Die vorliegende Arbeit untesucht die Darstellung tumoröser und entzündlicher muskuloskelettaler Läsionen mit der diffusionsgewichteten MRT-Bildgebung bei Kindern und Jugendlichen. Es sollten die Machbarkeit und die Zuverlässigkeit der Methode in der klinischen Routinebildgebung überprüft werden. Zusätzlich untersuchten wir den Einsatz von ADC-Werten zur Differenzierung von malignen und benignen Tumoren sowie bei inflammatorischen Knochen- und Weichteilbefunden. Wie die klassische MRT, ist die diffusionsgewichtete Bildgebung nicht-invasiv: da der Bildkontrast allein mittels magnetischer Feldgradienten erzielt wird, erfordert sie weder eine Injektion von Kontrastmitteln, noch den Einsatz von ionisierender Strahlung. Sie garantiert eine schnelle Aquisitionstechink um Artefakte zu begrenzen und die Untersuchungen kindergerechter zu gestalten. Die von uns erfassten Daten wurden in zwei unterschiedlichen Studien aufgeteilt. Die Erste Studie erfasst Ergebnisse bzgl. der Detektion und Dignitätsabschätzung kinderlicher muskuloskelettaler Tumoren mittels diffusionsgewichteten MRT Bilder. Das zweite Forschungsprojekt, befasst sich mit dem erstmaligen Einsatz der diffusionsgewichteten MRT zur Identifikation und Differenzierung von Knochenmarködem, Weichteilödem und Synovitis bei pädiatrischen Patienten. / This study investigates the presentation of tumorous and inflammatory musculoskeletal lesions by diffusion-weighted MRI imaging in children and adolescents. The feasibility and reliability of the method should be tested in clinical routine imaging. In addition, we investigated the use of ADC values ​​for the differentiation of malignant and benign tumors as well as for inflammatory bone and soft tissue findings. Like the classical MRI, diffusion-weighted imaging is non-invasive: since the image contrast is achieved solely by means of magnetic field gradients, it does not require either the injection of contrast agents or the use of ionizing radiations. This technique allows a quick aquisition to limit artefacts and to shape the investigations in a more child-friendly way. The data we collected were divided into two different studies. The first study records results concerning the detection and dignity-assessment of childhood musculoskeletal tumors using diffusion-weighted MRI images. The second research project deals with the initial use of diffusion-weighted MRI for the identification and differentiation of bone marrow edema, soft tissue edema and synovitis in Pediatric patients.

In dieser Studie wurden 280 Patienten, die im Zeitraum vom 01.01.2008 bis 30.06.2012 am Universitätsklinikum Würzburg aufgrund einer Raumforderung der Leber operiert wurden, analysiert. Davon konnten 150 Patienten mit insgesamt 385 Tumoren bewertet werden. Die zentrale Fragestellung der Arbeit beschäftigte sich damit, die Sensitivität der MR-DWI mit anderen präoperativen bildgebenden Untersuchungsmethoden zu bewerten. Bisherige Studien beschäftigten sich bereits mit dem Vergleich der MR-DWI mit anderen diagnostischen Verfahren. Jedoch wurden dabei nicht konkret die aus Sicht eines Chirurgen wichtigen Punkte detailliert beleuchtet. In dieser Arbeit wurden daher die Ergebnisse der Befunde der MR-DWI, CT und konventionellem MRT dem intraoperativen und histopathologisch gesichertem Endbefund gegenübergestellt und bezüglich der Parameter: Tumordignität, Tumoranzahl, Tumorgröße und Tumorlokalisation verglichen. Während die Sensitivität der MR-DWI zur Tumorlokalisation etwas unter der Sensitivität der CT und MRT lag, konnten für die Parameter Tumoranzahl und Tumordignität bessere Ergebnisse der MR-DWI als für die CT herausgestellt werden. Die Genauigkeit der DWI für diese beiden Punkte liegt nah bei der hohen Sensitivität der MRT. Jedoch müssen die sehr guten Ergebnisse der MRT in dieser Arbeit durch die geringe Anzahl der MRT Untersuchungen relativiert werden. Bezüglich der Tumoranzahl ergibt sich bei der MR-DWI die höchste Sensitivität, gefolgt von MRT und CT. