Einleitung: Der portosystemische Shunt (PSS) stellt eine vaskuläre Anomalie dar, die eine direkte venöse Kommunikation des portalen mit dem systemischen Kreislauf ermöglicht. Für die Bestätigung oder den Ausschluss eines makroskopischen PSS ist bildgebende Diagnostik unerlässlich. In der vorliegenden Arbeit wurden computertomographische (CT)-Portographie und Splenoportographie als nicht- bzw. minimalinvasive Verfahren zur Diagnose von PSS beim Hund untersucht. Ziel der Studie war ein Vergleich von CT-Portographie mittels Bolus Tracking (BT) und jeju-naler Portographie im Hinblick auf die Genauigkeit der Shuntlokalisation (intra-, extrahepatisch) und des Shunttyps (Ursprungs- und Mündungsgefäß bei extrahepatischen PSS; rechts-, linksseitig oder zentral bei intrahepatischen PSS). Zudem sollte das BT zur Abschätzung des korrekten Scanzeitpunktes in der CT evaluiert werden (Gruppe 1). In Gruppe 2 sollte mit Hilfe der ultraschallgestützten Splenoportographie die Darstellbarkeit des Portalvenensystems zur Diagnose und Charakterisierung eines PSS sowie Komplikationen durch dieses Verfahren eva-luiert werden. Zudem wurde die Nutzung der ultraschallgestützten Splenoportographie zur Beurteilung eines Restshuntflusses nach chirurgischem Shuntverschluss untersucht. Tiere, Material und Methoden: In die retrospektive Studie wurden Hunde aus dem Patientengut der Klinik für Kleintiere von Februar 2000 bis Dezember 2017 eingeschlossen, bei denen der Verdacht auf einen PSS bestand. Bei Tieren der Gruppe 1 wurde zunächst eine CT-Kontrastmittelstudie durchgeführt, in der Shuntlokalisation und Shunttyp klassifiziert wurden. Diese wurden mit den Befunden der anschließenden jejunalen Porto¬graphie verglichen. Der korrekte Scanzeitpunkt in der CT wurde mit Hilfe des BT ermittelt. Zur Objektivierung des korrekten Scanstarts in der portalvenösen Phase und zur Abgrenzung des Portalvenensystems zum umliegenden Lebergewebe wurden die Schwächungsprofile in der V. portae vor und nach Kontrastmittelgabe sowie im Leberparenchym ermittelt. Eine Kontrastmitteldifferenz zwischen der Portalvene und der Leber von mehr als 50 HU wurde als ausreichend definiert. In der Gruppe 2 wurde mit Hilfe uniplanarer Durchleuchtungsgeräte eine ultraschallgestützte Splenoportographie durchgeführt. Auswertbarkeit des Splenoportogramms und mög-liche Komplikationen sowie Auftreten und Grad des intraabdominalen Kontrastmittelaustrittes wurden notiert. Quantitative Daten wurden auf Normalverteilung getestet (Shapiro-Wilk-Test). Vergleiche zwischen Variablen wurden mit dem Wilcoxon-Mann-Whitney-Test, dem Kruskal-Wallis-Test bzw. dem exakten Test nach Fisher durchgeführt. Ergebnisse: Bei 54 der 59 Patienten (91,5 %) der Gruppe 1 stimmte die Lokalisation und der Typ des PSS in CT-Portographie und jejunaler Portographie überein. Bei 5 Hunden erfolgte hingegen eine differierende Befundung hinsichtlich der Shuntlokalisation (n = 2) oder des Shunttyps (n = 3) in der CT-Portographie. Bei 13 Hunden (22,0 %) lag die Differenz zwischen dem Enhancement der Portalvene und des Leberparenchyms in der CT unter den geforderten 50 HU, bei 46 Hunden (77,9 %) lag sie darüber. Dennoch war bei allen Hunden eine sichere Identifikation der V. portae nach CT-Angiographie mittels Bolus Trackings möglich. Bei allen 42 Tieren der Gruppe 2 ermöglichte die ultraschallgestütze Splenoportographie eine adäquate Darstellung des Portalvenensystems. Bei 25 Hunden konnte ein PSS ausgeschlossen, bei 10 ein PSS diagnostiziert werden. Komplikationen oder Blutungen wurden nicht beobachtet. Bei 18 Hunden trat kein, bei 13 ein geringgradiger, bei 7 ein mittelgradiger und bei 4 ein hochgradiger Kontrastmittelaustritt auf. Es lag kein Zusammenhang zwischen dem Grad des intraperitonealen Kontrastmittelaustrittes und dem Gewicht und der Lagerung der Hunde oder der Induktion einer Apnoephase vor. Schlussfolgerungen: Die CT-Portographie lässt eine sichere Klassifizierung der Shuntform bei Hunden mit PSS zu. Die diagnostische Wertigkeit der nicht invasiven CT-Portographie mit Hilfe von BT ist vergleichbar mit der jejunalen Portographie. Durch das BT wurde eine gute Synchronisation des Kontrastmittelbolus mit dem Scanstart erreicht und eine adäquate Kontrastierung des Portalvenensystems ermöglicht. Die Splenoportographie unter sonographi-scher Kontrolle stellt ebenfalls ein sicheres minimalinvasives Diagnostikum zur Diagnose bzw. zum Ausschluss portalvenöser Anomalien dar.

