes can be better detected due to the increased specificity. However, PET also has an increased radiation exposure due to the radioactive-labeled sugar, which should be avoided. Therefore, PET should only be used when MRI results are inconclusive. Ictal SPECT is a very reliable method to visualize possible eptileptic areas, especially in younger children. Especially the subtraction images improve the sensitivity enormously compared to classical visual analyses. For these reasons, ictal SPECT is a very helpful technique to localize the onset of a seizure and thus to control the intercranial recording in epilepsy. However, radioactive substances must also be administered here, which entail increased radiation exposure. It follows that SPECT should also serve only as an additional examination. In conclusion, magnetic resonance imaging should always be the method of choice and should be followed by PET or SPECT only if the results are inconclusive or ambiguous. Karina Heger Bachelorarbeit Graz, Fachhochschule Joanneum 2020

Restless legs syndrome (RLS) is a sensorimotor disorder with alterations in somatosensory processing in association with a dysfunctional cerebral network, involving the basal ganglia, limbic network, and sensorimotor pathways. Resting state functional magnetic resonance imaging (MRI) is a powerful tool to provide in vivo insight into functional processing and as such is of special interest in RLS considering the widespread pattern of networks involved in this disorder. In this meta-analysis of resting state functional MRI studies, we analyzed the preponderance of functional connectivity changes associated with RLS and discussed possible links to sensorimotor dysfunction and somatosensory processing., publishedVersion

MRI (magnetic resonance imaging) is an indispensable tool in the diagnosis of centrals nervous system (CNS) disorders such as spinal cord injury and multiple sclerosis (MS). In contrast, diagnosis of peripheral nerve injuries largely depends on clinical and electrophysiological parameters. Thus, currently MRI is not regularly used which in part is due to small nerve calibers and isointensity with surrounding tissue such as muscles. In this study we performed translational MRI research in mice to establish a novel MRI protocol visualizing intact and injured peripheral nerves in a non-invasive manner without contrast agents. With this protocol we were able to image even very small nerves and nerve branches such as the mouse facial nerve (diameter 100���300��m) at highest spatial resolution. Analysis was performed in the same animal in a longitudinal study spanning 3 weeks after injury. Nerve injury caused hyperintense signal in T2-weighted images and an increase in nerve size of the proximal and distal nerve stumps were observed. Further hyperintense signal was observed in a bulb-like structure in the lesion site, which correlated histologically with the production of fibrotic tissue and immune cell infiltration. The longitudinal MR representation of the facial nerve lesions correlated well with physiological recovery of nerve function by quantifying whisker movement. In summary, we provide a novel protocol in rodents allowing for non-invasive, non-contrast agent enhanced, high-resolution MR imaging of small peripheral nerves longitudinally over several weeks. This protocol might further help to establish MRI as an important diagnostic and post-surgery follow-up tool tomonitor peripheral nerve injuries in humans., publishedVersion

The World Health Organization has been listing cardiovascular disease and its sequelae as one of the leading causes of death worldwide for several years in its annual report. In general this includes all disease that originates from the vascular system and / or from the heart. Due to the high patient rate, there is great interest in researching the exact processes and effects of the diseases on the tissue as well as on the flow behavior. These can be used to develop therapeutic options, but also to expand existing basic research. Microscopic magnetic resonance imaging has been shown to be a suitable tool to analyze flow behavior within 3D printed vessel