Die Kombination einer geringen Kontrastmittelmenge (Prä-Bolus) zur Ermittlung und Konstruktion einer Arteriellen Input Funktion, kombiniert mit der Verabreichung eines höher dosierten Kontrastmittel-Bolus zur Darstellung der morphologischen Herzstrukturen bewirkt eine deutliche Verbesserung des Kontrast-Rausch-Verhältnisses bei gleichzeitigem Vermeiden von Sättigungseffekten. Durch die Möglichkeit der Anwendung dieser Technik in Multi Slice MR Imaging Sequenzen empfiehlt sich die neue Prä-Bolustechnik für weitere, zukünftige klinische Studien auf diesem Gebiet. / The combination of a low dose mri contrast agent (pre-bolus) for the determination and construction of the arterial input function with a second high dose contrast agent bolus results in a significant better contrast to noise ratio und simultaneously avoids known saturation effects in magnetic resonance perfusion imaging of the human heart. The possibility to use this new pre-bolus technique in multi slice mr imaging sequences seems to be a promising tool for future cardiac diagnostics in mri.

In der vorliegenden Arbeit wurde überprüft, ob sich sham-operierte Versuchsratten und gesunde Vergleichsratten in via Cine-Herz-MRT zu erfassenden Parametern signifkant unterscheiden. Hierzu wurden an einem Bruker 7 Tesla-Magnetresonanztomografen drei verschiedene Tiergruppen à 6 Tiere untersucht. Der erste Vergleich fand statt zwischen der gesunden Vergleichsgruppe und einer ähnlich schweren Shamtiergruppe, die sich in der 8. postoperativen Woche befand. Nachdem hier keinerlei signifikante Unterschiede zwischen den beiden Gruppen festzustellen waren, wurde der Vergleich ausgeweitet: Die Shamgruppe wurde zu einem frühen postoperativen Zeitpunkt (7-14 Tage postoperativ) ein zweites Mal mit der gesunden Gruppe verglichen. / The aim of this study was to test whether heart infarction sham operated rats were disparable from healthy rats by parameters captured by Cine MRI, gold standard of cardiac imaging. Therefore three groups of animals were examined, right and left ventricular myocardial parameters were determined and a comprehensive comparison of cardiac parameters was done. The first comparison was drawn between a healthy animal group and sham operated animals of nearly similar weight and age, 8 weeks after surgical procedure. Furthermore, we compared the same healthy animals’ group with remarkably younger sham animals quite shortly (in the 2nd week) after surgery.

Das Ziel dieser Arbeit war die Evaluierung von morphologischen und funktionellen Techniken zur Untersuchung der Lunge am Niederfeld MRT bei Patienten mit Mukoviszidose. Patienten mit Mukoviszidose und lungengesunde Probanden wurden an einem Niederfeld-MRT (0,2 Tesla) mittels coronaren TrueFISP, FLASH 2D und FLASH 3D Sequenzen untersucht. T1 und T2*-Messungen wurden während Atmung von Raumluft und Atmung von 100 % Sauerstoff durchgeführt und die Parameterkarten pixelweise berechnet. Die für die Lungenbildgebung am Niederfeld-MRT optimierten 2D und 3D FLASH Sequenzen zeigten ein signifikant besseres Signalverhalten als die Standardsequenz TrueFISP. Zur Beurteilung der Parenchymveränderungen wurde ein MR-Score in Anlehnung an den Chrispin-Norman-Score angewandt. Es zeigte sich eine gute Korrelation zwischen dem MR-Score der FLASH-Sequenzen und dem etablierten CN-Score der konventionellen Bildgebung mit einer geringen Interobservariabiliät für die 2D und 3D FLASH Sequenzen. Schließlich konnte eine O2-gestütze funktionelle Bildgebung der Lunge bei Patienten mit Mukoviszidose am offenen Niederfeld-MRT etabliert werden. Es zeigten sich gute Korrelationen zwischen der relativen Änderung der T1 Relaxationszeit und der spirometrisch bestimmten Lungenfunktion. Ein solcher Zusammenhang konnte für die T2*-Messungen nicht hergestellt werden. Aufgrund der Patientenfreundlichkeit ist diese Technik insbesondere für die Untersuchung von Kindern geeignet. / The purpose of the present thesis was to evaluate the clinical relevance of morpholocical and functional MRI of the human lung using an open-designed magnet system for patients with cystic fibrosis. Such patients and healthy volunteers were investigated in a low-field (0,2 Tesla) MR-scanner by TrueFISP, FLASH 2D und FLASH 3D sequences (Magnetom Open 0,2 Tesla, Siemens Medical Solutions, Erlangen, Germany). For functional lung imaging the patients and volunteers alternately breathed room air and 100 % oxygen. All images were fitted pixel by pixel and T1 and T2* parameter maps were generated. The optimized FLASH 2D and 3D sequences demonstrated a significantly higher signal-to-noise ratio in comparison to TrueFISP sequence. The here proposed modified CN-Score for low-field MRI correlated well with the established score of Chrispin and Norman in CXR and showed a low interobserver variability for FLASH 2D und FLASH 3D sequences. Oxygen-enhanced T1 und T2* mapping of the human lung was successfully etablished at an open low field scanner in patients with cystic fibrosis. Observed relative changes of the average pulmonary relaxation times T1 and T2* were related to pulmonary function tests. The measured T1 values were in good agreement with the severity of disease in CF defined by the pulmonary function test. This was not the case for navigated T2* mapping. The open design provides superior patient comfort and relieves the examination of children.