京都大学 / 新制・論文博士 / 博士(医学) / 乙第13449号 / 論医博第2242号 / 新制||医||1054(附属図書館) / 京都大学大学院医学研究科医学専攻 / (主査)教授 川口 義弥, 教授 妹尾 浩, 教授 柳田 素子 / 学位規則第4条第2項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

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This thesis deals with the possibilities of determining perfusion parameters of vascular system, using contrast-enhanced ultrasound imaging, which is non-invasive method. Properties of ultrasonography and use of contrast agents are briefly summarized. The methods selected for perfusions analysis were Bolus-tracking¬¬, Burst-replenishment and both of them combined – Bolus&Burst. Parametric models based on these methods were created for modelling an approximation of set perfusion parameters with the use of blind deconvolution.

This work deals with possibilities of ultrasound perfusion analysis for the absolute quantification of perfusion parameters. In the theoretical part of this work are discussed possibilities of using of the ultrasound contrast agents and approaches for the perfusion analysis. New methods for the perfusion analysis are suggested and tested in the practical part of this work. The methods are based on convolutional model in which the concentration of the contrast agent is modeled as aconvolution of the arterial input function and the tissue residual function. The feasibility of these methods for the absolute quantification of perfusion parameters is shown on data from phantom studies, simulations and also preclinical and clinical studies. The software for the whole process of the perfusion analysis was developed for using in hospitals.

Hintergrund und Fragestellung Um den Zeitpunkt des Beginns der Datenakquisition bei der CT-Koronarangiographie festzulegen, bietet die Methode des Bolus-Trackings eine weit verbreitete Möglichkeit. Hierfür muss eine sogenannte Region of Interest (ROI) festgelegt werden, in der die Kontrastmittelanflutung gemessen wird. Bisher wurden die Auswirkungen unterschiedlicher Positionierungen dieser ROI auf die Bildqualität der Koronararterien (Hauptstamm der linken Koro-nararterie: LM; rechte Koronararterie: RCA) noch nicht systematisch untersucht. Zwei häufig verwendete Positionen sind der linke Herzvorhof (LV) und die Aorta ascendens (AA). Diese Positionierungen sollten in dieser Studie verglichen werden. Auch bei der Triple-Rule-Out-CT-Angiographie (TRO-CTA), in der zusätzlich zu den Koronararterien auch die Pulmonalarterien sowie die thorakale Aorta beurteilt werden sollen, kommt das Bolus-Tracking zur Anwendung. Die ROI wird hierbei meist im linken Herzvorhof positioniert. Da bisher nicht gezeigt wurde, ob die Pulmonalarterien (rechte Pulmonalarterie: RPA; linke Pulmonalarterie: LPA) dadurch tatsächlich in besserer Qualität dargestellt werden, sollte auch diese Frage in der Studie beantwortet werden. Methode Alle Patienten der vorliegenden monozentrischen, retrospektiven Studie erhielten eine CT-Koronarangiographie im Step-and-Shoot-Modus zum Ausschluss einer koronaren Herzkrankheit bei intermediärem Risiko. Mittels Propensity-Score-Matching wurden insgesamt 192 Patienten für die Studie ausgewählt: je 96 mit Positionierung der ROI im linken Vorhof bzw. in der Aorta ascendens (122 männliche und 70 weibliche Patienten, Alter 21 bis 87 Jahre, Durchschnittsalter 61 Jahre). Um möglichst ähnliche Patientencharakteristika in beiden Gruppen zu erreichen, wurden beim Propensity-Score-Matching folgende Faktoren berücksichtigt: Geschlecht, Körpergröße, Körpergewicht und Herzfrequenz. Für die Beurteilung der Bildqualität wurden sowohl ein quantitativer als auch ein qualitativer Score verwendet. Bei der quantitativen Analyse wurden die Signalintensitäten sowie deren