Bei einer MRT in Sedierung steht der potentielle Wärmeverlust über die Körperoberfläche einem Temperaturanstieg durch die Absorption von Energie aus dem Hochfrequenzfeld der Sendespule gegenüber. Bei Schädel-MRT-Untersuchungen in bereits vorliegenden Studien (1,5T, 3T) konnte mittels Ohrtemperaturmessung vor und nach der MRT ein Temperaturanstieg von 0,5 ° C bei Säuglingen und Kleinkindern gemessen werden. In der vorliegenden Arbeit sollte untersucht werden, ob bei 3T-MRT-Untersuchungen unterschiedlicher Körperregionen und Dauer in Propofol-Sedierung bei Säuglingen und Kleinkindern eine Zu- oder Abnahme der Körpertemperatur stattfi ndet und ob eine kontinuierliche Temperaturüberwachung auf der Haut eine verlässliche Messmethode ist. In der klinischen Observationsstudie wurden 50 Kinder im Alter bis zu 6 Jahren eingeschlossen und eine 3T-MRT in Propofol-Sedierung durchgeführt (ASA 1 und 2). Erstmalig erfolgte die Temperaturüberwachung kontinuierlich axillär mit einem Fiber TEMPTM Reusable Fiber-optic Surface Temperature Sensor (Invivo, Orlando/Florida, USA). Zur Kontrolle wurde die Ohrtemperatur vor und nach der MRT mit einem Infrarotthermometer First Temp Genius (Covidien Deutschland GmbH) gemessen und vegetative Reaktionen dokumentiert. Es zeigte sich ein mit der Literatur vergleichbarer signi fikanter mittlerer Temperaturanstieg auf der Haut von 36,4 ± 0,5 °C auf 36,9 ± 0,5 ° C auch bei unterschiedlichen Untersuchungszeiten und -regionen. Die nachgewiesene Erwärmung ist bei gesunden Kindern nur von geringer klinischer Relevanz. Es sind bei einer 3T-MRT-Untersuchung weder eine verstärkte Wärmezufuhr noch eine Kühlung notwendig, um Säuglinge und Kleinkinder normotherm zu halten. Ist bei speziellen Indikationen eine kontinuierliche Temperaturüberwachung notwendig, liefert ein faseroptischer Temperatursensor korrekte Daten. / In case of MRI in infants and children during propofol sedation the potential loss of body temperature confronts the temperature increase due to the absorption of energy from the high-frequency field of the transmitter coil. Therefore the physician must be aware of both effects when caring for sedated children. Objective of the present study is the effect of 3T-MRI of different body regions and scan duration on body temperature measured continuously in propofol sedated infants and children, which was not performed previously. 50 children in the age up to 6 years have been included in the observational study carried out between October 2008 and March 2009 at the Department of Pediatric Radiology, University of Leipzig. They underwent an elective 3T-MRI while sedated with propofol. The temperature monitoring has been carried out continuously axillary with a new fiber-optic sensor. For control, the tympanic temperature has been measured prior and after the MRI-examination with an infrared thermometer. A significant (p<0,05) medial temperature increase from 36,4 ± 0,5 °C to 36,9 ± 0,5 °C was evident measured axillarly with the fiber-optic sensor. Heart rate and oxygen saturation were stable throughout the MRI scan. In healthy children, the measured increase of temperature during 3T-MRI is only of minor clinical relevance. If a continuous temperature monitoring is necessary in cases with special indications e.g. critical ill children, a fiber-optical temperature sensor generates reliable data.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den klinischen Nutzen der Sonographie und der Magnetresonanztomographie bei intraokulären und orbitalen Erkrankungen bei Hunden und Katzen einzuschätzen und die diagnostische Wertigkeit der bildgebenden Verfahren zu analysieren. Weiterhin wurden charakteristische Befunde einzelner intraokulärer und retrobulbärer Erkrankungen in den bildgebenden Verfahren dargestellt. Die nach der Bildgebung gestellte Diagnose konnte in 67,2% der Fälle durch eine zytologische Untersuchung bestätigt werden. In den restlichen 19,7% der Fälle fand die Diagnose durch die Bildgebung im Zusammenhang mit der Anamnese, Symptomatologie und Therapie statt.

