Diffusionsgewichtete MR-Bilder sind ein wichtiger Bestandteil für die klinische Diagnostik verschiedener Pathologien, wie z.B. bei Schlaganfall oder Tumoren. Meistens wird ein mono-exponentielles Diffusionsmodell verwendet und über verschiedene Raumrichtungen gemittelt. Der Einfluss von Fluss auf das diffusionsgewichtete Signal und eine mögliche Richtungsabhängigkeit werden dabei vernachlässigt. Dabei machen Diffusionsmodelle, die mehr Eigenschaften des Signals abbilden, unter Umständen eine genauere Diagnostik möglich. Mit DTI wird die Richtungsabhängigkeit der Diffusion erfasst und bei IVIM wird der Beitrag von Fluss zum Signal berücksichtigt. Die Niere ist ein stark strukturiertes Organ und weist Anisotropie in der Diffusion auf. Außerdem ist die Niere ein sehr gut durchblutetes Organ. DTI und IVIM beschreiben also unabhängig voneinander zwei wichtige Aspekte des diffusionsgewichteten Signals in der Niere, ohne dass der Vorteil des jeweils anderen Modells Beachtung findet. In dieser Arbeit wurde das Modell IVOF zur umfassenden Beschreibung von Diffusionssignal vorgestellt, bei dem sowohl die Richtungsabhängigkeit der Diffusion, als auch das Signal der fließenden Spins und deren Richtungsabhängigkeit abgebildet wird. Die Vorteile von DTI und IVIM werden also in IVOF vereint und darüber hinaus auch die mögliche Anisotropie die Flusssignals berücksichtigt. Es konnte gezeigt werden, dass dieses Modell das diffusionsgewichtete Signal in der menschlichen Niere besser beschreibt als die herkömmlichen Modelle (DTI und IVIM) und auch besser als eine Kombination von DTI und IVIM, bei der ein isotroper Flussanteil des Signals angenommen wird. Es wurde weiterhin gezeigt, dass selbst wenn der Flussanteil im verwendeten Diffusionsmodell berücksichtigt wird, der tatsächlich gemessene Flussanteil in der Niere von der Art der Messung, d.h. Bewegungsempfindlichkeit des Gradientenschemas abhängt. Das bedeutet, dass der mikroskopische Fluss in der Niere nicht, wie häufig angenommen, komplett zeitlich inkohärent ist. Bei Vergleichen von IVIM Studien an der Niere ist es deshalb notwendig, die Bewegungsempfindlichkeit der jeweiligen Gradientenschemata zu berücksichtigen. Wie groß das absolute Verhältnis von kohärent zu inkohärent fließendem Signal ist, konnte nicht festgestellt werden. Ebenso wenig konnte die absolute Flussgeschwindigkeit bzw. die Art des Flusses (Laminare Strömung, Pfropfenströmung, oder andere) ermittelt werden. TSE hat sich als vielversprechendes, artefaktfreies Verfahren für die Aufnahme diffusionsgewichteter Bilder der Niere gezeigt. Im Vergleich mit dem Standardverfahren EPI wurden ähnliche Werte der Parameter von DTI und IVIM gefunden. Abweichungen zwischen EPI und TSE sind vor allem durch die Unschärfe der TSE Bilder aufgrund von T2-Zerfall zu erklären. Bis zur klinischen Anwendbarkeit diffusionsgewichteter TSE Bilder bzw. Parameterkarten sind noch einige Weiterentwicklungen der Methode nötig. Vor allem sind schärfere TSE Bilder erstrebenswert und es sollten mehrere Schichten in einer klinisch vertretbaren Zeitspanne aufgenommen werden, ohne dass dabei die zulässigen SAR Grenzwerte überschritten werden. Bei allen Untersuchungen in dieser Arbeit handelt es sich um Machbarkeitsstudien. Daher wurden alle Messungen nur an erwachsenen, gesunden Probanden durchgeführt, um zu zeigen, dass das jeweilige vorgeschlagene Modell zu den Daten passt bzw. dass die vorgeschlagene Methode prinzipiell funktioniert. Bei welchen Pathologien die hier vorgeschlagenen Methoden und Modelle einen diagnostischen Nutzen haben, muss in zukünftigen Studien erforscht werden. Außerdem wurden keine b- Werte zwischen 0 und 200 s/mm2 aufgenommen, bei denen fließende Spins noch signifikant zum Signal beitragen. Betrachtet man die Ergebnisse der Diffusionsbildgebung mit verschiedenen m1 in dieser Arbeit, dann ist neben dem b-Wert auch die Bewegungsempfindlichkeit m1 nötig, um das Signal in diesem Bereich korrekt zu beschreiben. Alles in allem sollte der Beitrag von Fluss zum diffusionsgewichteten MR-Signal in der Niere immer berücksichtigt werden. Die vielfältigen Einflüsse, die unterschiedliche Parameter auf das Signal von Mikrofluss haben, wurden in dieser Arbeit untersucht und präsentieren weiterhin ein spannendes Feld für kommende Studien. Diffusionsgewichtete TSE Sequenzen sind auch für die klinische Diagnostik eine