Es wurde der Einsatz der Mehrschicht-Spiral-CT (MS-CT) zur zerebralen Perfusionsbildgebung und zur zerviko-zerebralen Angiographie bei Schlaganfallpatienten evaluiert. Bei 52 Patienten mit klinischen Zeichen einer akuten Ischämie wurde im Mittel 3,4 Stunden nach Symptombeginn an einem MS-CT Gerät eine CT-Perfusion (CTP) durchgeführt. Parameterbilder der zerebralen Blutperfusion (CBP), des zerebralen Blutvolumens (CBV) und der mittleren Transitzeit (MTT) wurden generiert, Perfusionsstörungen ermittelt und mit bildgebenden sowie klinischen Verlaufskontrollen korreliert. Eine CT-Angiographie (CTA) wurde initial bei 12 Patienten angewandt, um die Eignung des Untersuchungsprotokolls zu prüfen. Darüber hinaus wurden bei 45 Patienten mit Zeichen einer akuten zerebrovaskulären Insuffizienz die Ergebnisse der CTA mit denen anderer bildgebender Modalitäten (Magnetresonanz-Angiographie, digitale Subtraktionsangiographie, Dopplerultraschall) verglichen. Perfusionsbilder konnten von 44 Patienten generiert werden, hiervon entwickelten 22 Patienten einen im Verlauf gesicherten Infarkt. An Hand der MTT-Bilder konnten ischämische Veränderungen mit einer Sensitivität von 95 % erfasst werden, die Spezifität war mit 100 % für die CBV-Bilder am höchsten. Patienten mit Infarkt zeigten seitenvergleichend eine signifikante Reduktion der CBP in ischämischen Arealen. Die Ausdehnung der CBV Reduktion ergab die beste Korrelation mit dem endgültigen partiellen Infarktvolumen. Mit der CTA konnte anfänglich bei 12 / 12 Patienten, später bei 43 / 45 (96 %) eine umfassende Darstellung des zerviko-zerebralen Gefäßsystems erreicht werden, wobei in 22 Infarktpatienten die zu Grunde liegende Gefäßpathologie erkannt werden konnte. Das evaluierte Protokoll zur Perfusionsbildgebung mittels Mehrschicht-Spiral-CT ist zur frühzeitigen Erkennung und Quantifizierung einer akuten zerebralen Ischämie geeignet und bietet zusammen mit der CTA, welche das gesamte zerviko-zerebrale Gefäßsystem verlässlich visualisieren kann, die Möglichkeit einer umfassenden Bildgebung mittels MS-CT bei Schlaganfallpatienten. / The application of multi-slice spiral computed tomography (MS-CT) in the diagnostic assessment of stroke patients using cerebral perfusion imaging and cervicocerebral angiography was evaluated. Fifty-two patients with clinically suspected acute ischemia underwent CT perfusion (CTP), performed 3.4 hours, on average, after the onset of symptoms, by using MS-CT. Perfusion images of the cerebral blood perfusion (CBP), cerebral blood volume (CBV) and mean transit time (MTT) were calculated. The amount and extension of perfusion disturbances were measured and correlated with the outcome. CT angiography (CTA) was initially performed on twelve patients to verify the suitability of the examination protocol. In addition, forty-five patients with signs of acute cerebrovascular insufficiency underwent CTA. CTA findings were compared with those of other imaging modalities (magnetic resonance imaging, digital subtraction angiography, doppler ultrasonography). Of 44 patients in whom perfusion maps could be generated, 22 developed infarction confirmed at follow-up. On MTT-maps ischemic changes could be detected with the highest sensitivity (95%). Specificity was highest (100%) for CBV-maps. Patients with infarction showed significant reduction of CBP in ischemic tissue compared to the contra lateral hemisphere. Extension of CBV reduction showed the best correlation with final infarct volume. Initially in twelve out of twelve patients, later in 43 out of 45 (96%), the cervicocranial vascular system could be comprehensively visualized using CTA. In 22 stroke patients the underlying vascular pathology could be detected. CT perfusion using multi-slice CT is a suitable tool for the early identification and quantification of acute cerebral ischemia. Multi-slice CT angiography permits reliable visualization of the cervicocranial vascular system. Together these tools offer comprehensive assessment of stroke patients by means of multi-slice CT.

