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Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Dr. med. Grenzwertversatilität, Intra- und Interobservervariabilität bei der Befundung verschiedener kardialer MRT-Sequenzen bei Myokarditis eingereicht von Julia Kriemhild Steiner Problemstellung Die akute virale Myokarditis, als sekundäre Entzündung des Herzmuskelgewebes durch kardiotrope Viren, kann vollständig ausheilen oder über eine chronische Myokarditis zu einer dilatativen Kardiomyopathie führen. Dabei können maligne Herzrhythmusstörungen auftreten und es kann zum plötzlichen Herztod kommen. Eine definitive Diagnose ist somit von entscheidender Bedeutung, um interventionsbedürftige Formen zu behandeln und Differentialdiagnosen auszuschließen. Als Goldstandard der Myokarditis-Diagnostik gilt die Endomyokardbiopsie (EMB). Diese birgt als invasive Methode jedoch auch Risiken für den Patienten. Die kardiale Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) stellt eine strahlenfreie, nicht-invasive und damit risikoarme Alternative dar. Ziel dieser Arbeit war es, die Intra- und Interobservervariabilität kardialer MRT-Parameter bei der Diagnostik einer Myokarditis zu evaluieren. Außerdem wurde die Grenzwertversatilität der MRT-Parameter „edema-ratio“ (ER) und „early gadolinium enhancement“ (gRE) bei Myokarditis auf einem Philips-Scanner untersucht. Material und Methode Diese prospektive Studie am Herzzentrum Leipzig hat von 2007 bis 2009 kardiale MRT-Sequenzen von Patienten ausgewertet, bei denen klinisch der Verdacht auf eine akute virale Myokarditis bestand. Alle Patienten erhielten zur Verifizierung der Diagnose eine Linksherz-EMB. Die Arbeit besteht aus zwei Patientenkollektiven. Bei 52 Patienten (36 männliche Patienten, 16 weibliche Patientinnen; Mittelwert Alter: 49,42 Jahre ± 15,78 (Standardabweichung), Altersbereich zwischen 19-77 Jahre) wurde die Intra- und Interobservervariabilität bei der Auswertung der MRT-Parameter ER (edema-ratio) und gRE (early gadolinium enhancement) evaluiert. Dabei wurde in der STIR die ER berechnet und in der T1 FSE das gRE. Dieses erfolgte durch zwei verblindete Untersucher. Untersucher A war dabei „erfahren“ (> 100 Untersuchungen), Untersucher B (< 50 Untersuchungen) „unerfahren“. Die Analyse erfolgte statistisch durch lineare Regressionsanalysen und Bland-Altman-Plots. Das zweite Kollektiv umfasste 100 Patienten (79 männliche Patienten, 21 weibliche Patientinnen; Mittelwert Alter 46,39 Jahre ± 16,78 (Standardabweichung), Altersbereich zwischen 18-79 Jahre) mit klinischem Verdacht auf akute virale Myokarditis. Es wurde die Grenzwertversatilität der MRT-Parameter ER und gRE bei der Diagnostik einer Myokarditis auf einem Philips-Scanner untersucht. Die Auswertung der MRT-Sequenzen erfolgte durch einen erfahrenen Untersucher (>100 Untersuchungen). Dabei wurde in der STIR die Edema-Ratio (ER) berechnet und in der T1 FSE das „early gadolinium enhancement“ (gRE). Die Analyse erfolgte statistisch durch Receiver-Operating-Characteristic- Kurven (ROC-Kurven). Ergebnisse Die Evaluation der Intra- und Interobservervariabilität ergab für den „erfahrenen“ Untersucher A eine gute Korrelation bei der Auswertung des MRT-Parameters ER (r=0.96, CI95 r= 0.93-0.98, p < 0.0001) und der Auswertung des MRT-Parameters gRE (r=0.93, CI95 r= 0.89-0.96, p < 0.0001). Für den „unerfahrenen“ Untersucher B stellte sich ein höhere Intraobservervariabilität sowohl bei der Untersuchung der ER (r=0.85, CI95 r=0.75-0.91, p < 0.0001), als auch bei der Untersuchung des gRE (r=0.57, CI95 r=0.36-0.73, p < 0.0001) heraus. Damit war die Interobservervariabilität höher bei der Auswertung des gRE (r=0.60, CI95 r=0.36-0.73, p < 0.0001), als bei der Auswertung der ER (r=0.86, CI95 r=0.76-0.91, p < 0.0001). Die Auswertung des zweiten Patientenkollektivs erfolgte mit Receiver-Operating-Characteristic-Kurven (ROC-Kurven). Als Goldstandard diente, bei Ausnahme einer Sub-Gruppe, die EMB. Für das Gesamtkollektivs dieser Arbeit ergab die Fläche unter der Kurve (AUC) für die ER 0,59 (CI95; 0.474, 0.706) und für das gRE 