models of different shapes and is therefore also used as a methodology in this work. Prepared tissue samples were successfully acquired with high resolution, allowing calcifications, potentially in vivo, to be visualized and compared with other samples. In addition, a program could be created, which allows the calculation of the inner free area in the tissue. This could be used to visualize possible changes in the tissue structure over a certain period of time, but also as a snapshot at the time of measurement. To analyze the flow behavior, Newtonian and non-Newtonian fluids are used. The initial measurements were performed with water as Newtonian fluid. Afterwards we were looking for a blood substitute solution which behavior is as close as possible to the behavior of blood. For this purpose, various xanthan mixtures with a xanthan amount between 75 mg and 1200 mg per liter of water were prepared and examined by rheometer, as well as by the time-of-flight method of MRI on its properties as a potency fluid. It could be shown that in the relevant shear range of our measurements (50-60 1 / s) the xanthan mixture is a good substitute for blood. The measurements with the phase contrast sequence were mainly performed on two types of vascular models. They were performed on an aneurysm model, as well as various stenosis models. The measurements allow the acquisition of the three-dimensional velocity profile of the different model geometries and thus a detailed representation of the spatial evolution of the shift of the velocity field after a change in the model. Subsequently, the deviation of the flow profile between the theoretical power law and the measured data were determined in order to get the distance in which the flow behaviour has returned to its normal state. Furthermore, a potential guideline may be established on how much further after the disturbance of the flow behavior the simulations should be performed depending on the specific alteration. This distance determination was carried out for three different categories. On the one hand the dependence of different stenosis degrees was examined. In addition, the flow rate was varied and on the other hand the concentration dependence was considered. An exponential or rather quadratic relationship could be determined empirically. Finally, the stenosis models and the aneurysm model were examined for their wall shear stress. This is an important criterion to better understand the changes in the vessel wall, such as aneurysms, as well as to estimate a potential rupture risk for the areas with differing wall shear stress. It could be shown that in general there are strongly increased values at the stenosis constrictions and also at the opposite wall. These sites are potentially highly vulnerable spots in the tissue that have an increased risk of breakthrough. Furthermore, these sites are susceptible to the formation of aneurysms., Die Weltgesundheitsorganisation führt seit mehreren Jahren kardiovaskuläre Erkrankungen und deren Folgeerkrankungen als eine der häufigsten Todesursachen weltweit in ihrem jährlichen Bericht. Zu diesen Erkrankungen werden allgemein die Erkrankungen gezählt, die vom Gefäßsystem und bzw. oder vom Herzen ausgehen. Aufgrund der hohen Patientenrate ist ein großes Interesse vorhanden, die genauen Abläufe und Auswirkungen der Erkrankungen auf das Gewebe als auch auf das Strömungsverhalten zu erforschen. Diese können genutzt werden um verbesserte Therapiemöglichkeiten zu entwickeln, aber auch die bestehende Grundlagenforschung zu erweitern. Die mikroskopische Magnetresonanz-tomographie hat sich als ein geeignetes Mittel gezeigt, um das Strömungsverhalten innerhalb von 3D-Druck-Gefäßmodellen unterschiedlicher Form zu analysieren und wird daher auch in dieser Arbeit als Methodik verwendet. Präparierte Gewebeproben konnten erfolgreich hochauflösend aufgenommen werden und ermöglichen so Kalzifizierungen, potentiell in vivo, zu visualisieren und mit anderen Proben zu vergleichen. Zusätzlich konnte ein Programm erstellt werden, das die Berechnung der inneren freien Fläche im Gewebe ermöglicht. In Zukunft kann dies dazu genutzt werden um mögliche Veränderungen