Die vorliegende Arbeit untesucht die Darstellung tumoröser und entzündlicher muskuloskelettaler Läsionen mit der diffusionsgewichteten MRT-Bildgebung bei Kindern und Jugendlichen. Es sollten die Machbarkeit und die Zuverlässigkeit der Methode in der klinischen Routinebildgebung überprüft werden. Zusätzlich untersuchten wir den Einsatz von ADC-Werten zur Differenzierung von malignen und benignen Tumoren sowie bei inflammatorischen Knochen- und Weichteilbefunden. Wie die klassische MRT, ist die diffusionsgewichtete Bildgebung nicht-invasiv: da der Bildkontrast allein mittels magnetischer Feldgradienten erzielt wird, erfordert sie weder eine Injektion von Kontrastmitteln, noch den Einsatz von ionisierender Strahlung. Sie garantiert eine schnelle Aquisitionstechink um Artefakte zu begrenzen und die Untersuchungen kindergerechter zu gestalten. Die von uns erfassten Daten wurden in zwei unterschiedlichen Studien aufgeteilt. Die Erste Studie erfasst Ergebnisse bzgl. der Detektion und Dignitätsabschätzung kinderlicher muskuloskelettaler Tumoren mittels diffusionsgewichteten MRT Bilder. Das zweite Forschungsprojekt, befasst sich mit dem erstmaligen Einsatz der diffusionsgewichteten MRT zur Identifikation und Differenzierung von Knochenmarködem, Weichteilödem und Synovitis bei pädiatrischen Patienten. / This study investigates the presentation of tumorous and inflammatory musculoskeletal lesions by diffusion-weighted MRI imaging in children and adolescents. The feasibility and reliability of the method should be tested in clinical routine imaging. In addition, we investigated the use of ADC values ​​for the differentiation of malignant and benign tumors as well as for inflammatory bone and soft tissue findings. Like the classical MRI, diffusion-weighted imaging is non-invasive: since the image contrast is achieved solely by means of magnetic field gradients, it does not require either the injection of contrast agents or the use of ionizing radiations. This technique allows a quick aquisition to limit artefacts and to shape the investigations in a more child-friendly way. The data we collected were divided into two different studies. The first study records results concerning the detection and dignity-assessment of childhood musculoskeletal tumors using diffusion-weighted MRI images. The second research project deals with the initial use of diffusion-weighted MRI for the identification and differentiation of bone marrow edema, soft tissue edema and synovitis in Pediatric patients.