Standardabweichungen in den zu beurteilenden Strukturen gemessen und daraus die Signal-Rausch-Verhältnisse (SNR) errechnet. Die qualitative Auswertung wurde von zwei Fachärzten für Radiologie mit 10 bzw. 6 Jahren Erfahrung in der CT-Koronarangiographie unabhängig voneinander mit Hilfe einer 5-Punkte-Likert-Skala durchgeführt. So wurde zum einen die Qualität der Darstellung der Koronararterien verglichen, zum anderen die der Pulmonalarterien. Für die statistische Auswertung wurde der Wilcoxon-Test verwendet, um die quantitativen sowie qualitativen Scores beider Patientengruppen miteinander zu vergleichen. Außerdem wurde bezüglich der qualitativen Analyse die Interrater-Reliabilität mittels gewichtetem Cohens Kappa (κ) bestimmt. Zusätzlich wurde die Strahlenbelastung beider Gruppen durch die Betrachtung der Dosis-Längen-Produkte sowie die Berechnung der effektiven Dosen verglichen. Ergebnisse Bezüglich der Koronararterien fanden sich sowohl beim Vergleich der quantitativen (SNR AA 14.92 vs. 15.46; p = 0.619 | SNR LM 19.80 vs. 20.30; p = 0.661 | SNR RCA 24.34 vs. 24.30; p = 0.767) als auch der qualitativen Scores (4.25 vs. 4.29; p = 0.672) keine signifikanten Unterschiede in beiden Gruppen. Für die Darstellung der Pulmonalarterien hat die Position der ROI allerdings eine entscheidende Bedeutung. Bei einer Positionierung im linken Vorhof ergeben sich signifikant höhere quantitative (SNR RPA 8.70 vs. 5.89; p < 0.001 | SNR LPA 9.06 vs. 6.25; p < 0.001) und auch qualitative Scores (3.97 vs. 2.24; p < 0.001) als bei einer Positionierung in der Aorta ascendens. Bezüglich der Interrater-Reliabilität konnte in dieser Studie eine beachtliche Konkordanz bei der Analyse der Koronararterien (κ = 0.654) bzw. eine nahezu vollkommene Konkordanz bei der Analyse der Pulmonalarterien (κ = 0.846) festgestellt werden. Die Strahlenbelastung war in beiden Gruppen nahezu identisch (4.13 mSv vs. 4.13 mSv; p = 0.501). Schlussfolgerung Für CT-Angiographien mit ausschließlich koronarer Indikation bedeutet dieses Ergebnis, dass die Positionierung der ROI für das Bolus-Tracking in der Aorta ascendens bzw. im linken Herzvorhof zu gleichwertigen Ergebnissen bezüglich der Bildqualität führen und somit die aktuell von vielen Untersuchern bevorzugte Positionierung der ROI in der Aorta ascendens weiterhin angewendet werden kann. Außerdem wurde in dieser Studie nachgewiesen, dass eine Positionierung der ROI im linken Herzvorhof zu einer besseren Beurteilbarkeit der Pulmonalarterien führt und deshalb bei der TRO-CTA angewendet werden sollte. Das Ergebnis zeigt aber auch, dass diese bei der TRO-CTA übliche Positionierung im linken Herzvorhof die Abbildung der Koronararterien nicht beeinträchtigt und der Einsatzbereich der TRO-CTA somit weiter ausgedehnt werden kann. / Background, aims and objectives The bolus tracking technique is widely used for choosing the optimal starting point of data acquisition in coronary computed tomography angiography (CCTA) scans. It utilizes repeated scans at a predefined position in order to determine the concentration of contrast media in a region of interest (ROI). The scan starts automatically when a trigger threshold is reached. The effect by different ROI positioning on image quality in CCTA has not been systematically evaluated yet. In CCTA, the ROI may be positioned in the left atrium (LV) or the ascending aorta (AA). In triple-rule-out-CTA (TRO-CTA), which allows for the evaluation of the pulmonary arteries and the thoracic aorta in addition to the coronary arteries, the ROI is mostly positioned in the left atrium. This choice of ROI positioning is empirical and its effect on the contrast filling of the pulmonary arteries has not been