Einleitung: Mit der vorliegenden Studie wurden zum ersten Mal beim Menschen die Auswirkungen von Dehydration (Dehy) und anschließender Rehydratation (Rehy) auf cerebrale volumenregulatorische Metabolite (myo-Inosit (mI), N-Azetylaspartat+N-Azetylaspartylglutamat (tNAA), Kreatin (Cr), Glyzerophosphocholin+Phosphocholin (Cho) und Glutamat+Glutamin (Glx)) sowie auf Flüssigkeitsverschiebungen untersucht. Methoden: 14 Radsportler (26.6 (22.7/29.8) Jahre, Median und 25./75. Perzentile) wurden mittels 1H-Spektroskopie (1H-MRS) in der okzipitoparietalen grauen Substanz (GM) und parietalen weißen Substanz rechts (WMR) und links (WML) untersucht (GE Signa Horizon 3T94; PRESS: TE 30ms, TR 6000ms, VOI 8ml). Die Messungen erfolgten vor, direkt nach Dehy und nach Rehy (180min, Zufuhr von 150\% der verlorenen Körpermasse (KM)). Zusätzlich wurde durch T2-Relaxationsmessungen der Atrophieindex alpha (Verhältnis cerebrales Gewebewasser (HW) zu Liquor (CSF)) bestimmt. Resultate: Die KM der Probanden reduzierte sich durch Dehy um 3.7 (3.4/4.1)% und stieg durch Rehy wieder um 4.5 (3.7/5.3)% an (Wilcoxon: p / Introduction: In the present study the influence of Dehy on cerebral volume regulatory metabolites (myo-Inositol (mI), N-Acetyl-aspartata+N-Acetyl-aspartyl-glutamate (tNAA), Creatine (Cr), Glycerophosphocholine+Phosphocholine (Cho) and Glutamate+Glutamine (Glx)) and fluid shifts has been investigated for the first time in humans. Methods: 14 cyclists (26.6 (22.7/29.8) y, median and 25./75. percentile) have been examined with proton NMR spectroscopy in the occipito-parietal gray matter (GM) and the right (WMR) and left (WML) parietal with matter (GE Signa Horizon 3T94; PRESS: TE 30ms, TR 6000ms, VOI 8ml). Spectra were acquired before, immediately after Dehy and after rehydration (Rehy). Rehy took place during 180min and 150% of lost body weight (BW) was substituted. Additionally the atrophy index alpha (ratio between cerebral water and liquor) was assessed (T2 signal decay as a function of echo time). Results: BW of volunteers has been decreased 3.7 (3.4/4.1)% after Dehy and increased 4.5 (3.7/5.3)% after Rehy (Wilcoxon: p

HMG-CoA-Reduktasehemmer, sogenannte Statine, und regelmäßige körperliche Aktivität sind mit vermindertem Auftreten zerebrovaskulärer Ereignisse und Zunahme der endothelialen Stickstoffmonoxidsynthase (eNOS) assoziiert. Die Erhöhung der eNOS-mRNA ist mit verbessertem zerebralen Blutfluß und Neuroprotektion bei einer zerebralen Ischämie verbunden. Vor dem Hintergrund, daß Thrombosen und Thrombembolien die häufigste Ursache zerebro- und kardiovaskulärer Ereignisse darstellen, sind NO-vermittelte antithrombotische Effekte jedoch kaum untersucht. Ebenso wenig ist über mögliche Absetzeffekte nach Beendigung einer Statintherapie bekannt. Daher untersuchten wir, ob die Statine Atorva- und Rosuvastatin eNOS-abhängig zu Neuroprotektion führen und verglichen die Effekte mit einem zweiten eNOS-regulierenden Mechanismus: der regelmäßigen körperlichen Aktivität. Dazu quantifizierten wir nach entsprechender Vorbehandlung eNOS auf mRNA- und Proteinebene aus Aorten, Hirngewebe sowie Thrombozyten und bestimmten die Läsionsvolumina im experimentellen Schlaganfallmodell. Außerdem untersuchten wir nach Statingabe Thrombozytenfunktionsparameter sowie Blutungszeit und Thrombusformation in vivo. Zwei bzw. vier Tage nach Absetzen der Statinbehandlung wiederholten wir die eNOS-Messungen, Schlaganfallexperimente und Gerinnungsanalysen. Wir fanden nach Statinvorbehandlung cholesterinunabhängig eine Zunahme der eNOS, was mit Neuroprotektion im