In dieser Studie wurden 280 Patienten, die im Zeitraum vom 01.01.2008 bis 30.06.2012 am Universitätsklinikum Würzburg aufgrund einer Raumforderung der Leber operiert wurden, analysiert. Davon konnten 150 Patienten mit insgesamt 385 Tumoren bewertet werden. Die zentrale Fragestellung der Arbeit beschäftigte sich damit, die Sensitivität der MR-DWI mit anderen präoperativen bildgebenden Untersuchungsmethoden zu bewerten. Bisherige Studien beschäftigten sich bereits mit dem Vergleich der MR-DWI mit anderen diagnostischen Verfahren. Jedoch wurden dabei nicht konkret die aus Sicht eines Chirurgen wichtigen Punkte detailliert beleuchtet. In dieser Arbeit wurden daher die Ergebnisse der Befunde der MR-DWI, CT und konventionellem MRT dem intraoperativen und histopathologisch gesichertem Endbefund gegenübergestellt und bezüglich der Parameter: Tumordignität, Tumoranzahl, Tumorgröße und Tumorlokalisation verglichen. Während die Sensitivität der MR-DWI zur Tumorlokalisation etwas unter der Sensitivität der CT und MRT lag, konnten für die Parameter Tumoranzahl und Tumordignität bessere Ergebnisse der MR-DWI als für die CT herausgestellt werden. Die Genauigkeit der DWI für diese beiden Punkte liegt nah bei der hohen Sensitivität der MRT. Jedoch müssen die sehr guten Ergebnisse der MRT in dieser Arbeit durch die geringe Anzahl der MRT Untersuchungen relativiert werden. Bezüglich der Tumoranzahl ergibt sich bei der MR-DWI die höchste Sensitivität, gefolgt von MRT und CT. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die MR-DWI wie auch die CT und MRT ein sehr sensitives Verfahren zur Detektion von Leberläsionen darstellt. Dabei müssen gewisse Vor- und Nachteile gegenüber den anderen Methoden abgewogen werden. Eine als ungünstig zu wertende Strahlenexposition besteht nicht, ebenso kein zusätzlicher zeitlicher Aufwand. In nahezu allen hier untersuchten Bereichen zeigte die MR-DWI vorrangig bessere Resultate als die CT. Im Vergleich mit der MRT konnten geringfügig niedrigere oder ähnlich gute Werte ermittelt werden. In Bezug auf die Tumoranzahl war die MR-DWI das sensitivste Verfahren. Um die hier erbrachten Ergebnisse zu sichern, sollten zukünftige Studien die Homogenität der Patienten sowie die Anzahl der CT, MRT und MR-DWI Untersuchungen erhöhen. Weiterhin könnten die Geräteeinstellungen bei der MRDWI an bestimmte Fragestellungen angepasst und so genauere Ergebnisse erzielt werden. Bruegel et al konnte für unterschiedliche Leberläsionen bereits die charakteristischen ADC-Werte ermitteln. In einer weiteren Studie von Kilickesmez wurden ebenfalls maligne und benigne Leberläsionen über die entsprechenden ADC-Werte voneinander abgegrenzt. Daraus ergab sich die Empfehlung, zur Diagnostik von Leberläsionen die konventionelle MRT mit der MRDWI zu ergänzen. Ein weiterer Ansatzpunkt ist die Reduktion von Störfaktoren für die MR-DWI und damit die Verbesserung der Bildbeurteilung. In einer Arbeit von Yu-Chun wurde beispielsweise die optimale Temperatur für die MR-DWI Schnittbildgebung am Tiermodell angewandt und so auf molekularer Ebene die Artefaktbildung reduziert. Eine Verbesserung konnte auch durch Ergänzung der MR-DWI mit anderen Verfahren nachgewiesen werden. MR-DWI in Verbindung mit Kontrastmittel ergab eine erhöhte Sensitivität für kleine HCC bis 2cm als Kontrastmittel-MRT ohne DWI. Es ist zu erwarten, dass die MR-DWI in Zukunft durch exaktere Einstellungen der b- Werte und ADC-Messungen in Abhängigkeit der zu untersuchenden Organregion, durch Reduktion störender Faktoren oder durch Kombination mit anderen bildgebenden Verfahren zur Optimierung der präoperativen Diagnostik bei Lebertumoren beiträgt. / Objective: This study was realized to compare the sensitivity of difusion weighted MRI (DWI) with sensitivity of MRI and CT to find liver tumors. There were 4 parameters determined which are most important for surgeons in pre-surgical preparation: number of tumors, dignity, size and localisation in liver. The comparison was based on these 4 parameters. Materials an methods: In a period of 4 years and 6 months (2008-2012) were analysed 150 patients with 385 tumors. All preoperative findings in DWI, MRI and CT have been compared with intraoperative ultrasound and histopathological results. Results: Referring to the number of tumors DWI was more sensitive (55,68%) than CT (47,41) or MRI (27,78%). Also, in finding hepatocellular carcinoma the DWI had better sensitivity (93,74%) than CT (80%) or MRI (47,67%). In the parameter of size the DWI had correlation in 67,65%, better than CT (61,05%) and worse than MRI (71,42%). A correct correlation of dignity was found in DWI in 71,59%, in MRI 77,78% and in CT 60,91%. The sensitivity in the parameter localisation of DWI was 76,92% in comparison with CT 81,73% and MRI 85,19%. We suspect that the DWI is more sensitive to movements of patients while examination is being proceed. Conclusion: DWI is a very sensitive method for finding liver tumors. In the parameter number of tumors and finding of HCC is more sensitive than CT or MRI. In dignity and size its sensitivity is compareable with CT or MRI and only in localisation the results are a little bit worse. To improve the method for the future it’s neccessary to investigate how to switch off the sensibility for movement and also optimize some frame factors.

