Zielsetzung: Die Zielsetzung dieser Arbeit war es zu beurteilen, inwieweit die Diffusionsgewichtete MRT Bildgebung bei der Differenzierung zwischen malignen und benignen Erkrankungen im Kopf-Hals Bereich nützlich sein kann. Außerdem ging es um die Sammlung der mittleren ADC-Werte von verschiedenen Diagnosen. Material und Methoden: Es wurden diffusionsgewichtete Bilder mit einer SE-EPI-Sequenz (b-Wert Paarung von 50 und 800 s/mm2, 1,5T) verglichen. 53 Plattenepithelcarzinome (PeCa), 21 benigne Befunde, 6 Lymphome, 6 Hämangiome, 6 Zysten Ergebnis: Die mittlere ADC- Wert (MW x10-3mm²/s +/-SD) der PeCa betrug 0.967 (0.118), der benignen Läsionen 1.458 (0.371), der Lymphome 0.649 (0.167), der Hämangiome 1.654 (0.254), der Zysten 2.310 (0.655) Der mittlere ADC-Wert der PeCa war signifikant kleiner als der der benignen Läsionen. Ein ADC- Wert von 1.202x10-3mm²/s kann als Grenzwert für die Differenzierung zwischen benignen und malignen Läsionen im Kopf-Hals Bereich angesehen werden. Schlussfolgerung: Die ADC-Werte können für die Charakterisierung von Läsionen im Kopf-Hals Bereich genutzt werden. / Objective: The objective of this study was to evaluate the utility of diffusion weighted MR imaging (DWI) in the differentiation between malignant and benign lesions in the head and neck region. Furthermore get values for the apparent diffusion coefficient (ADC) for different diagnoses. Material and methods: We compared diffusion weighted images using SE-EPI sequences (b values of 50 and 800 s/mm2, 1,5T). 53 squamosa cell carcinomas (SSC), 21 benigne lesions, 6 malignant lymphomas, 6 hämangiomas, 6 cysts Results: The ADC values (mean x10-3mm²/s +/- SD) were 0.967 (0.118) in squamosal cell carcinomas (SSC), 1.458 (0.371) in benign lesions, 0.649 (0.167) in malignant lymphomas, 1.654 (0.254) in hämangiomas, 2.310 (0.655) in cysts. The mean ADC of SSC was significantly lower than of benign lesions. An ADC value of 1.202x10-3mm²/s may be the threshold value for differentiation between benign and malignant head and neck lesions. Conclusion: Measurement of ADCs may be used to characterize head and neck lesions.

Beim akuten ischämischen Schlaganfall ist die Größe der initialen DWI-Läsion (Diffusions-gewichtete Sequenz) in der zerebralen MRT zur Abschätzung der Prognose des Patienten umstritten. Die Beobachtung des Verlaufs der DWI-Läsion in den ersten Tagen nach einem Schlaganfall scheint hierfür besser geeignet. Hierbei zeigt sich, dass ein Infarktwachstum eher mit einem schlechteren klinischen Ergebnis korreliert. Ein mögliches Infarktwachstum vorherzusagen ist deshalb von großem Interesse. Bei nicht-lakunären Infarkten, die durch Verschlüsse größerer Arterien verursacht werden, ist die Ausbreitung des Infarktkerns in zuvor minderperfundierte Areale (d.h. in die Penumbra), als Ursache eines Wachstums anerkannt. Die Penumbra wird als die Differenz zwischen DWI- und PWI-Läsionen (Perfusions-gewichtete Sequenz) angesehen, was als PWI/DWI-Mismatch bezeichnet wird. Unklar ist, ob dieses Mismatch-Konzept auch auf lakunäre Ischämien (DWI-Läsionen < 2 cm Ø) angewandt werden kann. Ziel dieser prospektiven Studie war, den Zusammenhang zwischen dem initialen DWI/PWI-Mismatch und der Infarktentwicklung im kurzfristigen Verlauf bei 100 konservativ behandelten Patienten zu untersuchen. Das Patientenkollektiv war hinsichtlich der Infarktsubtypen (lakunäre und nicht-lakunäre) als inhomogen einzustufen. Am Tag der Aufnahme und an Tag 7 wurden anhand eines MRT-Schlaganfallprotokolls die Volumina der DWI und PWI-Läsionen, die Mismatch-Volumina, das Infarktwachstum, das relative Mismatch und das relative Infarktwachstum untersucht. Das Infarktwachstum zeigte einen engen Zusammenhang mit dem initialen DWI/PWI-Mismatch. Dies traf vor allem dann zu, wenn man die relativen Werte betrachtete. Hieraus ergibt sich, dass ein großes initiales Mismatch ein späteres Infarktwachstum wahrscheinlicher macht. Für die Zukunft könnte man daher davon ausgehen, dass das relative Mismatch, bezogen auf die relative Infarktentwicklung, einen besseren prognostischen Wert aufweist, als die absoluten Werte.