Schlaganfallmodell und verminderter Gerinnungsaktivität verbunden war. Nach Absetzen der Behandlung kam es jedoch zu einer drastischen Abnahme der eNOS, was mit deutlichem Anstieg der Thrombozytenmarker im Plasma und schnellem Verlust der beobachteten positiven Effekte auf Läsionsgröße und Gerinnungssystem einherging. Regelmäßige körperliche Aktivität führt ebenfalls eNOS-abhängig zu verbessertem zerebralen Blutfluß und kleineren Läsionsvolumina bei zerebraler Ischämie. Diese Ergebnisse sind mit den Daten nach Statingabe vergleichbar. Wir demonstrieren einen Klasseneffekt der Statine für eNOS-vermittelte Neuroprotektion im zerebralen Ischämiemodell. Durch die zusätzliche gerinnungshemmende Wirkung könnte diese Wirkstoffklasse neue Ansätze zur prophylaktischen Schlaganfallbehandlung unabhängig vom Cholesterinspiegel eröffnen. Ein Absetzen der Statinbehandlung kann jedoch zu einer Zunahme der Schlaganfallgröße führen und sollte möglicherweise bei Risikopatienten vermieden werden. Regelmäßiges körperliches Training führt zu vergleichbarer Erhöhung der eNOS sowie Neuroprotektion und bietet damit eine sinnvolle Verknüpfung aus prophylaktischer Schlaganfallbehandlung und Rehabilitation. / HMG-CoA-reductase inhibitors, so called statins and regular physical activity are associated with less cerebrovascular events and increase of endothelial nitric oxide synthase (eNOS). Raise of eNOS-mRNA results in cerebral blood flow (CBF) augmentation which refers neuroprotection after ischemic stroke. It is known that thromboses cause the most cerebrovascular events, but nitric oxide (NO) dependent antithrombotic effects are poor examined. In addition there are little information about effects after withdrawal of statin treatment. That is why we investigated Atorva- and Rosuvastatin regarding eNOS dependent neuroprotection and compared the effects with regular physical activity, the second eNOS enhancing mechanism. Therefore after corresponding pretreatment we quantified eNOS-mRNA and protein from aortas, brain tissue and thrombocytes and determined lesion volume after experimental middle cerebral artery occlusion (MCAo). Furthermore after statin treatment we measured marker of thrombocyte activation, as well as bleeding time and thrombus formation in vivo. Two and four days after withdrawal of statin treatment we repeated eNOS measurements, neuroprotection studies and coagulation analyses. We found eNOS upregulation independent from serum cholesterol level after statin pretreatment and this was associated with neuroprotection after ischemic stroke and decreased platelet activation. But after withdrawal of statin treatment eNOS expression was downregulated, which went along with clear upregulation of platelet activation and a rapid loss of the observed positive effects on lesion volume and hemostasis. Regular physical activity leads to an increase of eNOS, which we could correlate with CBF augmentation and improved outcome after MCAo. These results were comparable to the data after statin treatment. We demonstrate a class effect of statins for eNOS-dependent neuroprotection in our ischemia modell. Because of the additional antithrombotic effects statins may present a new approach to prophylactic stroke treatment independent from cholesterol level. Withdrawal of statin treatment may refer increased cerebral lesion volume and should be avoided in patients with risk for cerebrovascular events. Regular physical activity results in comparable eNOS dependent neuroprotection and offers a useful combination between prophylactic stroke treatment and rehabilitation.