Adipositas ist eine komplexe Erkrankung mit multifaktorieller Ätiologie, in der das Gleichgewicht zwischen Nahrungsaufnahme und Energieaufwand gestört ist. Der Hypothalamus ist eine zentrale Schaltstation in der Aufrechterhaltung dieser Energiebalance und spielt höchstwahrscheinlich eine bedeutsame Rolle in der Pathophysiologie der Adipositas. Ergebnisse aus Tierstudien legen nahe, dass es im Rahmen hyperkalorischer Ernährung zu einer inflammationsähnlichen Begleitreaktion im Hypothalamus kommen kann, die ihrerseits anhaltende mikrostrukturelle Veränderungen begünstigt. Inwieweit auch bei adipösen Menschen makro- und mikrostrukturelle Alterationen im Hypothalamus festzustellen und mittels nichtinvasiver Methoden erfassbar sind, wurde bisher nicht ausreichend erforscht. Daher wurde hier als nicht-invasiver Zugang die Magnetresonanztomographie (MRT) gewählt und mittels eines detaillierten Segmentierungsprotokolls für T1-gewichtete Daten an einer großen Stichprobe aus der Kohorte des Leipziger Forschungszentrums für Zivilisationserkrankungen (LIFE) der Hypothalamus zunächst semi-automatisch erfasst (n = 338, 21–78 Jahre, mittlerer Body-Mass-Index (BMI) 26.41 ± 3.92 Standardabweichung (SD)). Im Anschluss konnten adjustierte Analysen Aufschluss darüber geben, inwieweit makrostrukturelle Veränderungen bei Adipösen vorzufinden sind. Darüber hinaus wurde mit diffusionsgewichteten MRT-Sequenzen (DWI) auch die Mikrostruktur des Hypothalamus auf Veränderungen im Rahmen von Adipositas untersucht. Unsere Ergebnisse zeigen einen Geschlechterunterschied im Gesamtvolumen des Hypothalamus mit größeren Werten für Männer sowie einen Seitenunterschied mit größeren Volumina für den linken Hypothalamus. Der BMI hatte keinen Einfluss auf das hypothalamische Gesamtvolumen, nachdem für Alter und Geschlecht korrigiert wurde. Allerdings zeigte sich, dass steigende BMI-Werte höhere Werte in der mittleren Diffusionsrate (MD) des Hypothalamus vorhersagten. Selbst unter Berücksichtigung zahlreicher konfundierender Variablen (wie z.B. Geschlecht, Alter, Partialvolumeneffekte durch den dritten Ventrikel, MD des Hippocampus) änderte sich dieses Ergebnis nicht. Vielmehr war es uns möglich dieses Ergebnis in einer zweiten Stichprobe (n = 236) zu replizieren, innerhalb derer die Hypothalami mittels einer automatisierten Segmentierungsprozedur erfasst wurden. Das Volumen an viszeralem Fettgewebe –ein alternativer Biomarker für Adipositas – lieferte in unseren Stichproben vergleichbare Resultate wie der BMI. Zusammenfassend zeigen unsere Ergebnisse anhand zweier bevölkerungsrepräsentativer Stichproben, dass Adipositas mit anhaltenden mikrostrukturellen Veränderungen im Hypothalamus bei Menschen einhergeht. Diese sind darüber hinaus unabhängig von adipositas-assoziierten Komorbiditäten wie Bluthochdruck oder Diabetes. Somit liefern wir einen replizierbaren Algorithmus, welcher mittels diffusionsgewichteter MRT-Sequenzen dazu dienen kann, subtile Veränderungen im Hypothalamus hochsensitiv zu erfassen. Dies könnte in Zukunft dazu beitragen zentrale pathologische Veränderungen bei Menschen besser zu visualisieren und deren Relevanz in der Pathogenese der Adipositas einzuordnen.