ABSTRACT   Aim: The aim of this retrospective study was to identify which indications prompted an MRI examination using the protocol ”Brain screening/Stroke” and whether the screening revealed recent infarcts and their localisation.   Method: The data, which was subtracted from RIS (Röntgeninformationssystem), covered all consultation responses from stroke-rounds performed during 2015 at Akademiska Hospital in Uppsala (UAS).  A total of 235 patients underwent an MRI-examination using the protocol ”Brain screening/Stroke”. Of this total population, 9 patients with a suspected or confirmed tumour were excluded. The information was collected at UAS during the period 11-22 April, 2016.   Results: No indications were reported from the material collected. Hence, the method was insufficient to give an answer to the question at hand. In the final selection of 226 patients, no stroke could be detected in 42 % of the cases, 23 % had recent infarcts, 21 % had both recent and old infarcts and 14 % had only old infarcts. By gender the results were as follows: Of the total population, 85 patients were female. In 48% of these cases no stroke was detected, 21 % had recent infarcts, 20 % had old infarcts and 11 % had both recent and old infarcts. The remaining 142 patients were male. In 38% of these no stroke was detected, in 27% of the cases both an old an a recent stroke were detected , in 24% of the cases a recent stroke was detected and 11% had only old infarcts. Looking again at the total population, the consultation responses mentioned only recent infarcts and where these were located. The majority of the recent infarcts detected, 23 % were located in the Lobes of the brain, followed by 16% in the Cortex of the brain, 16% in the Brainstem,  13% in the Cerebellum, 10 % were locaded in ”Other parts of the brain”, 8 % were in the Talamus, 7 % were in White matter and the final 6 % in the Basala ganglia. The total number of recent infarcts detected was 189. Conclusion: The main question for this study was to see if it was possible to discover acute infarcts, using diffusion weighted MRI, and the localisation of those discovered. The method chosen worked well, but to get a better overview, more studies should be done, examining infarcts in greater detail. This knowledge may, in turn, be used as a basis for stroke diagnosis. It might also be of interest to complete this study, with a more in-depth analysis of the connection between different kinds of infarcts and the patient’s gender and age.

Zielsetzung: Die Chronisch-Rekurrierende Multifokale Osteomyelitis/Chronische Nicht-bakterielle Osteitis (CRMO/CNO) ist eine seltene auto-inflammatorische Erkrankung, deren typische Symptome starke Knochenschmerzen und lokale Schwellungen sind. Da die Ursachen muskuloskelettaler Beschwerden bei Kindern und Heranwachsenden vielfältig sein können, ist die differentialdiagnostische Unterscheidung einer CRMO/CNO von anderen Erkrankungen, unspezifischen Schmerzen oder einer malignen Grunderkrankung als Quelle der Symptome schwierig. Neue Techniken wie die diffusionsgewichtete Bildgebung (DWI) in der Magnetresonanztomographie (MRT) erlauben Rückschlüsse auf die Gewebestruktur und können in bestimmten Fällen eine Unterscheidung zwischen entzündlichen und malignen Prozessen vereinfachen. Ziel dieser Studie war es daher, die Sichtbarkeit von CRMO-/CNO-Läsionen mittels der DWI-Ganzkörperbildgebung zu evaluieren und den potentiellen klinischen Wert zu untersuchen. Material und Methoden: Sechzehn Patienten mit bekannter CRMO/CNO wurden bei 3 Tesla untersucht. Das Untersuchungsprotokoll beinhaltete u. a. 2D Short Tau Inversion Recovery (STIR) und diffusionsgewichtete Sequenzen in axialer Schichtführung. Die Sichtbarkeit von Läsionen in der DWI und der STIR wurde von 2 Auswertern im Konsensus evaluiert. Für alle Läsionen und in der korrespondierenden Referenzlokalisation wurden der Apparent Diffusion Coefficient (ADC) ermittelt. Ergebnisse: Insgesamt wurden 33 Läsionen eingeschlossen (durchschnittlich 2 Läsionen pro Patient), die sowohl in der STIR als auch in der DWI sichtbar waren. Diese waren vornehmlich in den langen Röhrenknochen lokalisiert. Der mittlere ADC-Wert in Läsionen betrug 1283 mm2/s und war somit signifikant höher als in der Referenzregion, hier betrug der mittlere ADC 782 mm2/s. Im ADCVerhältnis (Läsion vs. Referenzregion) zeigten 82 % der Läsionen eine relative Signalintensitätssteigerung um mehr als 10 %, und 76 % (25 Läsionen) zeigten eine Intensitätssteigerung von mehr als 15 %. Der mittlere relative Signalintensitätsanstieg betrug 69 %. Schlussfolgerung: Diese Studie zeigt, dass die diffusionsgewichtete Ganzkörperbildgebung bei 3 Tesla zuverlässig bei Kindern durchgeführt werden kann. Die ADC-Werte waren in CRMO-/CNO-Läsionen im Vergleich zur Referenzregion signifikant erhöht. Daher wird die Ganzkörperbildgebung in Kombination mit klinischen Angaben von uns als vielversprechende Methode angesehen, um benigne inflammatorische Prozesse anhand der ADC-Werte von bestimmten Malignitäten zu unterscheiden.