potentielle Alternative zu Artefakt-anfälligen EPI Sequenzen. Bis dahin sollten jedoch die Bildschärfe und Abdeckung der diffusionsgewichteten TSE Sequenz weiter verbessert werden. / Diffusion-weighted magnetic resonance (MR) imaging plays an important role in clinical diagnosis of various pathologies, such as stroke or tumors. Oftentimes a mono-exponential diffusion model is used and multiple diffusion directions are averaged. The potential influence of flow and a possible anisotropy of the signal are then neglected. Diffusion models that take these properties of the signal into account may allow a more accurate diagnosis. Diffusion tensor imaging (DTI) captures the directional dependence of diffusion, while the Intravoxel Incoherent Motion (IVIM) model accounts for the contribution of flow to the signal. Kidneys are strongly structured organs and exhibit anisotropic diffusion. Furthermore, kidneys are well perfused organs. DTI and IVIM both describe independently two important features of the diffusion-weighted signal in the kidneys, but neglect the advantages of the other model. The here presented work introduces a comprehensive diffusion model named Intravoxel Oriented Flow (IVOF). IVOF includes the possibilities of anisotropic diffusion and of flow. This way IVOF combines the advantages of DTI and IVIM and furthermore, accredits the possibility of anisotropic flow signal. It was shown that this model fits diffusion-weighted signal in the human kidney better than the standard diffusion models DTI and IVIM. IVOF even performs better than a combination of DTI and IVIM with an isotropic flow fraction. Moreover, it was shown that the actually measured flow fraction of the diffusionweighted signal in the kidneys depends on the imaging protocol, i.e. on the first gradient moment m1 of the diffusion gradient scheme. This means that the microscopic flow in the kidneys is not completely temporally incoherent, in contrast to what is often assumed. Therefore, a comparison of renal IVIM studies needs to pay attention to the used gradient schemes and their respective m1. The absolute ratio of coherent to incoherent flow signal could not be determined in this work and is subject to future work. The flow profile (whether laminar flow, plug flow or other) and the mean flow velocity should also be investigated in further studies. Turbo-Spin-Echo (TSE) proofed to be an artifact-free and promising tool for acquiring diffusion-weighted images of the kidney. Similar DTI and IVIM parameters were found when images where acquired with TSE compared to Echo-Planar Imaging (EPI). Differences between parameters acquired with EPI and TSE may be explained by blurring in the TSE images, which is caused by T2 -decay. Before diffusion-weighted TSE images and parameter maps can be used for clinical diagnosis, some further improvements of the method are necessary. Sharper TSE images are preferable and multiple slices need to be acquired within a clinically reasonable scan time without exceeding specific absorption rate limits. All studies described in this work are feasibility studies. For this reason, all measurements were performed on healthy, adult volunteers to show that the proposed diffusion model fits the data or that the proposed acquisition method works in principle. The diagnostic value of the here proposed methods and models should be investigated in future studies. No b-values between 0 and 200 s/mm2 were acquired. In this range, the signal of flowing spins contributes significantly to the total signal. With regard to the results in this work concerning diffusion-weighted imaging with multiple first gradient moments it is likely that the b-value is not sufficient to describe the signal in this regime. The first gradient moment of the diffusion-weighting gradients may be crucial to describe the signal correctly. All in all it is important to always consider the contribution of flow to the diffusionweighted MR signal in the kidneys. Manifold influences of acquisition parameters to the signal of micro flow were presented in this work and provide an interesting field for further research. Diffusion-weighted TSE sequences are a potential alternative to artifact-prone EPI sequences. However, for clinical application of diffusion-weighted TSE blurring needs to be reduced and 3-dimensional coverage should be increased.