This dissertation describes the development, implementation, validation, optimization, and application, of a noninvasive and quantitative method for measuring cerebral blood volume changes with functional magnetic resonance imaging (fMRI) for mapping of neural activity changes. Since its inception over twenty years ago, the field of fMRI has grown in usage, sophistication, range of applications, and impact. Nevertheless it has yet to exploit its full potential regarding, spatiotemporal resolution, signal specificity, and quantifiability of hemodynamic changes. By utilization of a new MR pulse sequence, new concepts of radio frequency pulses, and high magnetic fields (7 T), a novel fMRI method named SS-SI VASO is presented here that overcomes sensitivity limitations of other noninvasive quantitative imaging methods. In order to validate that its signal represents changes in cerebral blood volume without other contaminations, SS-SI VASO is implemented in animal models for a close comparison with established, but invasive methods. A good agreement of blood volume sensitivity has been found with the new method compared to the established ones. After its validation, the SS-SI VASO method and its unprecedented sensitivity was used to localize and quantify hemodynamic changes in applications where conventional oxygenation based fMRI methods are limited. (A) SS-SI VASO was used to investigate biophysical aspects of actively controlled arteries and passive balloon-like veins during activity induced hemodynamic changes. (B) SS-SI VASO was used to provide insights whether the interplay of neural activity and resultant vascular response are the same for tasks that increase neural activity compared to tasks that suppress neural activity. (C) SS-SI VASO was used to calibrate conventional oxygenation based fMRI to quantify local changes in oxygen metabolism. (D) The high sensitivity of SS-SI VASO was further used to obtain sub-millimeter resolutions and estimate activity changes between cortical layers. This enables to address questions not only where the brain is activated but also how and whereby this activity is evoked. The implementation and application of this new SS-SI VASO fMRI method is a major step forward for the field of imaging neuroscience; it demonstrates that the current limitations of fMRI can be even overcome with respect to quantifiability, spatial specificity and distinguishing between vascular and neuronal phenomena.

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.

Ziel: Bei der Translation neuartiger Radiotracer in die klinische Phase ist eine Abschätzung der Strahlenexposition am Menschen vor erstmaliger Anwendung notwendig. Hierbei soll die effektive Dosis (ED) am Tiermodell abgeschätzt werden, welche nach i.v. Injektion eines Radiotracers in den Menschen entsteht. Mit Hilfe von [18F]Flubatine und [18F]Fluspidine wurde in Mäusen erstmals mit einem Kleintier-PET/MRT sowie in Menschen mit einem konventionellen PET/CT die interne Dosimetrie berechnet und die PET/MR bildbasierte Methode evaluiert. Um den Einfluss von Speziesunterschieden zu untersuchen wurden weiterhin Ferkel (PET/CT) dosimetrisch untersucht. Methodik: Nach i.v. Injektion von (-) bzw. (+)[18F]Flubatine (a, b) oder (S)- bzw. (R)-[18F]Fluspidine (c,d) wurden (i) in vivo PET Scans (bis zu 7h p.i.) durchgeführt, die List-Mode Daten unter Nutzung der Standardkorrekturen in 10 Zeitframes rekonstruiert und die Organaktivitäten mit ROVER (ABX, Radeberg) in 3 Spezies bestimmt; (ii) ex vivo Organentnahme an Mäusen und anschließender Messung der Organaktivität in einem Gammacounter durchgeführt (Goldstandard). Nach Extrapolation der Tierdaten auf die menschliche Anatomie, wurde die ED mit OLINDA (v.1.1) für alle 3 Spezies berechnet. Ergebnisse: Die Dosimetrie für (a)/(b) ergab eine ED (µSv/MBq) von 12,5/12,1 (n=30 Mäuse), 13,4/14,3 (n=8 Ferkel), 22,3/23,0 (n=6 Menschen) und für (c)/(d) 12,9/14,0 (n=6 Mäuse), 21,0/n.a. (n=4 Menschen). Während (a) und (b) eine vergleichbare Biokinetik sowie ED zeigen, ist die ED von (c) und (d) signifikant (p=0,025) verschieden basierend auf Enantiomeren Unterschieden. Weiterhin besteht eine Unterschätzung der ED zum Menschen von 38% (Ferkel) bis 47% (Mäuse). Schlussfolgerung: Die Strahlenexposition nach i.v. Applikation von (a,b,c,d) liegt im Bereich anderen Fluor-18-markierter Radiotracer und damit im Schwankungsbereich der natürlichen Strahlenexposition. Die Abschätzung der ED unter Nutzung von Tiermodellen mit Hilfe eines Kleintier-PET/MRT ist unter Berücksichtigung der genannten Limitationen möglich und liefert vergleichbare Ergebnisse wie der ex vivo Goldstandard.

