Diese prospektive radiologisch-klinische Studie vergleicht die Eignung dreier anatomischer Strukturen (Sehne des M. tibialis ant., Tibiavorderkante und Intermetatarsal-raum I) als intraoperative Landmarke bei der Implantation der Tibia-Komponente eines bikondylären Oberflächenersatzes mit einer mobilen Gleitlage. Eine möglichst genaue mechanische Achsausrichtung trägt laut Fachliteratur nicht nur zur langen Standzeit des Implantats bei, sondern führt auch zu einer früheren Rehabilitation und somit zu besserer klinischer Funktion des operierten Knies. Im Rahmen der Studie wurden insgesamt 29 Patienten rekrutiert, die zur Implantation einer LCS® Prothese (DePuy, Warsawa, USA) anstanden. Das Studiendesign beinhaltete eine präoperative Body Mass Index und Knee Score Bestimmung, eine Ganzbeinstandaufnahme und eine 3D-MRT-Bildanalyse. Die präoperative Achseinteilung ergab einen Varuswinkel (Tibiofemoral-Winkel <3 Grad) bei 16 Patienten, einen physikalischen Winkel bei neun Patienten und einen Valguswinkel bei vier Patienten. In der 3D-Bildanalyse wurde die Lage der drei oben genannten Strukturen zu einer virtuellen kernspintomographisch darstellbaren mechanischen Achse verglichen. Diese Analyse zeigt, dass die Sehne des M. tibialis ant. im Mittel die ideale Implantationsachse am ehesten reflektiert (Abstand zur idealen Achse: -1,66 +/-5,73mm), gefolgt von der Tibiavorderkante (-1,87 +/-2,58mm; p=0,859) und dem Intermetatarsalraum I (3,01 +/-8,48mm; p= 0,006). Insgesamt weist die Sehne des M. tibialis ant. die besten Eigenschaften als Landmarke auf, da sie den durchschnittlich kleinsten Abstand zur idealen Implantationsachse bei vergleichsweise geringer Streuung und hoher Intra-Beobachter-Reliabilität zeigt. Eine Ausnahme bilden Patienten mit starker Varusstellung in der präoperativen Beinachse. Die differenzierte Analyse in Abhängigkeit der präoperativen Beinachse legt nahe, dass hier die Tibiavorderkante aufgrund ihrer geringen Streuung im Abstand zur idealen Implantationsachse als Landmarke vorzuziehen ist, obwohl sie eine niedrigere Intra-Beobachter-Reliabilität als die Sehne des M. tibialis ant. hat. / This prospective radiological-clinical study compares the suitability of three anatomical structures as intraoperative landmarks for the implantation of the tibial component in total knee replacement using bicondylar knee prosthesis with a mobile bearing system: Tendon of the tibialis anterior muscle, anterior edge of the tibia, first intermetatarsal space. According to previous research, a high level of precision in the reconstruction of mechanical alignment will not only contribute to a long life span of the implant, but also enable a quicker rehabilitation and thus a better clinical function of the prosthesis. In this research project, 29 patients awaiting treatment by total knee arthroplasty using the LCS Mobile-Bearing Knee System®, were recruited. In the course of the study, the following data was collected: a preoperative body mass index, clinical knee score, X-Ray a.p. lateral view single leg with patient standing and 3D-MRI analysis of the lower extremity. The recruited patients were then divided into three subgroups for statistical analysis according to their preoperative anatomical alignment: 16 patients with varus knees, 9 patients with physiological knees, 4 patients with valgus knees. In the 3D-MRI analysis, the positions of the three anatomical structures named above were compared to a virtually reconstructed mechanical axis. The analysis demonstrates that the position of the tendon of the tibialis anterior muscle reflects most closely the ideal implantation axis (Distance to mechanical axis: -1,66 +/-5,73mm), followed by the anterior edge of the tibia (-1,87 +/-2,58mm; p=0,859) and the first intermetatarsal space (3,01 +/-8,48mm; p= 0,006). The study concludes that the tendon of tibialis anterior muscle should be considered the best suitable structure of implantation of the tibial component. This is because it is characterized by the shortest mean distance from the mechanical axis, the least spread in the statistical data and high intra-observer reliability. However, the subgroup of patients with distinct varus deformity appears to be an exception. The differentiated analysis that takes the preoperative anatomical alignment into account reveals that the anterior edge of the tibia may be better suited as intraoperative landmark. This structure offers a low spread for this patient group, although its intra-observer reliability is lower than that of the tendon of the tibialis anterior muscle.