studied systematically. In the current study we evaluated the effect of ROI positioning on image quality of the coronary arteries (left main coronary artery: LM; right coronary artery: RCA) and the pulmonary arteries (right pulmonary artery: RPA; left pulmonary artery: LPA), respectively. Method In the current monocentric retrospective study all patients underwent CCTA by step-and-shoot mode to rule out coronary artery disease at intermediate risk. We compared two groups of patients with ROI in the left atrium or the ascending aorta. Each group contained 96 patients, so overall 192 patients were included (122 male, 70 female, age 21 to 87 years, 61 years on average). To select pairs of patients with similar characteristics, propensity score matching was used. Matching criteria were height, body weight, sex and heart rate. To evaluate the image quality, we used quantitative and qualitative scores. Signal-to-noise ratio (SNR), defined as the quotient of the mean signal intensity and the standard deviation of signal intensity, represented the quantitative score. For generating the qualitative score, overall image quality was assessed independently by two radiologists with ten and six years of experience with CCTA, respectively, using a five point Likert scale. This way, we compared the quality of the depiction of the coronary arteries on the one hand and of the pulmonary arteries on the other hand. For statistical evaluation the Wilcoxon test was used to compare the quantitative and qualitative scores of the two groups. Regarding the qualitative analysis, interrater agreement was evaluated using weighted Cohens kappa. Furthermore the radiation exposure was compared by viewing the dose-length products provided by the scanner and calculating the effective doses from these. Results In terms of the coronary arteries, there was no significant difference between both groups regarding quantitative (SNR AA 14.92 vs. 15.46; p = 0.619 | SNR LM 19.80 vs. 20.30; p = 0.661 | SNR RCA 24.34 vs. 24.30; p = 0.767) or qualitative scores (4.25 vs. 4.29; p = 0.672), respectively. In terms of the pulmonary arteries, we can see significant higher quantitative (SNR RPA 8.70 vs. 5.89; p < 0.001 | SNR LPA 9.06 vs. 6.25; p < 0.001) and qualitative scores (3.97 vs. 2.24; p < 0.001) for bolus tracking positioning in the left atrium than for bolus tracking positioning in the ascending aorta. The calculation of the interrater reliability showed substantial agreement for the analysis of the coronary arteries (κ = 0.654) and almost perfect agreement for the analysis of the pulmonary arteries (κ = 0.846). The radiation exposure was almost identical in both groups of patients (4.13 mSv vs. 4.13 mSv; p = 0.501). Conclusion Bolus tracking positioning in the left atrium or the ascending aorta causes equivalent image quality of the coronary arteries, so that the current mostly preferred position for the exclusively consideration of the coronary arteries in the ascending aorta can be maintained. Positioning in the left atrium causes a significant higher image quality of the pulmonary arteries, therefore it should be used for TRO-CTA. In addition, the study shows that this for TRO-CTA mostly used position in the left atrium does not adversely affect depiction of the coronary arteries, if compared to conventional bolus tracking positioning in the ascending aorta. This implies that despite the improved depiction of the pulmonary arteries and the aorta in TRO-CTA, the depiction of the coronary arteries is not restricted. Consequently these results are a further argument for an extension of the indication for TRO-CTA in place of conventional CCTA in patients with acute thoracic pain.