der Gewebestruktur über einen bestimmten Zeitraum, aber auch initial zum Messzeitpunkt sichtbar zu machen. Zur Analyse des Strömungsverhaltens wurden newtonsche und nicht-newtonsche Flüssigkeiten verwendet. Erste Messungen wurden mit Wasser als newtonsche Flüssigkeit vollzogen, um im Anschluss eine Blutersatzlösung zu finden, die dem Verhalten von Blut möglichst gut abbildet. Dazu wurden verschiedene Xanthan-Mischungen mit einer Xanthanmenge zwischen 75 mg und 1200 mg pro Liter Wasser hergestellt und mittels Rheometer, als auch mittels der Time-of-Flight-Methode der MRI auf seine Eigenschaften als Potenzfluid untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass in dem relevanten Scherbereich unserer Messungen (50-60 1/s) die Xanthan-Mischung ein gutes Substitut für Blut ist. Die Untersuchungen mittels der Phasenkontrastsequenz bei einer konstanten Strömung wurden hauptsächlich an zwei Gefäßmodelltypen durchgeführt. Sie wurden an einem Aneurysma-modell, als auch diversen Stenosenmodellen ausgeführt. Die Messungen ermöglichen die Erfassung des dreidimensionalen Geschwindigkeitsprofils der unterschiedlichen Modell-geometrien und so eine detaillierte Darstellung der räumlichen Entwicklung der Ver-schiebung des Geschwindigkeitsfeldes nach einer Veränderung. Im Anschluss wurden die Abweichungen des Flussprofils zwischen dem theoretischen Potenzgesetzes und den Messdaten bestimmt, um zu überprüfen nach welcher Distanz das Strömungsverhalten sich wieder seinem Normalzustand, vor der Veränderung, angenähert hat. Weiterhin ermöglicht es eine potentielle Richtlinie, wie weit Simulationen des Flussverhaltens in Abhängigkeit der Veränderung durchgeführt werden sollten. Diese Distanzbestimmung wurde für drei Kategorien durchgeführt. Zum einen wurde die Abhängigkeit unterschiedlicher Stenosegrade untersucht. Zudem wurde die Fluss-geschwindigkeit variiert und zum anderen wurde die Konzentrationsabhängigkeit betrachtet. Es konnte ein exponentieller bzw. quadratischer Zusammenhang empirisch festgestellt werden. Zuletzt wurden die Stenosenmodelle und ein Aneurysmamodell auf ihre Eigenschaft der Wandscherspannung untersucht. Dies ist ein wichtiges Kriterium um die Veränderungen der Gefäßwand, wie Aneurysmen, besser zu verstehen als auch ein Rupturrisiko für die Bereiche mit abweichenden Wandscherspannung abzuschätzen. Es konnte gezeigt werden, dass im Allgemeinen es zu stark erhöhten Werten an den Stenosenverengungen kommt, bzw. ebenfalls an der gegenüberliegenden Wand. Diese Stellen sind potentiell stark gefährdete Punkte im Gewebe, die ein erhöhtes Durchbruchrisiko aufweisen. Weiterhin sind diese Stellen anfällig für die Bildung von Aneurysmen.

The validation of novel target-specific radioligands requires animal experiments mostly using mice with xenografts. A pre-selection based on a simpler in vivo model would allow to reduce the number of animal experiments, in accordance with the 3Rs principles (reduction, replacement, refinement). In this respect, the chick embryo or hen&rsquo, s egg test&ndash, chorioallantoic membrane (HET-CAM) model is of special interest, as it is not considered an animal until day 17. Thus, we evaluated the feasibility of quantitative analysis of target-specific radiotracer accumulation in xenografts using the HET-CAM model and combined positron emission tomography (PET) and magnetic resonance imaging (MRI). For proof-of-principle we used established prostate-specific membrane antigen (PSMA)-positive and PSMA-negative prostate cancer xenografts and the clinically widely used PSMA-specific PET-tracer [68Ga]Ga-PSMA-11. Tracer accumulation was quantified by PET and tumor volumes measured with MRI (n = 42). Moreover, gamma-counter analysis of radiotracer accumulation was done ex-vivo. A three- to five-fold higher ligand accumulation in the PSMA-positive tumors compared to the PSMA-negative tumors was demonstrated. This proof-of-principle study shows the general feasibility of the HET-CAM xenograft model for target-specific imaging with PET and MRI. The ultimate value for characterization of novel target-specific radioligands now has to be validated in comparison to mouse xenograft experiments.