Magnetic resonance imaging is utilized as an important tool in radiation oncology for delineation of healthy and cancerous tissues, and evaluating the functionality of those tissues, structures, and organs. Currently, the clinical imaging protocol at Virginia Commonwealth University includes anatomical imaging for tissue and structure delineation, and to observe treatment induced changes. Diffusion weighted imaging (DWI) is also acquired for calculation of apparent diffusion coefficient (ADC) values to provide quantitative information on tissue diffusivity and microstructure. However, anatomical images and ADC values may not display the true extent of changes in tissue. This work seeks to further utilize the capabilities of MRI and expand its role in treatment response monitoring for liver cancer patients treated with stereotactic body radiotherapy (SBRT). To do so, an imaging protocol and image analysis methodology to evaluate treatment changes on pre- and post-treatment image sets was developed. An extension of DWI, termed intravoxel incoherent motion (IVIM) imaging, was utilized to quantitatively assess levels of perfusion and diffusion within the liver and tumor. Acquisition of high-quality diffusion weighted images of the liver necessitated the development of an MR safe respiratory motion management device, which was designed, constructed and evaluated in this work. An imaging protocol was developed providing anatomical and functional images of the liver, acquired under breath hold, utilizing the respiratory motion management device. An IVIM parameter calculation and texture analysis workflow was developed using MATLAB, and applied to acquired data sets from multiple studies, including past clinical cases, investigator, healthy volunteer, and liver cancer patient . Differences in IVIM and texture analysis parameters were investigated for healthy and diseased tissue, and for select dose regions from pre- and post-treatment imaging sessions. Significant differences, at a voxel level, were found between healthy and diseased tissue, and pre- and post-treatment volumes, for multiple parameters, including apparent diffusion coefficient, pure diffusion, and perfusion, as well as for various texture features. Overall, this study showed the potential of IVIM and texture analysis to be used for discriminating between healthy and diseased tissues in the liver, and for indication of treatment response.