Long-term motor skill learning has been consistently shown to result in functional as well as structural changes in the adult human brain. However, the effect of short learning periods on brain structure is not well understood. In the present study, subjects performed a sequential pinch force task (SPFT) for 20 min on 5 consecutive days. Changes in brain structure were evaluated with anatomical magnetic resonance imaging (MRI) scans acquired on the first and last day of motor skill learning. Behaviorally, the SPFT resulted in sequence-specific learning with the trained (right) hand. Structural gray matter (GM) alterations in left M1, right ventral premotor cortex (PMC) and right dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) correlated with performance improvements in the SPFT. More specifically we found that subjects with strong sequence-specific performance improvements in the SPFT also had larger increases in GM volume in the respective brain areas. On the other hand, subjects with small behavioral gains either showed no change or even a decrease in GM volume during the time course of learning. Furthermore, cerebellar GM volume before motor skill learning predicted (A) individual learning-related changes in the SPFT and (B) the amount of structural changes in left M1, right ventral PMC and DLPFC. In summary, we provide novel evidence that short-term motor skill learning is associated with learning-related structural brain alterations. Additionally, we showed that practicing a motor skill is not exclusively accompanied by increased GM volume. Instead, bidirectional structural alterations explained the variability of the individual learning success.

Mit Hilfe eines kommerziellen, am Universitätsklinikum Leipzig vorhandenen Navigationssystems (Localite) ist es möglich, Interventionen in einer herkömmlichen MRTUmgebung unter Echtzeitnavigation durchzuführen. In der vorliegenden Arbeit werden die Genauigkeit, Benutzerfreundlichkeit sowie der Zeitaufwand für perkutane Punktionen mit diesem System untersucht. Zur Navigation wird das jeweilige Instrument optisch verfolgt. Die automatische Patientenregistrierung außerhalb des MR-Tunnels erfolgt über eine einmalige 3DLokalisation spezieller MR-Marker. 24 Operateure mit unterschiedlicher radiologischer Erfahrung führten insgesamt 240 unterschiedlich schwere Punktionen an einem selbst entwickelten Phantom durch. Nach diesen Versuchen füllten die Operateure einen Fragebogen zur Handhabbarkeit des Systems aus. Zudem wurden 24 klinische perkutane Interventionen in nicht atemverschieblichen Körperregionen ausgewertet. Für alle Biopsien wurden Zeiten für charakteristische Arbeitsschritte dokumentiert. Die Treffergenauigkeit war im Phantomexperiment für alle Gruppen relativ hoch (Fachärzte: 93%, Assistenzärzte: 88%, Studenten 81%; Cochran p=0,104). Die dazugehörigen durchschnittlichen Zeiten für einen Biopsiezyklus lagen, gemessen in Minuten, bei 4:13 (FÄ), 4:42 (AÄ) und 5:06 (MS) (P<0,001). Die subjektiven Bewertungen des Navigationssystems an Hand der Aussagen (Items) des Fragebogens zeigten keine Abhängigkeit vom Erfahrungsgrad des Operateurs. Die diagnostische Genauigkeit der klinischen Interventionen lag bei 92%. Die mittlere Interventionszeit betrug dabei 18 min. Das Navigationssystem wurde erfolgreich für Interventionen in verschiedenen Körperregionen eingesetzt. Die Genauigkeit und die benötigten Eingriffszeiten sind mit anderen in der Literatur beschriebenen MRT-geführten Interventionen vergleichbar. Auch unerfahrene Operateure konnten das Navigationssystem relativ schnell und sicher anwenden.