In Folge eines Schlaganfalls leiden 90% aller Patienten an einer Handparese, die sich in 30-40% als chronisch manifestiert. Derzeit wächst seitens der Neurologie und Technologie das Forschungsinteresse an der Effektivität robotergestützter Therapieansätze, welche für schwer betroffene Patienten als besonders vielversprechend eingestuft werden. Die hierfür verwendeten Therapieroboter setzen sich aus einem mechanischen Teil und einer softwaregestützten virtuellen Umgebung zusammen, welche neben dem graphischen Interface, audio-visuelles Feedback sowie Musik beinhaltet. Bisher wurden Effekte der klanglichen Anteile dieses Szenarios noch nicht hinsichtlich möglicher Einflüsse auf Motivation, Bewegungsdurchführung, motorisches Lernen und den gesamten Rehabilitationsprozess untersucht. Die vorliegende Arbeit untersucht die Rolle von Sound in robotergestütztem Handfunktionstraining. Die Hauptziele im Rahmen dessen sind es, 1) Potentiale von Sound/ Musik für den Kontext robotergestützten Handfunktionstrainings zu explorieren, 2) spezifizierte klangliche Umgebungen zu entwickeln, 3) zu untersuchen, ob Schlaganfallpatienten von diesen spezifizierten Soundanwendungen profitieren, 4) ein besseres Verständnis über Wirkmechanismen von Sound und Musik mit Potential für robotergestützte Therapie darzulegen, und 5) Folgetechnologien über eine effektive Applikation von Sound/ Musik in robotergestützter Therapie zu informieren. / 90% of all stroke survivors suffer from a hand paresis which remains chronic in 30-40% of all cases. Currently, there is an increasing research interest in neurology and technology on the effectiveness of robot-assisted therapies. Robotic training is considered as especially promising for patients suffering from severe limitations. Commonly, rehabilitation robots consist of a mechanical part and a virtual training environment with a graphical user interface, audio-visual feedback, sound, and music. So far, the effects of sound and music that are embedded within these scenarios have never been evaluated in particular while taking into account that it might influence motivation, motor execution, motor learning and the whole recovery process. This thesis investigates the role of sound in robot-assisted hand function training post-stroke. The main goals of this work are 1) to explore potentials of sound/ music for robotic hand function training post-stroke, 2) to develop specified sound-/ music-applications for this context, 3) to examine whether stroke patients benefit from these specified sound/ music-application, 4) to gain a better understanding of sound-/ music-induced mechanisms with therapeutic potentials for robotic therapy, and 5) to inform further arising treatment approaches about effective applications of sound or music in robotic post-stroke motor training.

Zielsetzung In den Industrieländern stellt der Schlaganfall nach kardiovaskulären und Krebs – erkrankungen die dritthäufigste Krankheitsgruppe dar. Im Hinblick auf die Therapie des akuten Schlaganfalls muss die bildgebende Diagnostik schnell und einfach das Ausmaß der zerebralen Ischämie beschreiben können. Ziel dieser Studie war die Einführung und die Validierung eines CT – Protokolls, welches die Diagnostik des akuten Schlaganfalls verbessern soll. Zu diesem CT – Protokoll gehören ein Nativ – CT des Schädels, eine CT – Perfusionsuntersuchung und eine CT – Angiographie. Zusätzlich wollte diese Arbeit herausfinden, ob es physiologische Unterschiede zwischen der grauen Substanz und der weißen Substanz gibt, deren Kenntnis entscheidend für die Auswertung von computertomographischen Perfusionsuntersuchungen sind. Material und Methoden Insgesamt wurden 101 Patienten (Alter von 14 – 94 Jahre, mittleres Alter 69 Jahre) mit einem 8 – bzw. 16 – Zeilen – MSCT (Light Speed Ultra oder Light Speed pro 16, GE Healthcare), die zur Abklärung einer zerebralen Ischämie zum CT vorgestellt wurden, untersucht. Zuerst wurde eine native CT – Serie akquiriert. In der Untersuchung der zerebralen Perfusion wurde eine 2 cm breite Schicht über 60 sec mit 20 intermittierenden Aufnahmen während einer Injektion von 40 ml Kontrastmittel (Iopromid, Jodgehalt von 370 mg) aufgezeichnet. Daran an schloss sich eine CT – Angiographie Untersuchung. Zur Bestimmung des regionalen zerebralen Blutflusses, des regionalen zerebralen Blutvolumens und der mittleren Verweildauer wurden definierte Messfelder (Regions