0.59 (CI95: 0.444,0.672). AUC-Werte nahe der 0.5 deuten auf einen Zufallsprozess hin. Die resultierenden Häufigkeitsverteilungen ergaben bei einem Grenzwert (cut-off) von 1,95 für die ER eine Sensitivität von 64% und eine Spezifität von 59%, für das gRE bei einem Grenzwert von 4,05 eine Sensitivität von 72% und eine Spezifität von 29%. Auf Grund der unbefriedigenden Ergebnisse der ROC-Analysen wurden Subgruppen gebildet, um die Grenzwertversatilität der MRT-Parameter ER und gRE auf einem Philips-Scanner zu evaluieren, da von der Annahme ausgegangen wurde, dass verschiedene Grenzwerte für die Parameter ER und gRE an unterschiedlichen MRT-Scannern bestehen. Die Analyse des Kollektiv akute Myokarditis (Definition: Symptombeginn < 14 Tagen) ergab für die ER bei einem cut-off von 1,95 eine Sensitivität von 67% und eine Spezifität von 56%. Bei dem gRE zeigte sich bei einem cut-off von 4,05 eine Sensitivität von 81% und eine Spezifität von 56%. Bei einem cut-off von 4,55 eine Sensitivität von 69% und eine Spezifität 69%. Ähnliche Ergebnisse zeigt die Analyse der Subgruppe chronische Myokarditis (Definition: Symptombeginn > 14 Tagen), die für die ER bei einem cut-off von 1,95 eine Sensitivität von 78% und Spezifität von 40% zeigte und für das gRE bei einem cut-off von 4,55 eine valide Sensitivität von 78% und Spezifität von 80%. Es wurde noch eine Analyse der Sub-Gruppe klinisch akute Myokarditis (Definition: Symptombeginn < 7 Tagen, Troponin T oder I positiv, St-Hebungen im Elektrokardiogramm) durchgeführt, wobei hier der Goldstandard geändert wurde. Statt der EMB wurde hier die „Klinik“ als Goldstandard genutzt. Hier zeigte sich erneut für die ER bei einem cut-off von 1,95 bei einer Sensitivität von 78% und Spezifität von 40% und für das gRE bei einem cut-off von 4,55 bei einer Sensitivität von 78% und Spezifität von 80% die validesten Ergebnisse. Schlussfolgerung In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Intra- und Interobserver Variabilität sehr von der Erfahrung des jeweiligen Untersuchers abhängig ist. Das bedeutet, dass die Auswertung kardialer MRT-Sequenzen nur von Personen erfolgen sollte, die bereits Erfahrung mit solchen Sequenzen haben. Damit kann eine hohe Reproduzierbarkeit und Sicherheit der Ergebnisse der Auswertungen erreicht werden. Die Auswertung des gRE erscheint anfälliger und bedarf somit besonderer Sorgfalt. Bei der Grenzwertversatilität der Parameter ER und gRE auf einem Philipps-Scanner konnten wir feststellen, dass der Grenzwert von ≥ 2 für die ER beibehalten werden kann. Für das gRE jedoch muss der Grenzwert von ≥ 4,0 auf ≥ 4,5 korrigiert werden. Die Auswertung kardialer MRT-Sequenzen bei Myokarditis ist somit geräteabhängig. Es sollte deswegen eine genaue Evaluation der Grenzwerte für ER und gRE auf den jeweiligen Scannern erfolgen. Jedoch ist auch mit einem Graubereich zwischen 4,0 und 4,5 für das gRE zu rechnen, so dass solche Ergebnisse noch einmal genau geprüft werden müssen. Im akuten Stadium der Myokarditis konnten wir bessere Ergebnisse mit einer MRT-Untersuchung erzielen als im chronischen Stadium. Das gRE schneidet hier besser ab als die ER. Die hier gezeigten Ergebnisse können die diagnostische Sicherheit einer EMB in der Diagnostik einer Myokarditis vielleicht noch nicht ganz erreichen. Jedoch ist auch die EMB als Goldstandard in der Diagnostik einer Myokarditis immer wieder in der Diskussion. Die kardiale MRT ermöglicht eine differenzierte Einschätzung der myokardialen Funktions- und Gewebeeigenschaften und ist somit in Kombination aller MRT-Sequenzen geeignet, Aktivität und Verlauf einer akuten Myokarditis besser einzuschätzen. In der Zukunft wird somit die kardiale MRT als ein nicht-invasives, strahlenfreies Untersuchungsverfahren eine immer größere Rolle in der Diagnostik entzündlicher Herzerkrankungen spielen