Zielsetzung: Die Chronisch-Rekurrierende Multifokale Osteomyelitis/Chronische Nicht-bakterielle Osteitis (CRMO/CNO) ist eine seltene auto-inflammatorische Erkrankung, deren typische Symptome starke Knochenschmerzen und lokale Schwellungen sind. Da die Ursachen muskuloskelettaler Beschwerden bei Kindern und Heranwachsenden vielfältig sein können, ist die differentialdiagnostische Unterscheidung einer CRMO/CNO von anderen Erkrankungen, unspezifischen Schmerzen oder einer malignen Grunderkrankung als Quelle der Symptome schwierig. Neue Techniken wie die diffusionsgewichtete Bildgebung (DWI) in der Magnetresonanztomographie (MRT) erlauben Rückschlüsse auf die Gewebestruktur und können in bestimmten Fällen eine Unterscheidung zwischen entzündlichen und malignen Prozessen vereinfachen. Ziel dieser Studie war es daher, die Sichtbarkeit von CRMO-/CNO-Läsionen mittels der DWI-Ganzkörperbildgebung zu evaluieren und den potentiellen klinischen Wert zu untersuchen. Material und Methoden: Sechzehn Patienten mit bekannter CRMO/CNO wurden bei 3 Tesla untersucht. Das Untersuchungsprotokoll beinhaltete u. a. 2D Short Tau Inversion Recovery (STIR) und diffusionsgewichtete Sequenzen in axialer Schichtführung. Die Sichtbarkeit von Läsionen in der DWI und der STIR wurde von 2 Auswertern im Konsensus evaluiert. Für alle Läsionen und in der korrespondierenden Referenzlokalisation wurden der Apparent Diffusion Coefficient (ADC) ermittelt. Ergebnisse: Insgesamt wurden 33 Läsionen eingeschlossen (durchschnittlich 2 Läsionen pro Patient), die sowohl in der STIR als auch in der DWI sichtbar waren. Diese waren vornehmlich in den langen Röhrenknochen lokalisiert. Der mittlere ADC-Wert in Läsionen betrug 1283 mm2/s und war somit signifikant höher als in der Referenzregion, hier betrug der mittlere ADC 782 mm2/s. Im ADCVerhältnis (Läsion vs. Referenzregion) zeigten 82 % der Läsionen eine relative Signalintensitätssteigerung um mehr als 10 %, und 76 % (25 Läsionen) zeigten eine Intensitätssteigerung von mehr als 15 %. Der mittlere relative Signalintensitätsanstieg betrug 69 %. Schlussfolgerung: Diese Studie zeigt, dass die diffusionsgewichtete Ganzkörperbildgebung bei 3 Tesla zuverlässig bei Kindern durchgeführt werden kann. Die ADC-Werte waren in CRMO-/CNO-Läsionen im Vergleich zur Referenzregion signifikant erhöht. Daher wird die Ganzkörperbildgebung in Kombination mit klinischen Angaben von uns als vielversprechende Methode angesehen, um benigne inflammatorische Prozesse anhand der ADC-Werte von bestimmten Malignitäten zu unterscheiden.

Beim akuten ischämischen Schlaganfall ist die Größe der initialen DWI-Läsion (Diffusions-gewichtete Sequenz) in der zerebralen MRT zur Abschätzung der Prognose des Patienten umstritten. Die Beobachtung des Verlaufs der DWI-Läsion in den ersten Tagen nach einem Schlaganfall scheint hierfür besser geeignet. Hierbei zeigt sich, dass ein Infarktwachstum eher mit einem schlechteren klinischen Ergebnis korreliert. Ein mögliches Infarktwachstum vorherzusagen ist deshalb von großem Interesse. Bei nicht-lakunären Infarkten, die durch Verschlüsse größerer Arterien verursacht werden, ist die Ausbreitung des Infarktkerns in zuvor minderperfundierte Areale (d.h. in die Penumbra), als Ursache eines Wachstums anerkannt. Die Penumbra wird als die Differenz zwischen DWI- und PWI-Läsionen (Perfusions-gewichtete Sequenz) angesehen, was als PWI/DWI-Mismatch bezeichnet wird. Unklar ist, ob dieses Mismatch-Konzept auch auf lakunäre Ischämien (DWI-Läsionen < 2 cm Ø) angewandt werden kann. Ziel dieser prospektiven Studie war, den Zusammenhang zwischen dem initialen DWI/PWI-Mismatch und der Infarktentwicklung im kurzfristigen Verlauf bei 100 konservativ behandelten Patienten zu untersuchen. Das Patientenkollektiv war hinsichtlich der Infarktsubtypen (lakunäre und nicht-lakunäre) als inhomogen einzustufen. Am Tag der Aufnahme und an Tag 7 wurden anhand eines MRT-Schlaganfallprotokolls die Volumina der DWI und PWI-Läsionen, die Mismatch-Volumina, das Infarktwachstum, das relative Mismatch und das relative Infarktwachstum untersucht. Das Infarktwachstum zeigte einen engen Zusammenhang mit dem initialen DWI/PWI-Mismatch. Dies traf vor allem dann zu, wenn man die relativen Werte betrachtete. Hieraus ergibt sich, dass ein großes initiales Mismatch ein späteres Infarktwachstum wahrscheinlicher macht. Für die Zukunft könnte man daher davon ausgehen, dass das relative Mismatch, bezogen auf die relative Infarktentwicklung, einen besseren prognostischen Wert aufweist, als die absoluten Werte.