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die MR-DWI wie auch die CT und MRT ein sehr sensitives Verfahren zur Detektion von Leberläsionen darstellt. Dabei müssen gewisse Vor- und Nachteile gegenüber den anderen Methoden abgewogen werden. Eine als ungünstig zu wertende Strahlenexposition besteht nicht, ebenso kein zusätzlicher zeitlicher Aufwand. In nahezu allen hier untersuchten Bereichen zeigte die MR-DWI vorrangig bessere Resultate als die CT. Im Vergleich mit der MRT konnten geringfügig niedrigere oder ähnlich gute Werte ermittelt werden. In Bezug auf die Tumoranzahl war die MR-DWI das sensitivste Verfahren. Um die hier erbrachten Ergebnisse zu sichern, sollten zukünftige Studien die Homogenität der Patienten sowie die Anzahl der CT, MRT und MR-DWI Untersuchungen erhöhen. Weiterhin könnten die Geräteeinstellungen bei der MRDWI an bestimmte Fragestellungen angepasst und so genauere Ergebnisse erzielt werden. Bruegel et al konnte für unterschiedliche Leberläsionen bereits die charakteristischen ADC-Werte ermitteln. In einer weiteren Studie von Kilickesmez wurden ebenfalls maligne und benigne Leberläsionen über die entsprechenden ADC-Werte voneinander abgegrenzt. Daraus ergab sich die Empfehlung, zur Diagnostik von Leberläsionen die konventionelle MRT mit der MRDWI zu ergänzen. Ein weiterer Ansatzpunkt ist die Reduktion von Störfaktoren für die MR-DWI und damit die Verbesserung der Bildbeurteilung. In einer Arbeit von Yu-Chun wurde beispielsweise die optimale Temperatur für die MR-DWI Schnittbildgebung am Tiermodell angewandt und so auf molekularer Ebene die Artefaktbildung reduziert. Eine Verbesserung konnte auch durch Ergänzung der MR-DWI mit anderen Verfahren nachgewiesen werden. MR-DWI in Verbindung mit Kontrastmittel ergab eine erhöhte Sensitivität für kleine HCC bis 2cm als Kontrastmittel-MRT ohne DWI. Es ist zu erwarten, dass die MR-DWI in Zukunft durch exaktere Einstellungen der b- Werte und ADC-Messungen in Abhängigkeit der zu untersuchenden Organregion, durch Reduktion störender Faktoren oder durch Kombination mit anderen bildgebenden Verfahren zur Optimierung der präoperativen Diagnostik bei Lebertumoren beiträgt. / Objective: This study was realized to compare the sensitivity of difusion weighted MRI (DWI) with sensitivity of MRI and CT to find liver tumors. There were 4 parameters determined which are most important for surgeons in pre-surgical preparation: number of tumors, dignity, size and localisation in liver. The comparison was based on these 4 parameters. Materials an methods: In a period of 4 years and 6 months (2008-2012) were analysed 150 patients with 385 tumors. All preoperative findings in DWI, MRI and CT have been compared with intraoperative ultrasound and histopathological results. Results: Referring to the number of tumors DWI was more sensitive (55,68%) than CT (47,41) or MRI (27,78%). Also, in finding hepatocellular carcinoma the DWI had better sensitivity (93,74%) than CT (80%) or MRI (47,67%). In the parameter of size the DWI had correlation in 67,65%, better than CT (61,05%) and worse than MRI (71,42%). A correct correlation of dignity was found in DWI in 71,59%, in MRI 77,78% and in CT 60,91%. The sensitivity in the parameter localisation of DWI was 76,92% in comparison with CT 81,73% and MRI 85,19%. We suspect that the DWI is more sensitive to movements of patients while examination is being proceed. Conclusion: DWI is a very sensitive method for finding liver tumors. In the parameter number of tumors and finding of HCC is more sensitive than CT or MRI. In dignity and size its sensitivity is compareable with CT or MRI and only in localisation the results are a little bit worse. To improve the method for the future it’s neccessary to investigate how to switch off the sensibility for movement and also optimize some frame factors.