Jeden Tag sind auf Straßenbaustellen in Deutschland unzählige Versicherte der BG BAU durch den fließenden Straßenverkehr gefährdet. Zirka eineinhalb Jahren nach Inkraftsetzung der Regel für Arbeitsstätten ASR A 5.2 erfolgt eine Auswertung über die Umsetzung dieser Regel - hierbei soll speziell der Asphaltaus- und -einbau betrachtet werden. Ist der Mitgänger neben der Asphaltfräse bzw. neben dem Asphaltfertiger im Grenzbereich zum fließenden Verkehr tätig, so ist dieser beson-ders gefährdet. Das Ziel dieser Masterarbeit ist zum einen zu ermitteln, welche Standardarbeitsverfahren im As-phaltaus- und - einbau in der Regel für Arbeitsstätten nicht beschrieben sind. Für diese soll dann eine Tätigkeitsanalyse und Risikobetrachtung gemacht werden. Hierbei ist festzustellen, dass für den Einbau von bituminösen Asphalttragschichten im Handeinbau die größte, bisher nicht aufge-führte freie Bewegungsfläche benötigt wird. Zum anderen wird der Mitgängerbetrieb neben der Aspahltfräse bzw. dem Asphaltfertiger betrachtet. Dazu werden die folgenden Forschungsfragen gestellt. - Welche Aufgaben nimmt der Mitgänger bei seiner Tätigkeit wahr? - Wieviel Zeit verbringt der Mitgänger am Aussenbedienstand eines Straßenfertigers im Lauf einer Arbeitsschicht? - Welche technischen und organisatorischen Möglichkeiten gibt es die freie Bewegungsfläche und den seitlichen Sicherheitsabstand zu reduzieren? - Welche technischen und organisatorischen Möglichkeiten gibt es, den Mitgängerbetrieb überflüssig zu machen oder auf ein Minimum zu beschränken? Um die Forschungsfragen zu beantworten, ist neben Literaturrecherchen und Experteninterviews, eine deutschlandweite Befragung von Beschäftigten auf Straßenbaustellen durchgeführt worden. Die Befragten stellen im großen Umfang fest, dass es durch das in Kraft setzen der Regel für Arbeitsstätten Verbesserungen im Bereich des Arbeitsschutzes gegeben hat, diese aber eher im Bereich von Bundesfernstraßen zum Tragen kommen.

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Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Dr. med. Grenzwertversatilität, Intra- und Interobservervariabilität bei der Befundung verschiedener kardialer MRT-Sequenzen bei Myokarditis eingereicht von Julia Kriemhild Steiner Problemstellung Die akute virale Myokarditis, als sekundäre Entzündung des Herzmuskelgewebes durch kardiotrope Viren, kann vollständig ausheilen oder über eine chronische Myokarditis zu einer dilatativen Kardiomyopathie führen. Dabei können maligne Herzrhythmusstörungen auftreten und es kann zum plötzlichen Herztod kommen. Eine definitive Diagnose ist somit von entscheidender Bedeutung, um interventionsbedürftige Formen zu behandeln und Differentialdiagnosen auszuschließen. Als Goldstandard der Myokarditis-Diagnostik gilt die Endomyokardbiopsie (EMB). Diese birgt als invasive Methode jedoch auch Risiken für den Patienten. Die kardiale Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) stellt eine strahlenfreie, nicht-invasive und damit risikoarme Alternative dar. Ziel dieser Arbeit war es, die Intra- und Interobservervariabilität kardialer MRT-Parameter bei der Diagnostik einer Myokarditis zu evaluieren. Außerdem wurde die Grenzwertversatilität der MRT-Parameter „edema-ratio“ (ER) und „early gadolinium enhancement“ (gRE) bei Myokarditis auf einem Philips-Scanner untersucht. Material und Methode Diese prospektive Studie am Herzzentrum Leipzig hat von 2007 bis 2009 kardiale MRT-Sequenzen von Patienten ausgewertet, bei denen klinisch der Verdacht auf eine akute virale Myokarditis bestand. Alle Patienten erhielten zur Verifizierung der Diagnose eine Linksherz-EMB. Die Arbeit besteht aus zwei Patientenkollektiven. Bei 52 Patienten (36 männliche Patienten, 16 weibliche Patientinnen; Mittelwert Alter: 49,42 Jahre ± 15,78 (Standardabweichung), Altersbereich zwischen 19-77 Jahre) wurde die Intra- und Interobservervariabilität bei der Auswertung der MRT-Parameter ER (edema-ratio) und gRE (early gadolinium enhancement) evaluiert. Dabei wurde in der STIR die ER berechnet und in der T1 FSE das gRE. Dieses erfolgte durch zwei verblindete Untersucher. Untersucher A war dabei „erfahren“ (> 100 Untersuchungen), Untersucher B (< 50 Untersuchungen) „unerfahren“. Die Analyse erfolgte statistisch durch lineare Regressionsanalysen und Bland-Altman-Plots. Das zweite Kollektiv