Unipolar Depression is one of the leading causes of disability and loss of quality of life. Research on its pathogenesis could provide information about influencing pathological und physiological factors and possibly new options in treating the disease. The amygdala, part of the limbic system, has been identified as a part of neuroanatomical networks of depression. Morphometric measurement of the amygdala in MRI revealed differences in volume, comparing major depressive disorder (MDD) patients and healthy controls. Yet, the results have been inconsistent so far. Different approaches in segmentation, quality of MRI but also hitherto unknown other influencing factors on amygdala volume may account for these discrepancies. For this study, a new segmentation protocol for use in high definition 3-Tesla-MRI was defined. Neuroanatomical boundaries and landmarks of earlier segmentation protocols were taken into account. Using all three dimensions to simplify separation from other structures, a highly reliable and valid instrument for measuring the amygdala could be provided. The new protocol was applied on MR images of MDD patients and healthy controls. A significant bilateral reduction of amygdala volume in patients could be shown. Evidence suggests that duration of the illness is linked to the degree of right amygdala volume reduction. MRI morphometry is only able to deliver an indirect copy of the real neuroanatomy, e.g. there is a loss of quality as a consequence of digitalizing in MRI and of inaccuracy in segmentation. In spite of imprecise absolute measurement, relative connections in clinical clusters can be shown. With future further improvement of MRI technology and accompanying adapted segmentation protocols, the inaccuracy of measurement will be reduced and the distortion between the amygdala in vivo and its segmented image will be diminished. Segmentation protocols must probably be adapted with increasing quality of the utilized MRI. Standardizing protocols and measuring instruments however is desirable to allow comparing the results of different studies and facilitate identification of pathological patterns., Die unipolare Depression ist eine weltweit führende Ursache von Arbeitsunfähigkeit und Verlust an Lebensqualität. Es besteht daher ein großes Interesse an der Erforschung ihrer Pathogenese. In verschiedenen Hirnregionen wurden neuroanatomische Depressionsnetzwerke identifiziert in denen die Amygdala, ein Kerngebiet des limbischen Systems, einen der Knotenpunkte darstellt. Mittels morphometrischer Messungen im MRT wurden bei depressiven Menschen Volumenveränderungen der Amygdala festgestellt, bisherige Ergebnisse waren jedoch nicht einheitlich. Gründe für diese Divergenz sind möglicherweise nicht nur Unterschiede in den Segmentierprotokollen, sondern auch bisher unbekannte Einflussgrößen des Amygdalavolumens. Nach Evaluation bisheriger Segmentierprotokolle und ihrer neuroradiologischen Grenzlinien wurde in dieser Arbeit ein neues Protokoll zur Anwendung bei hoch auflösenden 3-Tesla-MR-Tomogrammen entwickelt. Durch die hohe Qualität der MRT und die im neuen Protokoll angewendete schrittweise Segmentierung aller drei Raumebenen konnte ein hoch reliables und valides Messinstrument des Amygdalavolumens entwickelt werden. Eine Anwendung dieses Protokolls auf MRT von depressiven Menschen und Gesunden zeigte eine signifikante bilaterale Volumenminderung der Amygdala bei Erkrankten. Es bestand ein Zusammenhang zwischen der Erkrankungsdauer und dem Ausmaß der Volumenminderung der rechten Amygdala. Die MRT-Morphometrie gibt methodenbedingt (Qualitätsverlust unter anderem durch Digitalisierung im MRT und durch Messungenauigkeit bei der Segmentierung) nur ein indirektes Abbild der tatsächlichen Neuroanatomie wieder. Trotz fehlender Genauigkeit absoluter Messungen ist es aber möglich, relative Zusammenhänge aufzuweisen. Durch eine zukünftige weitere Verbesserung der MR-Technik und für die Bildqualität optimierte Segmentierprotokolle wird die Messungenauigkeit sinken; die Verzerrung zwischen der Amygdala in vivo und ihrem segmentierten Abbild wird weiter minimiert werden. Perspektivisch ist eine Vereinheitlichung der Protokolle und Messinstrumente wünschenswert. So könnten die Ergebnisse verschiedener Studien miteinander verglichen und damit pathologische Muster leichter identifiziert werden.

This work considered the frequency-modulated balanced steady-state free precession (fm-bSSFP) sequence as a tool to provide banding free bSSFP MR images. The sequence was implemented and successfully applied to suppress bandings in various in vitro and in vivo examples. In combination with a radial trajectory it is a promising alternative for standard bSSFP applications. First, two specialized applications were shown to establish the benefits of the acquisition strategy in itself. In real time cardiac imaging, it was shown that the continuous shift in frequency causes a movement of the bandings across the FOV. Thus, no anatomical region is constantly impaired, and a suitable timeframe can be found to examine all important structures. Furthermore, a combination of images with different artifact positions, similar to phase-cycled acquisitions is possible. In this way, fast, banding-free imaging of the moving heart was realized. Second, acquisitions with long TR were shown. While standard bSSFP suffers from increasing incidence