Durch Weiterentwicklungen der MR-Technologie hat die diffusionsgewichtete MRT in der Bildgebung des Abdomens zunehmend an Bedeutung gewonnen. Einige wenige Studien zeigten bereits vielversprechende Ergebnisse für den Einsatz der DWI in der Diagnostik und Verlaufsbeurteilung des Morbus Crohn. Ziel dieser Arbeit war es, zu untersuchen, ob die DWI zur Detektion entzündlicher Darmwandläsionen und extraluminaler Komplikationen bei pädiatrischen Patienten mit Morbus Crohn ebenso geeignet ist wie die kontrastmittelverstärkte MRT. Hierzu wurden retrospektiv die klinischen und MR-tomographischen Daten von 48 Kindern, Jugendlichen und jungen Erwachsenen mit Morbus Crohn sowie von 42 Kontrollpatienten ausgewertet, bei denen im Zeitraum zwischen Juli 2008 und Mai 2013 eine MRT-Untersuchung durchgeführt wurde. Aktuelle Befunde einer Ileokoloskopie waren als Referenz bei 60% der Morbus Crohn Patienten und bei etwa einem Drittel der Patienten der Kontrollgruppe vorhanden. Das Bestehen eines Morbus Crohn konnte bei 47 der insgesamt 48 Patienten anhand der diffusionsgewichteten Sequenzen und in 46 Fällen mittels der kontrastverstärkten T1w-Aufnahmen korrekt nachgewiesen werden. Extramurale Komplikationen wie Abszesse oder Fisteln konnten sowohl mittels DWI als auch durch die KM-MRT detektiert werden. Da die DWI weder eine intravenöse Kontrastmittelapplikation noch Atemanhaltetechniken erfordert, ist sie gerade bei pädiatrischen Patienten ein geeignetes Bildgebungsverfahren. Wegen der relativ geringen Ortsauflösung der diffusionsgewichteten Sequenzen sollte jedoch zusätzlich eine Standardsequenz, wie die T2-gewichtete HASTE-Sequenz, akquiriert werden. Nach den Ergebnissen dieser Studie ist die diffusionsgewichtete MRT zur Beurteilung der entzündlichen Veränderungen des Morbus Crohn sehr gut geeignet und besitzt das Potenzial, nicht nur ergänzend, sondern als Alternative zur KM-MRT zum Einsatz zu kommen. / The purpose of this retrospective study was to evaluate the detectability of inflammatory bowel lesions and of extramural complications with diffusion-weighted MRI (DWI), compared to contrast-enhanced MRI (CE-MRI), in pediatric patients with Crohn disease. The study included 48 children and young adults with Crohn disease and 42 matched controls who underwent routine MRI with DWI and contrast-enhanced T1-weighted sequences during a 5-year-period. Colonoscopy as reference standard was available in about two-thirds of the children with Crohn disease and in about one-third of controls. Overall diagnostic accuracy for identifying pediatric patients with inflammatory bowel lesions among patients and controls in our study was 99% (89/90) for DWI and 98% (88/90) for CE-MRI. In conclusion, the results suggest that free-breathing DWI has potential as an alternative to standard CE-MRI protocols in pediatric patients with known or suspected Crohn disease, without a substantial loss of diagnostic information and without the need for intravenous administration of contrast medium.