umfasste 100 Patienten (79 männliche Patienten, 21 weibliche Patientinnen; Mittelwert Alter 46,39 Jahre ± 16,78 (Standardabweichung), Altersbereich zwischen 18-79 Jahre) mit klinischem Verdacht auf akute virale Myokarditis. Es wurde die Grenzwertversatilität der MRT-Parameter ER und gRE bei der Diagnostik einer Myokarditis auf einem Philips-Scanner untersucht. Die Auswertung der MRT-Sequenzen erfolgte durch einen erfahrenen Untersucher (>100 Untersuchungen). Dabei wurde in der STIR die Edema-Ratio (ER) berechnet und in der T1 FSE das „early gadolinium enhancement“ (gRE). Die Analyse erfolgte statistisch durch Receiver-Operating-Characteristic- Kurven (ROC-Kurven). Ergebnisse Die Evaluation der Intra- und Interobservervariabilität ergab für den „erfahrenen“ Untersucher A eine gute Korrelation bei der Auswertung des MRT-Parameters ER (r=0.96, CI95 r= 0.93-0.98, p < 0.0001) und der Auswertung des MRT-Parameters gRE (r=0.93, CI95 r= 0.89-0.96, p < 0.0001). Für den „unerfahrenen“ Untersucher B stellte sich ein höhere Intraobservervariabilität sowohl bei der Untersuchung der ER (r=0.85, CI95 r=0.75-0.91, p < 0.0001), als auch bei der Untersuchung des gRE (r=0.57, CI95 r=0.36-0.73, p < 0.0001) heraus. Damit war die Interobservervariabilität höher bei der Auswertung des gRE (r=0.60, CI95 r=0.36-0.73, p < 0.0001), als bei der Auswertung der ER (r=0.86, CI95 r=0.76-0.91, p < 0.0001). Die Auswertung des zweiten Patientenkollektivs erfolgte mit Receiver-Operating-Characteristic-Kurven (ROC-Kurven). Als Goldstandard diente, bei Ausnahme einer Sub-Gruppe, die EMB. Für das Gesamtkollektivs dieser Arbeit ergab die Fläche unter der Kurve (AUC) für die ER 0,59 (CI95; 0.474, 0.706) und für das gRE 0.59 (CI95: 0.444,0.672). AUC-Werte nahe der 0.5 deuten auf einen Zufallsprozess hin. Die resultierenden Häufigkeitsverteilungen ergaben bei einem Grenzwert (cut-off) von 1,95 für die ER eine Sensitivität von 64% und eine Spezifität von 59%, für das gRE bei einem Grenzwert von 4,05 eine Sensitivität von 72% und eine Spezifität von 29%. Auf Grund der unbefriedigenden Ergebnisse der ROC-Analysen wurden Subgruppen gebildet, um die Grenzwertversatilität der MRT-Parameter ER und gRE auf einem Philips-Scanner zu evaluieren, da von der Annahme ausgegangen wurde, dass verschiedene Grenzwerte für die Parameter ER und gRE an unterschiedlichen MRT-Scannern bestehen. Die Analyse des Kollektiv akute Myokarditis (Definition: Symptombeginn < 14 Tagen) ergab für die ER bei einem cut-off von 1,95 eine Sensitivität von 67% und eine Spezifität von 56%. Bei dem gRE zeigte sich bei einem cut-off von 4,05 eine Sensitivität von 81% und eine Spezifität von 56%. Bei einem cut-off von 4,55 eine Sensitivität von 69% und eine Spezifität 69%. Ähnliche Ergebnisse zeigt die Analyse der Subgruppe chronische Myokarditis (Definition: Symptombeginn > 14 Tagen), die für die ER bei einem cut-off von 1,95 eine Sensitivität von 78% und Spezifität von 40% zeigte und für das gRE bei einem cut-off von 4,55 eine valide Sensitivität von 78% und Spezifität von 80%. Es wurde noch eine Analyse der Sub-Gruppe klinisch akute Myokarditis (Definition: Symptombeginn < 7 Tagen, Troponin T oder I positiv, St-Hebungen im Elektrokardiogramm) durchgeführt, wobei hier der Goldstandard geändert wurde. Statt der EMB wurde hier die „Klinik“ als Goldstandard genutzt. Hier zeigte sich erneut für die ER bei einem cut-off von 1,95 bei einer Sensitivität von 78% und Spezifität von 40% und für das gRE bei einem cut-off von 4,55 bei einer Sensitivität von 78% und Spezifität von 80% die validesten Ergebnisse. Schlussfolgerung In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Intra- und Interobserver Variabilität sehr von der Erfahrung des jeweiligen Untersuchers abhängig ist. Das bedeutet, dass die Auswertung kardialer MRT-Sequenzen nur von Personen erfolgen sollte, die bereits Erfahrung mit solchen Sequenzen haben. Damit kann eine hohe Reproduzierbarkeit und Sicherheit der Ergebnisse der Auswertungen erreicht werden. Die Auswertung des gRE erscheint anfälliger und bedarf somit besonderer