of Interests, ROIs) bestimmt und mit der kontralateralen Hemisphäre verglichen. Ergebnisse Es konnte gezeigt werden, dass der regionale zerebrale Blutfluss und das Blutvolumen im Bereich der Hirnrinde höher sind als im Hirnmark. Insgesamt wurden 66 Patienten mit einer zerebralen Ischämie wurden gefunden. Bei 22 dieser Patienten konnte ein Infarktgeschehen in der Nativ – CT diagnostiziert werden. Diese Ischämien ließen sich auch in der CT – Perfusion mit reduziertem regionalem zerebralem Blutfluss und verlängerter mittlerer Verweildauer nachweisen. Zusätzlich fanden sich 44 Patienten von 101 Untersuchten, die in der CT – Perfusion ein Perfusionsdefizit aufwiesen. Bei diesen Patienten ließ sich kein entsprechendes Korrelat in der Nativ – CT nachweisen. Für 38 dieser 44 Patienten konnte eine CTA durchgeführt werden, wovon für 35 Patienten ein Korrelat zwischen der CT – Perfusion und der CTA gefunden werden konnte. Schlussfolgerung Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass es physiologische Unterschiede zwischen der Hirnrinde und dem Hirnmark gibt, deren Kenntnis für die Bewertung computertomographischer Perfusionsuntersuchungen eine wesentliche Interpretationshilfe darstellt. In Bezug auf die Diagnostik des akuten Schlaganfalls mit der Nativ – CT konnte diese Arbeit zeigen, dass der Nachweis von Infarktfrühzeichen eingeschränkt ist. Mit Hilfe der CT – Perfusion ist es möglich, anhand von zerebralen Perfusionswerten den Schweregrad und die Ausdehnung der zerebralen Ischämie zu bestimmen. Die CT – Angiographie zeigt eine gute Korrelation zur CT – Perfusion, es lassen sich zuverlässig Gefäßverschlüsse darstellen. Im Hinblick auf das weitere Therapievorgehen geben diese Methoden eine wichtige Hilfestellung, etwa zur Überlegung, ob man eine Lysetherapie durchführen sollte oder nicht. / Purpose Stroke is the third – leading cause of death in developed countries, following cardiovascular disease and cancer. There is a need for an easily and rapidly performed technique to detect cerebral ischemia in the first hours after its occurrence. The purpose of this study was the introduction and validation of a Stroke protocol which includes an unenhanced CT scan, a CT Perfusion and a CT Angiography. Furthermore, the purpose of this study was to determine if there is a difference between Perfusion parameters in gray and white matter, which are necessary to know while performing perfusion maps. Data and Methodology A total of 101 patients (age range 14 – 94, average age 69 years) were examined using multiple row CT (8 / 16 row multiple detector, light ultra speed or light speed 16, GE medical systems) for diagnosing cerebral ischemia. First a series of native images was acquired. During the examination of cerebral perfusion a 2 cm wide slab was recorded for 60 sec with 20 intermittent scans following injection of 40 ml of contrast medium with an iodine content of 370 mg / ml. By defining Regions of Interests (ROIs) regional cerebral blood flow (CBF), regional cerebral blood volume (CBV) and mean transit time (MTT) were calculated. Results Physiological regional cerebral blood flow and cerebral blood volume in gray matter were higher than in white matter. In total 66 patients with a cerebral ischemia were found. The unenhanced CT detected 22 patients with cerebral ischemia, which were confirmed by CT Perfusion in all cases. These ischemic areas revealed reduced regional CBF and extended MTT. Furthermore an ischemia correlative was discovered by perfusion analysis for 44 patients (out of 101 investigated) where the extent of the cerebral ischemia had not been visible by unenhanced CT. For 38 out of 44 patients with cerebral ischemia we were able to perform a CTA. For 35 out of these 38 patients, we found a sizable correlation between perfusion maps and CTA. Conclusion There are physiological differences for CT Perfusion parameters between gray and white matter, which are necessary to know for the interpretation of perfusion maps. However, this examination was able to show that unenhanced CT is not always capable of showing early CT signs. With the help of CT perfusion it is possible to detect the extent of acute cerebral ischemia. Furthermore, CT Angiography shows a sizable correlation compared to CT Perfusion. In conjunction, these methods give important Information for the early diagnosis and the therapeutic strategy of ischemic brain injury.