Bei einer Erkrankung des Gehirns ist häufig anhand von alleiniger Routinediagnostik, wie Magnetresonanz (MRT)- und Computertomographie (CT) des Kopfes sowie Liquoranalysen, keine eindeutige Diagnosestellung möglich. Für eine gezielte Therapie ist aber eine gesicherte histopathologische Diagnose essentiell. Aufgrund der hohen Komplexität und Verletzlichkeit des Nervensystems ist eine besonders präzise und sichere Biopsiemethode nötig, die jedoch gleichzeitig nicht zu kostenintensiv sein darf. Ziel der experimentellen Kadaverstudie war die Bestimmung der Genauigkeit eines neuen MRT-basierten patientenindividuellen stereotaktischen Gehirnbiopsiesystems durch die Berührung vordefinierter intrakranieller Zielpunkte im Hundegehirn unter Zuhilfenahme einer Gehirnbiopsienadel. Zur Ermittlung der Genauigkeit des Systems wurden an 22 Hundekadavern zweier Körpermassenklassen (Gruppe 1: kleine Hunde < 15 kg, Gruppe 2: große Hunde > 20 kg) drei spezielle Knochenanker und darauf aufsetzende Marker, welche sowohl in CT- als auch in MRT-Untersuchungen sichtbar waren, an vordefinierten Knochenpunkten befestigt. Anschließend wurden sowohl ein MRT- als auch ein CT-Datensatz des Kopfes angefertigt. Je Kadaver wurden zwei Zielpunkte festgelegt. Linksseitig wurde ein Zielpunkt im Gehirnbereich des Nucleus caudatus zur Simulation oberflächlicher Gehirnläsionen angesteuert, rechtsseitig ein Zielpunkt im Bereich des Lobus piriformis als Beispiel einer tiefen Gehirnläsion festgelegt. Des Weiteren wurden die Trajektorien der Biopsienadel im MRT-Datensatz markiert. Die Eintrittspunkte der Biopsienadel mussten jeweils in einem Gyrus liegen und die Biopsienadel durfte auf ihrem Weg durch das Gehirngewebe die Ventrikel nicht penetrieren. Basierend auf den MRT-Bildern wurde ein patientenindividueller Rahmen zum Erreichen der eingezeichneten Zielpunkte konzipiert und anschließend mit einem 3D-Drucker der Firma Stratasys gedruckt. Der patientenindividuelle Rahmen, welcher aus drei Beinen und zwei Biopsieports (Instrumentenführung) bestand, wurde am Hundekopf mit speziellen Schrauben an den bereits vorhandenen Knochenankern befestigt. Mit Hilfe der Instrumentenführung des 3D- Rahmens konnte anschließend ein minimalinvasiver Zugang für die Biopsienadel geschaffen werden. Die Biopsienadel wurde entsprechend der vorgeplanten Trajektorien im Gehirn platziert. Es folgte ein erneuter CT-Scan des Hundekopfes mit der Biopsienadel im Hundeschädel für die Zielpunkte 1 und 2. Die Zielpunktabweichung (in Millimetern) zwischen den Ist- und Soll-Zielpunkten wurde nach der Fusion der MRT- und der zwei CT-Datensätze in einem Koordinatensystem ermittelt. Dabei erfolgt die Fusion der MRT- und CT-Daten basierend auf den am Patienten befestigten Markern, die in beiden Schnittbildverfahren sichtbar waren, und die Fusion der CT-Scans anhand von Knochenpunkten. Die CT-Untersuchungen wurden nur für die Ermittlung der Genauigkeit des Biopsieverfahrens angewendet. Der zukünftige Einsatz am