Sorgfalt. Bei der Grenzwertversatilität der Parameter ER und gRE auf einem Philipps-Scanner konnten wir feststellen, dass der Grenzwert von ≥ 2 für die ER beibehalten werden kann. Für das gRE jedoch muss der Grenzwert von ≥ 4,0 auf ≥ 4,5 korrigiert werden. Die Auswertung kardialer MRT-Sequenzen bei Myokarditis ist somit geräteabhängig. Es sollte deswegen eine genaue Evaluation der Grenzwerte für ER und gRE auf den jeweiligen Scannern erfolgen. Jedoch ist auch mit einem Graubereich zwischen 4,0 und 4,5 für das gRE zu rechnen, so dass solche Ergebnisse noch einmal genau geprüft werden müssen. Im akuten Stadium der Myokarditis konnten wir bessere Ergebnisse mit einer MRT-Untersuchung erzielen als im chronischen Stadium. Das gRE schneidet hier besser ab als die ER. Die hier gezeigten Ergebnisse können die diagnostische Sicherheit einer EMB in der Diagnostik einer Myokarditis vielleicht noch nicht ganz erreichen. Jedoch ist auch die EMB als Goldstandard in der Diagnostik einer Myokarditis immer wieder in der Diskussion. Die kardiale MRT ermöglicht eine differenzierte Einschätzung der myokardialen Funktions- und Gewebeeigenschaften und ist somit in Kombination aller MRT-Sequenzen geeignet, Aktivität und Verlauf einer akuten Myokarditis besser einzuschätzen. In der Zukunft wird somit die kardiale MRT als ein nicht-invasives, strahlenfreies Untersuchungsverfahren eine immer größere Rolle in der Diagnostik entzündlicher Herzerkrankungen spielen

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Kompatibilität in der medizinischen Bildgebung unter zwei verschiedenen Aspekten: (A) Beeinflussung von Gradientenfeldern durch das Magnetsystem eines Magnetresonanztomographen. (B) Beeinflussung elektronischer Bauteile durch ionisierende Strahlung. Imperfektionen in der Gradientenhardware (7–13) führen dazu, dass nicht die ideale zeitliche Gradientenform ausgespielt wird, sondern eine verzerrte Version der Gradienten (6,14). In der nicht-kartesischen Bildgebung führen diese resultierenden Abweichungen in den k-Raum Trajektorien zu Bildartefakten, die sich negativ auf die Diagnosestellung auswirken können. Die linearen und zeitinvarianten Eigenschaften des Gradientensystems ermöglichen die Bestimmung der Übertragungsfunktion (GSTF) (20). Diese Übertragungsfunktion kann innerhalb der Bildrekonstruktion zur Trajektorienkorrektur verwendet werden (14,15,70). In dieser Arbeit wurden mit der Feldkamera (Skope Magnetic Resonance Technologies, Zürich, Schweiz) (22,23) und der schichtselektiven Phantommethode (5,6) zwei etablierte GSTF-Messverfahren verglichen. Dabei wurde die Notwendigkeit einer Abtastzeitkompensation festgestellt, um die GSTF-Informationen entsprechend der gewählten Abtastzeit zu korrigieren (s. Abbildung 16) und die Trajektorien hinreichend zu korrigieren und damit Bildartefakte zu reduzieren. Die Langzeit- und Temperaturanalyse der GSTF zeigte für zwei verschiedene Siemens-Tomographen (Siemens Healthcare, Erlangen, Germany) eine Langzeit und Temperaturstabilität, auch bei extensiven Duty-Cyclen. Damit lässt sich auch einfach eine Pre-emphasis-Korrektur der Gradienten realisieren, was exemplarisch mit einer Zig-Zag- und einer Spiral-Sequenz gezeigt werden konnte. Die GSTF-Pre-emphasis-Korrektur lieferte dabei ähnliche Ergebnisse wie die GSTF-Post-Processing-Technik (s. Abbildung 44 und 47). In Bezug auf die Kompatibilität in der medizinischen Bildgebung wurde in dieser Arbeit auch die Beeinflussung von medizinischen Implantaten durch ionisierende Strahlung untersucht. Herzschrittmacher, Kardioverter-Defibrillatoren oder andere aktive medizini- sche Implantate können in ihrer Funktion durch ionisierende Strahlung, die bei verschiedenen diagnostischen und therapeutischen Anwendungen appliziert wird, beeinträchtigt werden (28,97,111). In dieser Studie wurden verschiedene elektronische Bauteile, wie Kondensatoren, Transistoren, Batterien und Speicherkarten in einer gewebeäquivalenten Messumgebung bestrahlt und dabei auf ihre Funktionalität überprüft. Die Messumgebung simuliert dabei die Wechselwirkungseigenschaften von