Die Myokardausdehnung wird als neuer Parameter der Infarktanatomie eingeführt. Dessen Entwicklung über die Zeit korreliert in hohem Maße mit der Entwicklung des enddiastolischen Volumens. Beide gemeinsam, die Myokardausdehnung und die Infarktausdehnung, bestimmen die Entwicklung des enddiastolischen Volumens im Laufe des linksventrikulären Remodellings nach Myokardinfarkt. Neben den bekannten verschiedenen Formen der Dilatation des linken Ventrikels kommt es bei zahlreichen Patienten auch zu einem Rückgang des enddiastolischen Volumens im Verlauf des Remodellings. / Anatomy of myocardial infarction and the development of enddiastolic volume can be illustrated in by comparing remote extent und infarct extent during remodeling. Expansion of infarcted and remote myocardium following myocardial infarction may be viewed as variable repair and compensatory mechanisms, that are independent of each other. There is not only dilatation of left ventricular volume but also shrinking.

Intrazerebrale stereotaktische Eingriffe werden zu einem großen Teil ohne direkte Sichtkontrolle durchgeführt. Ein Operateur muss sich deshalb bei der räumlichen Festlegung von Strukturen und beim Anfahren dieser Strukturen auf Hilfsmittel wie stereotaktische Geräte und auf Atlanten, über welche die stereotaktischen Geräte gesteuert werden, verlassen. Trotz großer Fortschritte bei den bildgebenden Verfahren während der letzten dreißig Jahre, ist es gegenwärtig noch nicht möglich, zuverlässig alle subkortikalen Strukturen mit computertomographischen (CT) oder magnetresonanztomographischen (MRT) zu identifizieren oder begrenzen. Eine ganze Reihe zytoarchitektonischer beziehungsweise immunhistochemischer Atlanten wurde veröffentlicht. Dennoch ist es nicht gelungen, die Ergebnisse und Abbildungen dieser Atlanten mit bildgebenden Verfahren bis in die gewünschten Details zu kombinieren, um auf diese Weise das immer noch geringe Auflösungsvermögen radiologischer Methoden zu erhöhen. Deformationen bei der Gewebsentnahme des Gehirns, bei der anschließenden Einbettung, bei der alkoholischen Dehydrierung des Gewebes, Verformungen beim Schneiden und Färben der Schnitte überfordern selbst hoch komplexe mathematische Verfahren und Algorithmen beim Versuch, zytoarchitektonische und immunhistochemische Schnitte mit der gewünschten Präzision den radiologischen Ergebnissen und Bildern und damit indirekt auch den Verhältnissen in vivo anzupassen. Als Alternative verwendeten wir ungewöhnlich dicke (350 – 440 µm) Gallozyanin- (Nissl) gefärbte Serienschnitte durch die Gehirne (ZNS) von drei Personen im Alter von 56, 68 und 36 Jahren. Bei einem Fall wurde das ZNS post mortem mit einem Kernspintomographen vor der Entnahme gescannt. Die Serienschnitte durch dieses Gehirn und das eines zweiten und dritten nicht-gescannten Falles wurden mit Gallozyanin gefärbt, die zytoarchitektonischen Grenzen des Thalamuskomplexes und seiner Unterkerne wurden nach Hassler (1982) identifiziert, jede ihrer Grenzen mit dem Cursor eines Graphiktabletts umfahren und die Gestalt des Thalamuskomplexes und seiner Unterkerne mit Hilfe von Photoshop CS5® und eines computergestützten 3D-Rekonstruktionsprogramms (Amira®) dargestellt. Im Fall 3 ließen sich nach Dunkelfeldbeleuchten die Verteilung markhaltiger Fasern studieren und die zytoarchitektonischen mit myeloarchitektonischen Befunden erweitern und ergänzen. Zusätzlich konnten im Fall 1 die histologischen Serienschnitte und ihre 3D Rekonstruktion mit dem post mortem in cranio MRT registriert werden. Insgesamt kann dieser methodische Ansatz als eine robuste und relativ einfache wenn auch mit umfangreicherer manueller Tätigkeit verbundene Technik zur sehr detailreichen unverformten Korrelation zytoarchitektonischer und kernspinotomographsicher Darstellung des Thalamuskomplexus und seiner Unterkerne angesehen werden. Sie könnte als Grundlage für die Herausgabe eines multimedialen 3D stereotaktischen Atlas des menschlichen Gehirns dienen. / Stereotactic procedures are based on the precise spatial localization of targets within the human brain.Despite the great advance in neuroimaging in the last thirty years, it is still not possible to delineate or toreliably identify all the subcortical structures using computed tomography (CT) or magnetic resonance imaging (MRI).Although several cytoarchitectural- or immunohistochemical- maps have been proposed as parameters for correlating imaging results with anatomical location of these structures, technical limitations prevent a point-to-point correlation between imaging and anatomy. The main shortcoming of these maps is the lack of precise correction of post-mortem tissue deformations caused by fixation and processing. To date, even complex algorithms failed to completely correct these distortions. As an alternative, we present a 3D reconstruction of the human thalamic nuclei of 2 subjects (n=4), based on serial histological sections. We assessed the results of histology-based 3D reconstruction either with or without corregistration to post mortem in-situ MR images of the same brains. To this purpose a simple and reliable method to processthe tissue was used and a new tissue warping technique was developed, allowing outstanding three-dimensional coherence. The one-to-one correlation of the histology with the 3T MRI of the same subject warrants a better interpretation of MR images. This procedure compensates the inherent shortcomings of either methods. Our results render feasible the construction of an improvedthree-dimensional stereotactic atlas of the human brain.