klinischen Patienten dagegen kann ausschließlich auf MRT-Datensätzen basieren. Die mediane Zielpunktabweichung aller 43 Zielpunkte an 22 Kadavern ergab einen Wert von 0,83 mm mit einer Spannweite von 0,09 bis 2,76 mm. Die mediane Zielpunktabweichung aller Hunde im Zielpunkt 1, einem Punkt im oberflächlicher gelegenen Nucleus caudatus, betrug 0,57 mm (Spannweite 0,09 – 1,25 mm) und im Zielpunkt 2, einem Punkt im tiefer gelegenen Lobus piriformis, ergab einen Wert von 0,85 mm (Spannweite 0,14 – 2,76 mm). Es konnte kein signifikanter Unterschied der Zielpunktabweichungen zwischen dem Zielpunkt 1 und 2 in allen Hunden festgestellt werden. In der Gruppe 1 (kleine Hunde < 15 kg) wurde eine mediane Zielpunktabweichung im Zielpunkt 1 von 0,50 mm und im Zielpunkt 2 von 0,84 mm ermittelt. In der Gruppe 2 (große Hunde > 20 kg) ergab sich eine mediane Zielpunktabweichung im Zielpunkt 1 von 0,96 mm und im Zielpunkt 2 von 0,93 mm. Es konnte ein signifikanter Unterschied der Zielpunktabweichung im Zielpunkt 1 (Nucleus caudatus, oberflächlich) nachgewiesen werden. Es kann davon ausgegangen werden, dass in kleineren Hunden (im Vergleich zu in großen Hunden) oberflächlichere Zielpunkte mit einer erhöhten Genauigkeit beprobt werden können. Im Zielpunkt 2 (Lobus piriformis, tief) konnte kein Unterschied der Genauigkeit zwischen den unterschiedlichen Patientenmassengruppen ermittelt werden. In den bisherigen Studien zu den derzeit in der Veterinärmedizin eingesetzten Gehirnbiopsiesystemen wurden mittlere Zielpunktabweichungen von 0,9 bis 4,3 mm oder mediane Zielpunkabweichungen von 1,5 und 1,55 mm berichtet. Somit erreichte das MRT-basierte patientenindividuelle stereotaktische Gehirnbiopsiesystem eine höhere Genauigkeit als die meisten bisher eingesetzten Systeme und lässt sich zusätzlich bei jeder Hundekopfgröße und –form anwenden. Damit qualifiziert sich das Gehirnbiopsiesystem für den Einsatz an klinischen Patienten.:INHALTSVERZEICHNIS 1. EINLEITUNG UND FRAGESTELLUNG 2. LITERATURÜBERSICHT 2.1. Gehirnbiopsien in der Veterinärmedizin 2.1.1. Minimalinvasive nicht-stereotaktische Gehirnbiopsieverfahren 2.1.2. Minimalinvasive stereotaktische Gehirnbiopsieverfahren 2.1.2.1. Klinisch eingesetzte rahmenbasierte stereotaktische Gehirnbiopsieysteme 2.1.2.2. Klinisch eingesetzte rahmenlose stereotaktische Gehirnbiopsiesysteme 2.1.3. Anwendungsgebiete moderner Neuronavigationssysteme 2.2. Genauigkeiten der in der Kleintierneurochirurgie eingesetzten Gehirnbiopsiesysteme 3. MATERIAL UND METHODEN 3.1. Allgemeiner Aufbau der Studie 3.2. Präparation der Hundekadaver 3.3. Bildgebung zur Erfassung der Planungsdaten 3.4. Konstruktion der Gehirnbiopsievorrichtung 3.5. Platzierung und Kontrolle der Gehirnbiopsienadel am Kadaver 3.6. Auswertung der Zielpunktgenauigkeit 3.7. Statistische Auswertung 4. ERGEBNISSE 4.1. Rasse und Körpermasse der Hundekadaver 4.2. Zielpunktgenauigkeit des MRT-basierten patientenindividuellen stereotaktischen Gehirnbiopsiesystems 5. DISKUSSION 