of bandings with higher TR values, the frequency-modulated approach provided banding free images, regardless of the TR. A huge disadvantage of fm-bSSFP, in combination with the radial trajectory, is the decrease in signal intensity. In this work a specialized reconstruction method, the multifrequency reconstruction for frequency-modulated bSSFP (Muffm), was established, which successfully compensated that phenomena. The application of Muffm to several anatomical sites, such as inner ear, legs and cardiac acquisitions, proofed the advantageous SNR of the reconstruction. Furthermore, fm-bSSFP was applied to the clinically highly relevant task of water-fat separation. Former approaches of a phase-sensitive separation procedure in combination with standard bSSFP showed promising results but failed in cases of high inhomogeneity or high field strengths where banding artifacts become a major issue. The novel approach of using the fm-bSSFP acquisition strategy with the separation approach provided robust, reliable images of high quality. Again, losses in signal intensity could be regained by Muffm, as both approaches are completely compatible. Opposed to conventional banding suppression techniques, like frequency-scouts or phase-cycling, all reconstruction methods established in this work rely on a single radial acquisition, with scan times similar to standard bSSFP scans. No prolonged measurement times occur and patient time in the scanner is kept as short as possible, improving patient comfort, susceptibility to motion or physiological noise and cost of one scan. All in all, the frequency-modulated acquisition in combination with specializes reconstruction methods, leads to a completely new quality of images with short acquisition times., In dieser Arbeit wird eine Modifikation der balanced steady-state free precession (bSSFP) Sequenz betrachtet. Die frequenzmodulierte bSSFP-Sequenz (fm-bSSFP) kann die sonst typischen Band-Artefakte in bSSFP-MR-Bildern verhindern. Die Sequenz wurde im Rahmen der Arbeit am MR-Scanner implementiert und erfolgreich in verschiedenen in-vitro- und in-vivo-Beispielen angewendet. In Kombination mit einer radialen Trajektorie erwies es sich als eine vielversprechende Alternative für alle Standard-bSSFP Anwendungen. Zuerst wurden zwei spezialisierte Anwendungen gezeigt, um die Vorteile der Akquisitionsstrategie an sich darzustellen. Am Beispiel der Echtzeit-Herzbildgebung konnte mit Hilfe der kontinuierlichen Frequenzverschiebung eine Bewegung der Bänder über das FOV erzeugt werden. Somit wird keine anatomische Region ständig von Artefakten überlagert und für jeden Bereich kann ein geeigneter Zeitrahmen gefunden werden, um die wichtigen Strukturen darzustellen und zu untersuchen. Darüber hinaus ist eine Kombination von Bildern mit verschiedenen Artefaktpositionen möglich, ähnlich zu mehreren Aufnahmen mit verschiedenen Phasenzyklen. Auf diese Weise wurde eine schnelle Bildgebung des sich bewegenden Herzens ohne Bandartefakte realisiert. Zusätzlich wurden Aufnahmen mit langen Repetitionszeiten (TR) untersucht. Während in der Standard-bSSFP die Häufigkeit von Bandartefakten mit steigendem TR-Wert zunimmt, lieferte der frequenzmodulierte Ansatz Banding-freie Bilder unabhängig vom TR. Ein großer Nachteil von fm-bSSFP in Kombination mit der radialen Trajektorie ist der Verlust von Signalintensität bei der Rekonstruktion. In dieser Arbeit wurde eine spezielle Rekonstruktionsmethode namens Muffm (mulitfrequency reconstruction for frequency-modulated bSSFP) etabliert, die diesen Verlust erfolgreich kompensieren kann. Die Anwendung von Muffm an verschiedenen anatomischen Strukturen, wie Innenohr, Bein und Herzaufnahmen, bestätigte das vorteilhafte Signal-zu-Rausch-Verhältnis, dass durch die spezielle Rekonstruktion gewonnen werden kann. Darüber hinaus wurde die fm-bSSFP auf die klinisch interessante Wasser-Fett-Trennung angewandt. Frühere Ansätze eines phasenempfindlichen Trennverfahrens in Kombination mit Standard-bSSFP zeigten vielversprechende Ergebnisse, scheiterten jedoch in Fällen hoher Inhomogenität oder hoher Feldstärken an den auftretenden Bandartefakten. Der neue Ansatz, diesen Separationsalgorithmus mit der fm-bSSFP-Akquisitionsstrategie zu verbinden, lieferte robuste, zuverlässige Bilder von hoher Qualität. Auch hier konnten entstehende Verluste in der Signalintensität durch Muffm zurückgewonnen werden, da beide Ansätze vollständig kompatibel sind. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bandunterdrückungstechniken, wie Frequenz-Scouts oder die Aufnahme mehrerer Bilder mit verschiedenen Phasenzyklen, beruhen alle in dieser Arbeit etablierten Rekonstruktionsverfahren auf einer einzigen radialen Aufnahme. Die Messzeiten sind daher identisch zur Aufnahme einer Standard-bSSFP Messung. Das Verfahren ermöglicht eine deutliche Verkürzung der Aufenthaltsdauer im Scanner bei einer gleichzeitigen Garantie ein artefaktfreies Bild zu erhalten. Damit ist es insbesondere für Patienten von Vorteil, die unter Platzangst oder sonstigen Beschwerden leiden, die ein langes Stillliegen erschweren. Außerdem werden Bewegungsartefakte, physiologisches Rauschen und nicht zuletzt die Kosten eines Scans minimiert. Insgesamt bietet die frequenzmodulierte bSSFP Aufnahme in Kombination mit spezialisierten Rekonstruktionsverfahren neue Möglichkeiten zur schnellen Aufnahme von Bildern ohne Bandartefakte.