menschlichem Gewebe mit ionisierender Strahlung in einem Energiebereich von 10 keV – 6 MeV. Zudem ermöglicht sie mit der Einschubeinheit die Integration von Implantaten/elektronischen Bauteilen, sowie eine realistische Bestrahlungsplanung und Dosisverifikation (35,77). Bei den Kondensatoren zeigten sich während der Bestrahlung ein verändertes Funktionsverhalten, mit signifikant abweichenden Spannungen und Zeitkonstanten gegenüber dem unbestrahlten Zustand. Auch die Batterien haben sich während der Bestrahlung signifikant schneller entladen, als ohne Strahlungsapplikation. Nach der Bestrahlung konnten bei den untersuchten SD-Speicherkarten auch Veränderungen in den Speicherzellen festgestellt werden. Bei den Transistoren war aufgrund von Fehlern im Messsetup und dem Schaltungsdesign keine genauere teststatistische Auswertung möglich. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich charakteristische Kenngrößen der untersuchten Bauteile bei Strahlungsapplikation signifikant veränderten. / This work reports on the compatibility in medical imaging in two different aspects: (A) Influence of gradient fields by the magnetic system of a magnetic resonance tomograph. (B) Influence of electronic components by ionizing radiation. Imperfections in the gradient hardware (7–13) cause that not the ideal temporal gradient waveform is played out, but a distorted version of the gradient (6,14). In non-Cartesian imaging, the resulting deviations in the k-space trajectories lead to image artifacts that can adversely affect medical diagnosis. The linear and time-invariant properties of the gradient system enable the determination of the transfer function (GSTF) (20). This transfer function can be used for trajectory correction during image reconstruction (14,15,70). In this work, two established GSTF measuring methods were compared: the field camera (Skope Magnetic Resonance Technologies, Zurich, Switzerland) (22,23) and the sliceselective phantom method (10,43). The need for a dwell time compensation was determined to correct the GSTF information according to the selected sampling time (see Figure 18) and to correct the trajectories sufficiently to finally diminish image artifacts properly. The long-term and temperature analysis of the GSTF showed a long-term and temperature stability for two different Siemens scanners (Siemens Healthcare, Erlangen, Germany), even at extensive duty cycles. These characteristics are important to realize a pre-emphasis correction of the gradients, which could be demonstrated exemplarily with a Zig-Zag and a spiral sequence. The pre-emphasis correction provided similar results as the GSTF post-processing technique (see Figures 44 and 47). According to the compatibility in medical imaging, the influence of ionizing radiation on medical implants was also examined in this study. Pacemakers, cardioverter-defibrillators or other active medical implants may be impaired in their function by ionizing radiation which is applied in various diagnostic and therapeutic applications (28,97,111). In this work, various electronic components such as capacitors, transistors, batteries and memory cards were irradiated in a tissue-equivalent measurement environment and their functionality was analyzed. The measurement environment simulates the interaction of human tissue with ionizing radiation in an energy range of 10 keV - 6 MeV. It also enables the integration of implants/electronic components using a plug-in unit, as well as realistic treatment planning and dose verification procedures (35,77). The capacitors showed changes in functional behavior during irradiation, with significantly deviating voltages and time constants. The batteries also discharged significantly faster during irradiation than without. After irradiation, changes in the memory could also be detected for the examined memory cards. For the transistors, no clear result could be derived due to errors in the measurement setup. In summary, characteristic parameters of the examined components showed significant changes with the application of radiation.