Diffusion weighted imaging (DWI) is a branch within the field of magnetic resonance imaging (MRI) that relies on the diffusion of water molecules for its contrast. Its clinical applications include the early diagnosis of ischemic stroke and mapping of the nerve tracts of the brain. The recent development of filter exchange imaging (FEXI) and the introduction of the apparent exchange rate (AXR) present a new DWI based technique that uses the exchange of water between compartments as contrast. FEXI could offer new clinical possibilities in diagnosis, differentiation and treatment follow-up of conditions involving edema or altered membrane permeability, such as tumors, cerebral edema, multiple sclerosis and stroke. Necessary steps in determining the potential of AXR as a new biomarker include running comparative studies between controls and different patient groups, looking for conditions showing large AXR-changes. However, before designing such studies, the experimental protocol of FEXI should be optimized to minimize the experimental variance. Such optimization would improve the data quality, shorten the scan time and keep the required study group sizes smaller.  Here, optimization was done using an active imaging approach and the Cramer-Rao lower bound (CRLB) of Fisher information theory. Three optimal protocols were obtained, each specialized at different tissue types, and the CRLB method was verified by bootstrapping. A test-retest study of 18 volunteers was conducted in order to investigate the reproducibility of the AXR as measured by one of the protocols, adapted for the scanner. Group sizes required were calculated based on both CRLB and the variability of the test-retest data, as well as choices in data analysis such as region of interest (ROI) size. The result of this study is new protocols offering a reduction in coefficient of variation (CV) of around 30%, as compared to previously presented protocols. Calculations of group sizes required showed that they can be used to decide whether any patient group, in a given brain region, has large alterations of AXR using as few as four individuals per group, on average, while still keeping the scan time below 15 minutes. The test-retest study showed a larger than expected variability however, and uncovered artifact like changes in AXR between measurements. Reproducibility of AXR values ranged from modest to acceptable, depending on the brain region. Group size estimations based on the collected data showed that it is still possible to detect AXR difference larger than 50% in most brain regions using fewer than ten individuals. Limitations of this study include an imprecise knowledge of model priors and a possibly suboptimal modeling of the bias caused by weak signals. Future studies on FEXI methodology could improve the method further by addressing these matters and possibly also the unknown source of variability. For minimal variability, comparative studies of AXR in patient groups could use a protocol among those presented here, while choosing large ROI sizes and calculating the AXR based on averaged signals.

The aim of this study is to further establish the validity and reliability of the Dula Dangerous Driving Index (DDDI). The reliability and validity of the instrument was investigated by comparing data from a US university sample, a US community sample, and a sample of Belgian traffic offenders. Exploratory and confirmatory factor analysis supported the presence of a four-factor structure with items for Drunk Driving forming a separate scale apart from items for Risky Driving, Negative Cognitive/Emotional Driving and Aggressive Driving. A multi-group confirmatory factor analysis with model constraints supported the validity of the DDDI. Inter-correlations revealed that the DDDI subscales are closely interrelated and uni-dimensionality of the measure was found in all three samples. This suggests the DDDI Total score can be used as a composite measure for dangerous driving. However, the validity of the subscales was demonstrated in the Belgian sample, as specific traffic offender groups (convicted for drunk driving, aggressive driving, speeding) scored higher on corresponding scales (Drunk Driving, Aggressive Driving, and Risky Driving, respectively), indicating that it is clinically meaningful to differentiate the subscales.

The functional neuroanatomy of language localization in dyslexia has primarily been studied in the context of reading. However, dyslexia is sometimes referred to as a “language-based learning disability,” yet the functional signature of the core language comprehension network in dyslexia is far less understood. This thesis presents a series of studies designed to compare the functionality of the brain regions supporting linguistic processing between typical and impaired readers in order to characterize the cortical language network in dyslexia. First, we investigate the extent to which the efficiency (or quality of data vs. amount of scan time) of a functional language localizer based on passive spoken language comprehension can be maximized in Chapter 2. By demarcating the language network based on smaller amounts of data and testing stability and reliability within this framework, we found that scan time can be substantially reduced without sacrificing functional specialization for language. In Chapter 3, we apply the spoken language localizer to determine differences in functional organization of language in dyslexia and provide evidence that the core spoken language comprehension network is not markedly different between typical readers and those with dyslexia. We compared the individual activations from whole-brain analysis and functional profiles in the canonical language-selective regions and found that the functional response of localized language regions in individuals with dyslexia was as selective as in typically reading adults. Chapter 4 follows up on the functional evidence reported in Chapter 3 to examine the structural connectivity within the same functional language network and additionally found essentially no differences between controls and dyslexia, further supporting the observations made in Chapter 3 that core linguistic processing is intact in dyslexia. All together, these findings converge on the suggestion that individuals with dyslexia do not rely on a separate cognitive architecture for language, potentially revealing important new insight into the dissociation of language specialization abilities and reading difficulty in dyslexia.