In dieser Arbeit wurden für spezielle Anwendungen an klinischen MR-Geräten optimierte Phased-Array-Spulen entwickelt. Das Ziel war, durch die Verwendung neuer Spulen entweder neue Anwendungsgebiete für klinische MR-Geräte zu eröffnen oder bei bestehenden Applikationen die Diagnosemöglichkeiten durch eine Kombination von höherem SNR und kleineren g-Faktoren im Vergleich zu bestehenden Spulen zu verbessern. In Kapitel 3 wurde untersucht, ob es durch den Einsatz neu entwickelter, dedizierter Kleintierspulen sinnvoll möglich ist, Untersuchungen an Kleintieren an klinischen MR-Geräten mit einer Feldstärke von 1,5T durchzuführen. Der Einsatz dieser Spulen verspricht dem klinischen Anwender Studien an Kleintieren durchführen zu können, bei denen er den gleichen Kontrast wie bei einer humanen Anwendung erhält und gleichzeitig Kontrastmittel sowie Sequenzen, die klinisch erprobt sind, einzusetzen. Durch die gewählten geometrischen Abmessungen der Spulen ist es möglich, Zubehör von dedizierten Tier-MR-Geräten, wie z. B. Tierliegen oder EKG- bzw. Atemtriggereinheiten, zu verwenden. Durch Vorversuche an für Ratten dimensionierten Spulen wurden grundlegende Zusammenhänge zwischen verwendetem Entkopplungsmechanismus und SNR bzw. Beschleunigungsfähigkeit erarbeitet. Für Ratten wurde gezeigt, dass in akzeptablen Messzeiten von unter fünf Minuten MR-Messungen des Abdomens in sehr guter Bildqualität möglich sind. Ebenfalls gezeigt wurde die Möglichkeit durch den Einsatz von paralleler Bildgebung sowie Kontrastmitteln hochaufgelöste Angiographien durchzuführen. Es stellte sich heraus, dass bei 1,5T dedizierte Mäusespulen bei Raumtemperatur von den SNR-Eigenschaften am Limit des sinnvoll Machbaren sind. Trotzdem war es möglich, auch für Mäuse ein 4-Kanal-Phased-Array zu entwickeln und den Einsatz bei kontrastmittelunterstützten Applikationen zu demonstrieren. Insgesamt wurde gezeigt, dass durch den Einsatz von speziellen, angepassten Kleintierspulen auch Tieruntersuchungen an klinischen MR-Geräten mit niedriger Feldstärke durchführbar sind. Obwohl sich die Bestimmung der Herzfunktion an MR-Geräten im klinischen Alltag zum Goldstandard entwickelt hat, ist die MR-Messung durch lange Atemanhaltezyklen für einen Herzpatienten sehr mühsam. In Kapitel 4 wurde deswegen die Entwicklung einer 32-Kanal-Herzspule beschrieben, welche den Komfort für Patienten deutlich erhöhen kann. Schon mit einem ersten Prototypen für 3T war es möglich, erstmals Echtzeitbildgebung mit leicht reduzierter zeitlicher Auflösung durchzuführen und damit auf das Atemanhalten komplett zu verzichten. Dies ermöglicht den Zugang neuer Patientengruppen, z. B. mit Arrythmien, zu MR-Untersuchungen. Durch eine weitere Optimierung des Designs wurde das SNR sowie das Beschleunigungsvermögen signifikant gesteigert. Bei einem Beschleunigungsfaktor R = 5 in einer Richtung erhält man z. B. gemittelt über das gesamte Herz ein ca. 60 % gesteigertes SNR zu dem Prototypen. Die Kombination dieser Spule zusammen mit neuentwicklelten Methoden wie z. B. Compressed- Sensing stellt es in Aussicht, die Herzfunktion zukünftig in der klinischen Routine in Echtzeit quantifizieren zu können. In Kapitel 5 wurde die Entwicklung einer optimierten Brustspulen für 3T beschrieben. Bei Vorversuchen bei 1,5T wurden Vergleiche zwischen der Standardspule der Firma Siemens Healthcare und einem 16-Kanal-Prototypen durchgeführt. Trotz größerem Spulenvolumen zeigt die Neuentwicklung sowohl hinsichtlich SNR als auch paralleler Bildgebungseigenschaften eine signifikante Verbesserung gegenüber der Standardspule. Durch die Einhaltung aller Kriterien für Medizinprodukte kann diese Spule auch für den klinischen Einsatz verwendet werden. Mit den verbesserten Eigenschaften ist es beispielsweise möglich, bei gleicher Messdauer eine höhere Auflösung zu erreichen. Aufgrund