In summary, the wave-CAIPI k-space trajectory presents an efficient sampling strategy for accelerated MR acquisitions. Using wave-CAIPI in parallel imaging reconstructions leads to a reduced noise level in the reconstructed images, compared to the Cartesian standard trajectory. This effect could be quantified by means of noise and SNR calculations. An SNR gain can be traded for a reduced scan time, i.e., additional undersampling, or for an enhanced image quality, keeping scan time constant. Acceleration of MR imaging is especially important in dynamic applications, since these examinations are inherently time-consuming. The impact of wave-CAIPI sampling on image quality and its potential for scan time reduction was investigated for two dynamic applications: self-gated dynamic 3D lung MRI during free breathing and cardiac 4D flow MRI. Dynamic 3D Lung MRI By employing wave-CAIPI sampling in self-gated, free-breathing dynamic 3D lung MRI for the purpose of radiotherapy treatment planning, the image quality of accelerated scans could be enhanced. Volunteer examinations were used to quantify image quality by means of similarity between accelerated and reference images. To this end, the normalized mutual information and the root-mean-square error were chosen as quantitative image similarity measures. The wave-CAIPI sampling was shown to exhibit superior quality, especially for short scan times. The values of the normalized mutual information were (10.2 +- 7.3)% higher in the wave-CAIPI case -- the root-mean-square error was (18.9 +- 13.2)% lower on average. SNR calculations suggest an average SNR benefit of around 14% for the wave-CAIPI, compared to Cartesian sampling. Resolution of the lung in 8 breathing states can be achieved in only 2 minutes. By using the wave-CAIPI k-space trajectory, precise tumor delineation and assessment of respiration-induced displacement is facilitated. Cardiac 4D Flow MRI In 4D flow MRI, acceleration of the image acquisition is essential to incorporate the corresponding scan protocols into clinical routine. In this work, a retrospective 6-fold acceleration of the image acquisition was realized. Cartesian and wave-CAIPI 4D flow examinations of healthy volunteers were used to quantify uncertainties in flow parameters for the respective sampling schemes. By employing wave-CAIPI sampling, the estimated errors in flow parameters in 6-fold accelerated scans could be reduced by up to 55%. Noise calculations showed that the noise level in 6-fold accelerated 4D flow acquisitions with wave-CAIPI is 43% lower, compared to Cartesian sampling. Comparisons between Cartesian and wave-CAIPI 4D flow examinations with a prospective acceleration factor R=2 revealed small, but partly statistically significant discrepancies. Differences between 2-fold and 6-fold accelerated wave-CAIPI scans are comparable to the differences between Cartesian and wave-CAIPI examinations at R=2. Wave-CAIPI 4D flow acquisitions of the aorta could be performed with an average, simulated scan time of under 4 minutes, with reduced uncertainties in flow parameters. Important visualizations of hemodynamic flow patterns in the aorta were only slightly affected by undersampling in the wave-CAIPI case, whereas for Cartesian sampling, considerable discrepancies were observed. / Die wave-CAIPI k-Raum Trajektorie stellt eine effiziente Methode für beschleunigte MRT Akquisitionen dar. Die Benutzung der wave-CAIPI Trajektorie anstelle der kartesischen Standardmethode in der parallelen Bildgebung führt zu einem reduzierten Rausch-Niveau in den rekonstruierten Bildern. Dieser Effekt kann durch Berechnungen