5.1. Genauigkeit des MRT-basierten patientenindividuellen stereotaktischen Gehirnbiopsiesystems im Vergleich zu der Genauigkeit anderer Gehirnbiopsiesysteme 5.2. Ablauf einer Gehirnbiopsieentnahme am klinischen Patienten 5.3. Vorteile des MRT-basierten patientenindividuellen stereotaktischen Gehirnbiopsiesystems 5.4. Nachteile und Limitationen des MRT-basierten patientenindividuellen stereotaktischen Gehirnbiopsiesystems 5.5. Bedeutung und Ausblick 6. ZUSAMMENFASSUNG 7. SUMMARY 8. LITERATURVERZEICHNIS 9. ANHANG 9.1. Ausreißer: Fall Nr. 21, Labrador Retriever (Gruppe 2), Zielpunkt 1 9.2. Abbildungsverzeichnis 9.3. Tabellenverzeichnis 10. DANKSAGUNG

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Es sollte mittels eines Flussphantoms evaluiert werden, ob die noch recht junge Technik der beschleunigten vierdimensionalen MR-Flussmessungen – die 4D k-t GRAPPA-Technik –valide quantitative Untersuchungsergebnisse liefert. Des Weiteren sollte überprüft werden, ob diese Technik der beschleunigten parallelen Bildgebung es ermöglicht, vierdimensionale MR-Flussmessungen mit deutlich reduzierter Scanzeit, aber gleicher Bildqualität und Genauigkeit im Vergleich zu konventionellen 2D-Flussmessungen zu akquirieren. Wir verglichen 4D k-t GRAPPA-Messungen mit einer 4D GRAPPA- und einer konventionellen 2D-GRAPPA-Flusssequenz. Alle Messungen wurden fünffach beschleunigt durchgeführt. Als Messobjekt diente ein selbst konstruiertes Flussphantom, welches mit zwei verschiedenen Pumpen für kontinuierlichen und pulsatilen Fluss betrieben wurde. Die am Flussphantom eingestellten Flussvolumina und die daraus errechneten Flussgeschwindigkeiten wurden jeweils als Referenzwerte festgelegt. Für die Analyse der 4D-Datensätze wurde eine eigens entwickelte Software „Bloodline“ verwendet. Ausgewertet wurden die Flussvolumina, sowie die mittleren Fluss- und Spitzenflussgeschwindigkeiten. Abweichungen von ≤ 0,1 l/min für Flussvolumina, bzw. ≤ 5 cm/s für Flussgeschwindigkeiten wurden zuvor als klinisch akzeptabel festgelegt. Es zeigten sich exzellente Korrelationen (r = 0,99 – 1,0) aller MR-Flusssequenzen mit den Referenzwerten, sowie eine hervorragende Reproduzierbarkeit (r = 0,99) für alle Sequenzen. Die Flussvolumen-Messungen bei kontinuierlichem Fluss erbrachten mit allen MR-Sequenzen Abweichungen zu den Referenzwerten von ≤ 0,1 l/min (LOA 2D GRAPPA 0,0 - 0,1 l/min; 4D GRAPPA -0,1 - 0,08 l/min; 4D k-t GRAPPA -0,08 - 0,1 l/min). Die Abweichungen bei Flussgeschwindigkeits-Messungen waren für alle Sequenzen ≤ 1,0 cm/s (LOA 2D GRAPPA 0,0 - 2,0 cm/s; 4D GRAPPA -1,8 - 1,8 cm/s; 4D k-t GRAPPA 0,0 - 2,0 cm/s). Im Vergleich der MR-Flussmessungen untereinander zeigten die Messwerte der konventionellen 2D-Flussmessung die besten Übereinstimmungen mit der 4D k-t GRAPPA-Sequenz (LOA für Flussvolumen -0,08–0,08 l/min; LOA für Flussgeschwindigkeiten -0,8–0,8 cm/s). Zwischen den drei verwendeten Flusssequenzen ergaben sich bei Phantom-Untersuchungen mit kontinuierlichem Fluss also