Understanding human spatial cognition and behaviour is not something easily studied. Many factors are involved that contribute in different ways for different individuals. Navigation and wayfinding have been used as an approach, or starting point, for such studies. Spatial abilities tests have long been used as reference points to generalize to overt navigational behaviour. Care needs to be taken in generalizing from paper to behaviour to make certain that it is a valid relationship exists.<p>The purpose of this study was to examine the extent to which certain psychometric spatial abilities tests are indicators of actual navigational decision making. The study was conducted in two phases. The navigational decision tasks were made up of four paths with two variables: length and number of turns. The participants were required to make a decision on which direction to go after being lead part of the way around a hallway. The choices were to either go back the way they were led or take a novel route along a previously un-travelled path (shortcut). Spatial abilities tests (MRT, PFT, and OLMT), a self-rating of SOD, and learning preference for novel environments were administered in phase two. <p>While efficient navigation was not explicitly required in the navigation tasks those participants making the most efficient decisions shared similar characteristics. Efficient navigators have a higher aptitude for mental manipulation (as measured by the MRT), express a preference for a more exploratory environmental learning style, are disproportionately male, and have a slightly higher self-rating of SOD. In addition to the collective set of four navigation decisions (one for each experimental path), path 2 demonstrated the efficient vs. non-efficient distinction quite well: in order to make the most efficient decision the individual must maintain the correct metric distance from the origin point and not be deterred by the passage of only half of the turns in the rectangular experimental environment.

Understanding human spatial cognition and behaviour is not something easily studied. Many factors are involved that contribute in different ways for different individuals. Navigation and wayfinding have been used as an approach, or starting point, for such studies. Spatial abilities tests have long been used as reference points to generalize to overt navigational behaviour. Care needs to be taken in generalizing from paper to behaviour to make certain that it is a valid relationship exists.<p>The purpose of this study was to examine the extent to which certain psychometric spatial abilities tests are indicators of actual navigational decision making. The study was conducted in two phases. The navigational decision tasks were made up of four paths with two variables: length and number of turns. The participants were required to make a decision on which direction to go after being lead part of the way around a hallway. The choices were to either go back the way they were led or take a novel route along a previously un-travelled path (shortcut). Spatial abilities tests (MRT, PFT, and OLMT), a self-rating of SOD, and learning preference for novel environments were administered in phase two. <p>While efficient navigation was not explicitly required in the navigation tasks those participants making the most efficient decisions shared similar characteristics. Efficient navigators have a higher aptitude for mental manipulation (as measured by the MRT), express a preference for a more exploratory environmental learning style, are disproportionately male, and have a slightly higher self-rating of SOD. In addition to the collective set of four navigation decisions (one for each experimental path), path 2 demonstrated the efficient vs. non-efficient distinction quite well: in order to make the most efficient decision the individual must maintain the correct metric distance from the origin point and not be deterred by the passage of only half of the turns in the rectangular experimental environment.

The objective of this thesis is to enhance the efficiency of Mass Rapid Transit (MRT) system and improve the power quality by reducing harmonic distortion. The energy consumption of an MRT system by considering the annual ridership and the stochastic operation characteristics of train sets are used to find the optimal placement of traction substations to enhance the operation efficiency of MRT systems. To mitigate the harmonic distortion, the installation location and capacity of harmonic filters are designed and verified by computer simulation. The software programs for AC/DC load flow study and harmonic distortion analysis have been developed and integrated to perform power system simulation of MRT operation. The mathematical model of 12-pulse uncontrolled rectifiers without interphase transformers is derived and implemented in the programs to obtain more accurate simulation results. The optimal inverter substation planning is solved by minimizing the overall cost of power consumption and inverter investment for mass rapid transit power systems with immune algorithm. The objective function and constraints are expressed as antigen, and all feasible solutions are expressed as antibody. The diversity of antibody is then enhanced by proximity of antigen so that the global optimization during the solution process can be obtained. It is found that the energy regeneration can be restored effectively with the optimal planning of inverters by the proposed immune algorithm. Based on the computer simulation of Taipei MRT system, the voltage harmonic distortion is varied dramatically with the dynamic load behavior of train sets. The stochastic harmonic load flow analysis is performed to investigate the power quality problem for an electrified rapid transit system. Different strategies of harmonic distortion mitigation have been proposed by minimizing the objective function to solve the optimal sizes and locations of harmonic filters so that the harmonic distortion can be reduced and reactive power compensation can be obtained at the same time. By performing the immune algorithm, the harmonic filters with proper capacity and the corresponding switching time for filter commitment are determined. It is found that the harmonic distortion can be effectively reduced for the MRT system by the proper design of harmonic filters.