des intrinsischen SNR-Vorteils der 3 T-Spule gegenüber der 1,5 T-Spule ist es dort sogar möglich, bei höheren Beschleunigungsfaktoren klinisch verwertbare Schnittbilder zu erzeugen. Zusammenfassend wurden für alle drei Applikationen NMR-Empfangsspulen entwickelt, die im Vergleich zu den bisher verfügbaren Spulen, hinsichtlich SNR und Beschleunigungsvermögen optimiert sind und dem Anwender neue Möglichkeiten bieten. / Purpose of this work was to develop optimized phased array coils for clinical magnetic resonance imaging (MRI) systems for applications were dedicated coils were not readily available. Chapter 3 evaluates the use of dedicated small animal coils on clinical MR scanners with a field strength of 1,5T instead of using special animal-systems with higher intrinsic signal-to-noise ratio. Advantage of the clinical system is the availability and the portability of the results of animal studies to human applications because sequences can easily be adopted. The available contrast is similar and clinically tested contrast agents can directly be used. Comparisons of different array decoupling methods with respect to SNR and parallel imaging performance have been conducted on coils with the standard size of rat-coils on animal scanners as part of this work. This geometry made it possible to directly use accessories of these systems like animal beds and monitoring systems. It showed that it is possible to acquire images of the abdomen of the rat in under five minutes in very good image quality with such setup. It was also used for high resolution angiographie in very short scanning time due to the use of parallel imaging techniques. However it has shown that the use of dedicated mouse coils is at the very limit of SNR at 1.5 T. Nevertheless a four channel phased array coil was built and tested. The results are described within this work. Another application which can benefit of novel dedicated coils is the assessment of cardiac function. Especially for heart patients it can be very exhausting to hold breath for a longer period of time, which is required by the current standard protocol for cardiac imaging. The combination of 3T and many available receive channels is a very promising combination to shorten the scan time. Chapter 4 describes the development of a 32 channel cardiac phased array coil for 3T to investigate this idea. Starting with an existing coil for 1.5T a first prototype was developed which was the first coil to demonstrate real-time cardiac imaging with only slightly reduced temporal resolution. A further optimization of this coil led to a completely new coil with higher SNR performance and better parallel imaging abilities and was a further step towards real-time imaging of the heart in clinical routine. Chapter 5 describes the development of an optimized 16 channel breast coil for 3T which can be used in clinical routine. Tests at 1.5T were conducted to find the best coil element layout . It was also possible to compare the prototypes at this field strength to an existing breast coil of Siemens Healthcare. Better SNR and parallel imaging performance could be achieved due to the possibility of adjusting the coil size to different breast sizes and therefore optimizing the filling factor. These improved qualities will allow to have higher resolution in the same scan time compared to the current standard in clinical routine. In conclusion it has been shown that these applications can benefit from dedicated array coils due to better SNR and parallel imaging performance.

Erlangen, Nürnberg, University, Thesis (doctoral), 1999.

Aachen, Techn. Hochsch., Thesis (doctoral), 2000.

Zugl.: Giessen, Univ., Diss., 2009

Zugl.: Berlin, Freie University, Diss., 2005.

Techn. Hochsch., Diss.--Aachen, 2007.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2007