hervorragende Übereinstimmungen ohne klinisch relevante Abweichungen. Für pulsatilen Fluss zeigten sich ebenfalls hervorragende Korrelationen zwischen den Untersuchungsergebnissen aller verwendeten MR-Flusssequenzen (r = 0,99 – 1,0). Besonders die Messergebnisse der mittleren Flussgeschwindigkeiten erbrachten sehr gute Übereinstimmungen zwischen allen drei Flusssequenzen mit Abweichungen der 4D k-t GRAPPA-Sequenz zu 2D GRAPPA von 0,0 cm/s (LOA 0,0 - 1,9 cm/s), bzw. zur 4D GRAPPA-Sequenz von 1,0 cm/s (LOA -0,9 - 1,9 cm/s). Vor allem für Messungen der Flussvolumina (Abweichung 0,2 l/min, LOA 0,0 - 0,4 l/min) und Spitzenflussgeschwindigkeiten (Abweichung 2,0 cm/s, LOA 0,0 - 3,9 cm/s) ergaben k-t GRAPPA-Messungen leicht höhere Messwerte im Vergleich zu den anderen Flusssequenzen. Nach den zuvor bestimmten Entscheidungsgrenzen mussten diese Abweichungen als klinisch relevant eingestuft werden. Bei fehlenden Werten für tatsächlich geförderte Flussvolumina konnte jedoch keine Aussage darüber getroffen werden, welche Sequenzen den tatsächlichen Werten näher kamen. In vergleichbaren Studien wurden solche fünffach beschleunigte k-t GRAPPA-Messungen mit lediglich zweifach beschleunigten GRAPPA-Untersuchungen verglichen und zeigten bessere Übereinstimmungen zu Referenzwerten. Wir stellten demnach die Hypothese auf, dass die fünffache Beschleunigung der GRAPPA-Sequenzen aufgrund der zeitlichen Unschärfe zu einer Unterschätzung der Messwerte führt und die Ergebnisse der k-t GRAPPA-Messungen näher an den tatsächlichen Werten liegen sollten. Die Messungen wurden mit optimalen Venc-Einstellungen durchgeführt; die in etwa zu erwartenden maximalen Flussgeschwindigkeiten waren aus Vorversuchen bekannt. Auch eine Erhöhung der Venc auf etwa das Doppelte der Spitzenflussgeschwindigkeit wirkte sich nicht signifikant auf die Messergebnisse der Flussmessungen aus. Eine fehlerhafte Festlegung der Messebene hingegen (Messebene nicht orthogonal zum Hauptflussvektor) führte zu zunehmenden Unterschätzungen von Flussvolumen und mittlerer Flussgeschwindigkeit in der 2D-Messung, während beide 4D-Messungen davon nicht betroffen waren. Die Scanzeit konnte mit der 4D k-t GRAPPA-Sequenz (etwa 1:30 min) im Vergleich zu 4D GRAPPA-Messungen (3:45 min) erheblich reduziert werden. Die gewonnenen Erkenntnisse bestärken das Vorhaben, die fünffach beschleunigte 4D k-t GRAPPA-Sequenz in einem nächsten Schritt auch für Probanden- und schließlich für Patienten-Untersuchungen zu verwenden und Ergebnisse mit zweifach beschleunigten 2D GRAPPA- und 4D GRAPPA-Messungen zu vergleichen.