des Rauschpegels und des Signal-zu-Rausch Verhältnisses (SNR) quantifiziert werden. Das höhere Signal-zu-Rausch Verhältnis kann genutzt werden, um entweder die Akquisition durch eine höhere Unterabtastung zu beschleunigen, oder um die Bildqualität zu verbessern. Die Beschleunigung von MRT Akquisitionen ist besonders in dynamischen Anwendungen wichtig, da diese Untersuchungen inhärent sehr zeitaufwendig sind. Der Einfluss der wave-CAIPI Methode auf die Bildqualität und das Beschleunigungspotenzial der Messung wurde in dieser Arbeit sowohl für selbst-navigierte, dynamische 3D Lungenbildgebung, als auch für 4D Fluss MRTs des Herzens untersucht Dynamische 3D Lungen MRT Durch die Verwendung der wave-CAIPI Samplingmethode konnte die Bildqualität von selbst-navigierten, dynamischen 3D Lungen MRTs bei freier Atmung verbessert werden. Eine wichtige Anwendung dieser Technik liegt im Bereich der Strahlentherapieplanung. Dabei wurde im Rahmen einer Probandenstudie die Bildqualität anhand der Ähnlichkeit zwischen beschleunigten Bildern und den jeweiligen Referenzen quantifiziert. Zu diesem Zweck wurden die normalized mutual information und der root-mean-square error als quantitative Maße gewählt. Es konnte gezeigt werden, dass -- besonders bei kurzen Akquisitionszeiten -- die wave-CAIPI Methode zu besserer Bildqualität führte, verglichen mit dem kartesischen Standard. Berechnungen der normalized mutual information ergaben im Mittel (10.2 +- 7.3)% höhere Werte für die wave-CAIPI Methode -- der root-mean-square error war (18.9 +- 13.2)% geringer. Darüber hinaus lieferte die wave-CAIPI ein um etwa 14% höheres mittleres SNR. In 2 Minuten konnte die Atembewegung der Lunge in 8 Atemzustände aufgelöst werden. Eine präzise Tumor-Abgrenzung und die Evaluierung von respirationsinduzierten Tumorbewegungen wird durch die Verwendung der wave-CAIPI Methode vereinfacht. 4D Fluss Herz MRT Die Beschleunigung von 4D Fluss MRTs ist essentiell, um solche Untersuchungen in die klinische Routine zu integrieren. In der präsentierten Arbeit wurde eine 6-fache retrospektive Beschleunigung realisiert. 4D Fluss Untersuchungen von gesunden Probanden mit der wave-CAIPI und mit der kartesischen Samplingmethode wurden verwendet, um Unsicherheiten in verschiedenen Flussparametern für die beiden Samplingmethoden zu berechnen. Dabei zeigte sich, dass die geschätzten Fehler in den Flussparametern der 6-fach beschleunigten wave-CAIPI Untersuchungen bis zu 55% geringer sind als die Fehler der kartesischen Messungen. Ferner zeigten Rausch-Analysen, dass die beschleunigten wave-CAIPI Aufnahmen ein um 43% geringeres Rausch-Niveau aufweisen. Vergleiche zwischen Flussparametern, die aus 2-fach beschleunigten wave-CAIPI und kartesischen Messungen berechnet wurden, zeigten kleine, aber teilweise statistisch signifikante Unterschiede zwischen den beiden Methoden. Unterschiede zwischen 2-fach und 6-fach beschleunigten wave-CAIPI Aufnahmen sind vergleichbar mit den Unterschieden zwischen der wave-CAIPI Methode und der kartesischen Methode bei R=2. Wave-CAIPI 4D Fluss Aufnahmen des Herzens konnten mit einer mittleren, simulierten Aufnahmezeit von unter 4 Minuten durchgeführt werden. Die effizientere Samplingmethode ermöglichte dabei erheblich reduzierte Unsicherheiten in den berechneten Flussparametern. Wichtige Visualisierungen des Blutflusses in der Aorta wurden im Falle der wave-CAIPI Methode kaum von der Unterabtastung beeinflusst. Hingegen wiesen die Visualisierungen der beschleunigten kartesischen Messungen erhebliche Diskrepanzen auf.

Einwirkung elektrostatischer Aufladungen auf den Negativaufbau im Rollenoffsetdruck.