The diagnosis of certain spine pathologies, such as scoliosis, spondylolisthesis and vertebral fractures, are part of the daily clinical routine. Very frequently, MRI data are used to diagnose these kinds of pathologies in order to avoid exposing patients to harmful radiation, like X-ray. Developing a segmentation system for an array of vertebrae is complex, so the method was first tested on brain tumors of types glioblastoma multiforme and pituitary adenoma. A small triangular surface mesh at the approximate center of the tumor is inflated towards the boundary using balloon force, keeping it approximately star-shaped. The boundary is implicitly binarized by the inflation rules, based on the minimum and maximum intensity from the initialization step. After the segmentation is finished, the tumor volume is calculated. The spine segmentation system uses a bottom-up approach for detecting vertebral bodies based on just one manual initialization. A subdivision surface hierarchy is introduced as an efficient global-to-local smoothness constraint, which can be thought of as an internal force. Together with intensities, low-high (LH) values were initially used to ease boundary finding, but the boundary estimation evolved into a multi-feature combiner. The final system utilizes a Viola-Jones detector to determine centers and approximate sizes of vertebral bodies. This gives the user a chance to manually correct detections, enables parallel feature calculation and segmentation, and is a basis for reliable diagnosis established at the end. The system was evaluated on 26 lumbar datasets containing 234 reference vertebrae. Vertebra detection has 7.1% false negatives and 1.3% false positives. The average Dice coefficient to manual reference is 79.3% and mean distance error is 1.77 mm. No severe case of the three addressed illnesses was missed, and false alarms occurred rarely – 0% for scoliosis, 3.9% for spondylolisthesis and 2.6% for vertebral fractures. The main advantages of this system are high speed, robust handling of a large variety of routine clinical images, and simple and minimal user interaction. Die Diagnose von bestimmten Wirbelsäulenerkrankungen, wie z.B. Skoliose, Spondylolisthesis oder Wirbelbrüche, sind Teil des Klinikalltags. Häufig werden zur Diagnose dieser Art von Erkrankungen MRT-Daten benutzt, um zu vermeiden, dass Patienten schädlicher Strahlung, wie z.B. Röntgenstrahlung, ausgesetzt werden. Die Entwicklung eines Segmentierungssystems für eine Reihe von Wirbeln ist komplex. Deshalb wurde die Methode zuerst für zwei Typen von Gehirntumoren, Glioblastoma multiforme und Hypophysenadenom, getestet. Ein kleines Dreiecksnetz wird am ungefähren Zentrum des Tumors durch Ballon-Forces expandiert, wobei seine Struktur näherungsweise sternförmig gehalten wird. Der Datensatz wird durch diese Kräfte basierend auf den Minimum- und Maximumintensitäten beim Initialisierungsschritt implizit in ein inneres und ein äußeres Segment unterteilt. Nachdem die Segmentierung abgeschlossen ist, wird das Volumen des Tumors berechnet. Das Segmentierungssystem für die Wirbelsäule benutzt einen „Bottumup“- Ansatz zur Erkennung der Wirbel, der auf nur einer manuellen Initialisierung basiert. Als effiziente global-zu-lokal Glättungsbedingung wurde eine Oberflächenunterteilungshierarchie eingeführt, die man sich als interne Kraft vorstellen kann. Zu Beginn wurden Intensitätswerte zusammen mit „low-high“-Werten verwendet um die Ermittlung von Kanten zu erleichtern. Aber der Kantenschätzer entwickelte sich hin zu einem Multimerkmalsansatz. Das endgültige System benutzt einen Viola-Jones-Detektor um das Zentrum und die ungefähre Größe von Wirbeln zu bestimmen. Dieser Ansatz gibt dem Nutzer die Möglichkeit die Erkennung manuell zu korrigieren und ermöglicht eine parallele Berechnung der Merkmale und Segmentierung und stellt eine Basis für eine zuverlässige Diagnose dar. Das System wurde an 26 lumbalen Datensätzen evaluiert, welche 234 Referenzwirbel beinhalteten. Die Wirbelerkennung hat 7.1% „false positives“ und 1.3% „false negatives“. Der durchschnittliche Dice-Koeffizient im Vergleich zur Handsegmentierung ist 79.3% und der mittlere Abstandsfehler beträgt 1.77mm. Alle schlimmere Fälle der drei Erkrankungen wurde korrekt erkannt und Fehlalarme traten selten auf – 0% bei Skoliose, 3.9% bei Spondylolisthesis und 2.6% bei Wirbelfrakturen. Die Hauptvorteile dieses Systems sind die hohe Geschwindigkeit, die robuste Handhabung von alltäglichen klinischen Aufnahmen und die einfache als auch minimale Benutzerinteraktion.