Cette thèse a pour cadre la modélisation du dépôt de particules dans le poumon humain afin d'optimiser l'administration de médicaments par voie inhalée. La région alvéolaire du poumon jouant un rôle physiologique et fonctionnel crucial, l'objectif de ce travail est de mettre en place un modèle de dépôt au sein de la région acinaire qui soit intégrable à un modèle intégrant le poumon complet. Les deux premiers chapitres rappellent les caractéristiques anatomiques et fonctionnelles du poumon et en particulier de la région alvéolaire ainsi que les principes physiques mis en jeu lors de l'écoulement de l'air et du transport de particules dans l'arbre pulmonaire. Puis un modèle numérique d'écoulement dans une géométrie alvéolaire simplifiée est présenté. Le transport d'un bolus d'aérosol y est étudié par une approche eulérienne, au cours de plusieurs cycles respiratoires ; l'impact des irréversibilités de l'écoulement sur la dispersion du bolus est ensuite quantifié. Le dernier chapitre présente l'intégration des résultats précédents au sein d'un modèle analytique de dépôt de particules dans le poumon. Les résultats générés par ce modèle sont ensuite comparés aux données expérimentales issues de la littérature ou obtenues lors d'une étude clinique en cours, spécifiquement orientée sur la mesure du dépôt de particules dans les voies aériennes. Les résultats du modèle montrent une augmentation du dépôt de particules dans la région acinaire, présentant un bon accord avec les données expérimentales. Ce modèle pourrait aider à la conception de thérapies ciblant spécifiquement la région alvéolaire du poumon / The context of this thesis is the modelling of particle deposition in the human lung in order to optimise the administration of inhaled drugs. As the alveolar region plays a crucial role both physiologically and functionally, especially for systemic delivery, the objective of this work is to set-up a particle deposition model specific to the acinar region which could be integrated in whole lung deposition model. The first two chapters concentrate on the anatomical and functional aspects of the lung and on the physical principles involved in the flow and particle transport mechanisms in the lung. Then a computational fluid dynamics model was setup in a simplified alveolar geometry. Aerosol bolus transport was studied through an Eulerian approach, for one or several breathing cycles. The impact of flow irreversibilities on bolus dispersion was quantified. The last chapter deals with the integration of the previous results in an analytical model of particle deposition in the whole lung. The results generated by this model are then compared to experimental data from the literature or obtained from an ongoing clinical trial. The results of the new theoretical model show an increase of particle deposition in the acinar region which improves correlation of theory with experimental data. This model could favourably help designing therapies targeting the alveolar region of the lung

Slow-release devices retained in the rumen, are a simple method for continuous administration of bioactives to ruminant animals. To satisfy regulatory requirements and avoid waste of bioactive due to under- or over-dosing, it is advantageous to have a constant and predictable release rate. Existing intraruminal controlled-release technologies cannot easily be adapted for different bioactives or rates of release and can be influenced by the variable physiological environment in the rumen. Some existing commercial products use the pressure generated by a hydrogen gas-producing cell to extrude fluids from a syringe-like device. This technology may provide advantages for ruminal controlled-release as the gas production rate is unaffected by environment in the rumen and can be easily adjusted using electrical resistance applied to the gas cell. This technology was adapted for use in the rumen in these studies. Initial experiments identified the need for greater understanding of the rate that hydrogen is produced by the gas cell and the rate that gas diffuses through the barrel walls. Gas production rate was found to be inversely proportional to the resistance applied to the gas-producing cell. Factors affecting gas diffusion rate from the device were studied and a polymer was identified that reduced hydrogen diffusion to 5% of that for the initial components used. A relationship was developed to predict the release profile of a device. Controlled-release devices were constructed from selected materials. They released blank formulation at in vitro at a constant rate, which was within experimental variation of predicted values. Release rates from the devices used in vivo were slightly higher than predicted. The presence of rumen gases inside in vivo devices suggested that the difference may be due to inward diffusion of these gases; these may be eliminated by further study of barrel materials. Recommendations on the redesign of this technology for use as a generic intraruminal delivery system are given.

Thesis (M.Ing. (Mechanical Engineering))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2007.

Type 1 Diabetes is a dangerous and life-long disease for which its prevalence is global. Research has shown that tight glycaemic control of this disease significantly reduces the risks of developing several life threatening diabetic complications. The Ets-Insulin-Bolus Calculator (EIBC), inspired by the Ets concept (Equivalent Teaspoon Sugar), was primarily designed to assist type I diabetics in improving their blood glucose control. The EIBC has shown to improve the average blood glucose level of type 1 diabetics. The need for this study however is to determine whether the ET!3C promotes tighter glycaemic control for type 1 diabetics based on a more-in-depth numerical analysis. With the use of the latest technology in blood glucose monitoring, the CGMS from Medtronic, mathematical models expressing and rating blood glucose control have been proposed and derived in this study. A clinical trial with type 1 diabetics has also been conducted. The use of the models together with the clinical trial results have shown that the EIBC does in fact promote tighter glycaemic control for type 1 diabetics. / Thesis (M.Ing. (Mechanical Engineering))--North-West University, Potchefstroom Campus, 2007.