Diffusion Magnetic Resonance Imaging (dMRI) is a method for measuring molecular diffusion in biological tissue microstructure. This information can be used to predict the location and orientation of white matter fibers in the brain, a process known as tractography. Analysis of the map of neural connections can provide meaningful information about the severity or progression of neurodegenerative diseases such as Alzheimer's, and allow for early intervention to prevent progression. However, tractography has its pitfalls; current fiber-tracking algorithms suffer from generating false-positive connections and affect the reliability of structural connectivity maps. To counter this downside, tractogram filtering methods have been created to remove inaccurately predicted connections. This study aims at evaluating the impact of the novel semi-supervised filtering method FINTA on the brain networks of people with Mild Cognitive Impairment (MCI), which precedes diseases like Alzheimer's. The proposed experiments use the Nipype Neuroimaging Python library for the automation of the entire process. Registration, parcellation, and tracking were performed using MRtrix and FSL. Furthermore, DIPY and NiBabel were used for tractogram processing. Finally, filtering was performed based on code provided by the authors of FINTA, and graph measures were computed using the NetworkX Python library. Experiments were performed on both raw and weighted structural connectivity matrices. Results suggest that filtering has an effect on graph measures such as the clustering coefficient and betweenness centrality for different nodes corresponding to brain regions. / Diffusion magnetisk resonanstomografi (diffusions MRT) är en metod för att mäta den molekylära diffusionen i mikrostrukturen i biologisk vävnad. Denna information kan användas för att förutsäga var fibrerna i den vita substansen i hjärnan befinner sig och hur de är orienterade i den process som kallas traktografi. Analys av kartan över nervförbindelser kan ge meningsfull information om svårighetsgraden eller utvecklingen av neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimers och möjliggöra tidiga insatser för att förhindra utvecklingen. Traktografi har dock sina fallgropar och nuvarande algoritmer för fiberspårning lider av att generera falska positiva anslutningar och påverkar de strukturella konnektivitetskartorna som förhindrar tillförlitliga förutsägelser. För att motverka denna nackdel har filtreringsmetoder för traktogram skapats för att ta bort de felaktigt förutsagda anslutningarna.  Denna studie syftar till att utvärdera effekterna av den nya semi-övervakade filtreringsmetoden FINTA på hjärnnätverk hos personer med lindrig kognitiv störning (eng. mild cognitive impairment, MCI) som föregår sjukdomar som Alzheimers. I de föreslagna experimenten används Python-biblioteket Nipype Neuroimaging för automatisering av hela processen. Registrering, parcellering och spårning gjordes med hjälp av MRtrix och FSL, dessutom användes DIPY och NiBabel för traktogrambehandling. Slutligen utfördes filtrering baserat på kod från författarna till FINTA och grafmått beräknades med hjälp av NetworkX Python-bibliotek. Experimenten utfördes på råa och viktade strukturella konnektivitetsmatriser. Resultaten tyder på att filtrering har en effekt på grafmått som klustringskoefficient och betweenness centrality för olika noder som motsvarar hjärnregioner.

Odorous sensations are based on trigeminal and olfactory perceptions. Both trigeminal and olfactory stimuli generate overlapping as well as distinctive activations in the olfactory cortex including the piriform cortex. Orbitofrontal cortex (OFC), an integrative center for all senses, is directly activated in the presence of olfactory stimulations. In contrast, the thalamus, a very important midbrain structure, is not directly activated in the presence of odors, but rather acts as a relay for portions of olfactory information between primary olfactory cortex and higher-order processing centers. The aims of the study were (1) to examine the number of streamlines between the piriform cortex and the OFC and also between the piriform cortex and the thalamus and (2) to explore potential correlations between these streamlines and trigeminal and olfactory chemosensory perceptions. Thirty-eight healthy subjects were recruited for the study and underwent diffusion MRI using a 3T MRI scanner with 67 diffusion directions. ROIs were adapted from two studies looking into olfaction in terms of functional and structural properties of the olfactory system. The “waytotal number” was used which corresponds to number of streamlines between two regions of interests. We found the number of streamlines between the piriform cortex and the thalamus to be higher in the left hemisphere, whereas the number of streamlines between the piriform cortex and the OFC were higher in the right hemisphere. We also found streamlines between the piriform cortex and the thalamus to be positively correlated with the intensity of irritating (trigeminal) odors. On the other hand, streamlines between the piriform cortex and the OFC were correlated with the threshold scores for these trigeminal odors. This is the first studying the correlations between streamlines and olfactory scores using tractography. Results suggest that different chemosensory stimuli are processed through different networks in the chemosensory system involving the thalamus.