Focal hippocampal diffusion-weighted imaging (DWI) lesion patterns are detected in transient global amnesia (TGA) patients in different frequency. It has been speculated that acute diffusion restrictions are associated with a worse outcome. Therefore, we evaluated the influence of acute DWI lesions on the cognitive long-term outcome in TGA patients. Seventeen otherwise healthy patients with the clinical syndrome of TGA, who had MRI investigations on admission as well as 1 day later, were investigated with a comprehensive neuropsychological test battery 2 years later. Acute hippocampal DWI lesions in TGA patients were detected in almost two thirds of the patients. Psychometric evaluation revealed no differences in cognitive performance between patients with and without DWI lesions as well as compared to healthy subjects. In addition, no relapse of the attack has been recognized in either group of TGA patients. �� In Copyright http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/, publishedVersion

Diese Dissertation zeigt, dass Hintergrundrhythmen mit Hilfe der gleichzeitigen Messung von EEG und fMRI Signalen untersucht werden können. Die Methodik dieses Ansatzes wurde durch den Einsatz einer speziellen fMRI Sequenz weiterentwickelt, und die Signalqualität durch visuell evozierte Potentiale überprüft. Der prominente okzipitale Alpha-Rhythmus und die vergleichsweise schwächeren rolandischen Rhythmen konnten in der elektromagnetisch störenden Umgebung des Magnetresonanztomografen, auch und gerade während der funktionellen Messsequenzen identifiziert werden. Durch den Einsatz der in dieser Arbeit vorgestellten Nachverarbeitungsmethoden kann die simultane Aufnahme von EEG und fMRI Signalen wertvolle Informationen über die neuronale Grundlage von Hirnrhythmen und ihrer hemodynamischer Korrelate liefern. Die hier vorgestellten Daten bekräftigen die Hypothese, dass die Amplitude der Hintergrundrhythmen mit spezifischen Deaktivierungen in sensorischen Hirnarealen einhergehen. Eine erhöhte Amplitude aller untersuchter Rhythmen war mit einem negativen BOLD Signal in sensorischen kortikalen Arealen verknüpft, was auf einen erniedrigten Energieverbrauch in Arealen mit höherer Synchronizität schliessen lässt. Der posteriore Alpha Rhythmus, ist invers mit dem hemodynamischen Signal in primären visuellen Arealen gekoppelt, während hämodynamische Korrelate der rolandischen Alpha und Beta Rhythmen in somatomotorischen Arealen lokalisiert wurden. Für den rolandischen Alpha und Beta Rhythmus wurden unterschiedliche regionale Netzwerke gefunden. Der rolandische Beta Rhythmus ist mit dem Motornetzwerk, während der rolandische Alpha Rhythmus mit einen somatosensorischen bzw. Assoziationsnetzwerk assoziert ist, was eine fundamentale Eigenschaft des Somatomotorischen Systems zu sein scheint. Die rolandischen Rhythmen könnten dadurch somatomotorische Areale während der Erhaltung oder Planung von Bewegungsabläufen funktional koppeln [Brovelli, et al., 2004]. Desweiteren wurde gezeigt, dass thalamische und cinguläre Strukturen mögliche Generatoren oder Modulatoren der hier untersuchten Hintergrundrhythmen sind. Die experimentellen Daten der hier vorgestellten Studien legen nahe, dass eine inverse Beziehung der Stärke eines Hintergrundrhythmus mit regional kortikalem Metabolismus und gleichzeitig eine „antagonistische“, positive Beziehung mit thalamischen oder cingulären Struktuen ein gernerelles orgnaisatorisches