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 1.1 Entwicklung der Flussmessung im MRT 1 1.2 Grundlagen der Magnetresonanztomographie 3 1.2.1 Magnetfeldstärke 3 1.2.2 Anregung des Untersuchungsobjektes 3 1.2.3 Bildkontrast 4 1.2.4 Schichtwahl und Ortskodierung 5 1.2.5 k-Raum 7 1.2.6 Basis-Pulssequenzen 8 1.3 Phasenkontrast-Magnetresonanztomographie 9 1.3.1 4D Phasenkontrast-Flussmessung 12 1.3.2 Räumlich-zeitliche parallele Bildgebung 13 1.3.3 Phase wrapping 15 1.3.4 Bewegungsartefakte 16 1.4 Methoden zur Verkürzung der Messzeit 17 1.4.1 Phasenbeschränkte Bildgebung 17 1.4.2 Parallele Bildgebung 18 1.5 Datenanalyse 20 1.5.1 Nachbearbeitung 20 1.5.2 Blutflussvisualisierung 22 1.5.3 Flussquantifizierung 23 1.5.4 Qualitätskontrolle 24 1.6 Fragestellung 25 1.6.1 Kardiovaskuläre Untersuchungsmethoden 25 1.6.2 Hämodynamische Veränderungen bei kardiovaskulären Pathologien 26 1.6.3 Validierung der MR-Messergebnisse mit einem Flussmodell 27 2 Material und Methoden 29 2.1 Magnetresonanztomograph 29 2.2 Entwicklung des Flussphantoms 31 2.2.1 Entwicklung der ersten Version des Flussphantoms 31 2.2.2 Datenerhebungen mit der ersten Version des Flussphantoms 34 2.2.3 Entwicklung der zweiten Version des Flussphantoms 35 2.2.4 Datenerhebung mit der zweiten Version des Flussphantoms 36 2.2.5 Entwicklung der dritten Version des Flussphantoms 37 2.2.6 Datenerhebung mit der dritten Version des Flussmodells 40 2.2.7 Entwicklung der finalen Version des Flussphantoms 40 2.2.8 Herstellung des Carbopol-Gels 41 2.2.9 Erste Datenerhebungen mit der finalen Version 41 2.3 Hauptmessreihe 41 2.3.1 Reproduzierbarkeit 43 2.4 Einfluss der Venc-Einstellung 43 2.5 Winkelfehler 44 2.6 Pulsatiler Fluss 45 2.7 Datenanalyse 46 2.7.1 2D-Flussdatenauswertungen 47 2.7.2 4D-Flussdatenauswertungen 48 2.7.3 Auswertungs-Parameter 49 2.8 Statistik 50 3 Ergebnisse 51 3.1 Entwicklung des Flussphantoms 51 3.1.1 Messungen mit der ersten Version 51 3.1.2 MR-Messungen mit der finalen Version, Außenmedien im Vergleich 54 3.2 Ergebnisse der Hauptmessreihe 59 3.2.1 Vergleiche zu den Referenzwerten 59 3.2.2 Vergleiche zwischen den MR-Sequenzen 68 3.2.3 Reproduzierbarkeit 71 3.2.4 Visuelle Darstellung bei kontinuierlichem Fluss 74 3.3 Einfluss der Venc-Einstellung 75 3.4 Winkelfehler 78 3.5 Pulsatiler Fluss 83 3.5.1 Vergleiche zu den Referenzwerten 83 3.5.2 Vergleiche zwischen den MR-Sequenzen 88 3.6 Akquisitionszeit 89 4 Diskussion 90 4.1 Vorhaben 90 4.2 Das MRT-Flussphantom 90 4.3 Entwicklung des Flussphantoms 94 4.3.1 Außenmedien im Vergleich 94 4.4 Hauptmessreihe 95 4.4.1 Reproduzierbarkeit 97 4.5 Einfluss der Venc-Einstellungen 97 4.6 Winkelfehler 98 4.7 Pulsatiler Fluss 99 4.7.1 Vergleich von pulsatilem und kontinuierlichem Fluss 101 4.8 Akquisitionszeit 101 4.9 Vergleichende Arbeiten 102 4.9.1 Flussphantom-Studien 106 4.9.2 Messgenauigkeit der 4D k-t GRAPPA-Sequenz 107 4.9.3 Weitere 4D PC-Flusssequenzen 108 4.9.4 Weitere beschleunigte Akquisitionstechniken 109 4.10 Limitationen 110 4.11 Fazit 112 5 Zusammenfassung 114 6 Literatur 117 7 Anhang 124 7.1 Ergebnisse während der Entwicklung des Flussphantoms 124 7.1.1 MR-Messungen mit der ersten Version des Flussphantoms 124 7.1.2 MR-Messungen mit der zweiten Version des Flussphantoms 125 Abbildungsverzeichnis 127 Tabellenverzeichnis 129 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 130 Lebenslauf 131 Publikationen 132 Danksagung 132