Prinzip des Gehirns zu sein scheint. Der Begriff der Grundaktivität des Gehirns [Gusnard, et al., 2001] müsste daher in verschiedene Netzwerke der Grundaktivität unterteilt werden, die elektrophysiologisch durch Hintergrundrhythmen definiert wären. The data provided by this thesis show that imaging of brain rhythms can be achieved by simultaneous EEG-fMRI recordings. This methodology was developed further by implementing an adapted MR sequence and the EEG-fMRI signal quality was confirmed by means of visual evoked potentials. Together with the post processing methods applied in this work, simultaneous EEG-fMRI recordings can thus provide valuable information about the neuronal basis of brain rhythms and their regional hemodynamic correlates. The data further substantiate the hypothesis that ‘idling’ rhythms indicate distinct deactivated sensory cortical areas. Increased power of all examined rhythms was associated with negative BOLD signal in sensory cortical areas, indicating less energy consumption in those areas with higher synchronicity. The posterior alpha or so-called Berger rhythm is coupled inversely to the hemodynamics in primary visual areas, whereas rolandic alpha and beta rhythm could be localized to somatomotor areas. Different networks were found for rolandic alpha and beta rhythms. The rolandic beta rhythm is more associated with a motor-network whereas the rolandic alpha rhythm is more associated with a sensory and association network which represents a fundamental characteristic of the sensorimotor system. The rolandic oscillations may bind sensorimotor areas into a functional loop during pre-movement motor maintenance behaviour [Brovelli, et al., 2004]. Furthermore thalamic and cingulate structures were shown to be possible generative or modulatory structures for the brain rhythms examined in this study. The experimental data obtained in this work suggest that the inverse correlation of an ‘idling’ rhythm’s strength with the metabolism in ‘its cortical areas’, and the positive correlation with cingulate or thalamic areas are both general organizational principles. The notion of a default mode of the brain [Gusnard, et al., 2001] may perhaps be further subdivided into different networks with a “default mode”, each of them electro-physiologically defined by its “idle rhythm”.

Research efforts over the past decades have unraveled both genetic and environmental factors, which contribute to the development of autism spectrum disorders (ASD). It is, to date, largely unknown how different underlying causes result in a common phenotype. However, the individual course of development and the different comorbidities might reflect the heterogeneous genetic and non-genetic contributions. Therefore, it is reasonable to identify commonalities and differences in models of these disorders at the different hierarchical levels of brain function, including genetics/environment, cellular/synaptic functions, brain regions, connectivity, and behavior. To that end, we investigated Shank3 transgenic mouse lines and compared them with a prenatal zinc-deficient (PZD) mouse model of ASD at the level of brain structural alterations in an 11,7 T small animal magnetic resonance imaging (MRI). Animals were measured at 4 and 9 weeks of age. We identified a decreased total brain volume (TBV) and hippocampal size of Shank3-/- mice but a convergent increase of basal ganglia (striatum and globus pallidus) in most mouse lines. Moreover, Shank3 transgenic mice had smaller thalami, whereas PZD mice had this region enlarged. Intriguingly, Shank3 heterozygous knockout mice mostly showed minor abnormalities to full knockouts, which might reflect the importance of proper Shank3 dosage in neuronal cells. Most reported volume changes seemed to be more pronounced at younger age. Our results indicate both convergent and divergent brain region abnormalities in genetic and non-genetic models of ASD. These alterations of brain structures might be mirrored., publishedVersion