Clinical practice in CMR with respect to cardiovascular disease is currently focused on tissue characterization, and cardiac function, in particular. In recent years MRI based diffusion tensor imaging (DTI) has been shown to enable the assessment of microstructure based on the analysis of Brownian motion of water molecules in anisotropic tissue, such as the myocardium. With respect to both functional and structural imaging, 7T MRI may increase SNR, providing access to information beyond the reach of clinically applied field strengths. To date, cardiac 7T MRI is still a research modality that is only starting to develop towards clinical application. In this thesis we primarily aimed to advance methods of ultrahigh field CMR using the latest 7T technology and its application towards the functional and structural characterization of the myocardium. Regarding the assessment of myocardial microstructure at 7T, feasibility of ex vivo DTI of large animal hearts was demonstrated. In such hearts a custom sequence implemented for in vivo DTI was evaluated and fixation induced alterations of derived diffusion metrics and tissue properties were assessed. Results enable comparison of prior and future ex vivo DTI studies and provide information on measurement parameters at 7T. Translating developed methodology to preclinical studies of mouse hearts, ex vivo DTI provided highly sensitive surrogates for microstructural remodeling in response to subendocardial damage. In such cases echocardiography measurements revealed mild diastolic dysfunction and impaired longitudinal deformation, linking disease induced structural and functional alterations. Complementary DTI and echocardiography data also improved our understanding of structure-function interactions in cases of loss of contractile myofiber tracts, replacement fibrosis, and LV systolic failure. Regarding the functional characterization of the myocardium at 7T, sequence protocols were expanded towards a dedicated 7T routine protocol, encompassing accurate cardiac planning and the assessment of cardiac function via cine imaging in humans. This assessment requires segmentation of myocardial contours. For that, artificial intelligence (AI) was developed and trained, enabling rapid automatic generation of cardiac segmentation in clinical data. Using transfer learning, AI models were adapted to cine data acquired using the latest generation 7T system. Methodology for AI based segmentation was translated to cardiac pathology, where automatic segmentation of scar tissue, edema and healthy myocardium was achieved. Developed radiofrequency hardware facilitates translational studies at 7T, providing controlled conditions for future method development towards cardiac 7T MRI in humans. In this thesis the latest 7T technology, cardiac DTI, and AI were used to advance methods of ultrahigh field CMR. In the long run, obtained results contribute to diagnostic methods that may facilitate early detection and risk stratification in cardiovascular disease. / Bei kardiovaskulären Erkrankungen konzentriert sich die kardiale MRT aktuell auf die Gewebecharakterisierung und insbesondere die Herzfunktion. In den letzten Jahren hat sich gezeigt, dass MRT-basierte Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI) die Beurteilung der Mikrostruktur anhand der Analyse der Brownschen Bewegung von Wassermolekülen in anisotropem Gewebe, wie dem Myokardium, ermöglicht. In Bezug auf sowohl die funktionelle als auch die strukturelle Bildgebung kann 7T MRT SNR verbessern und Information messbar machen, die außerhalb der Reichweite von klinisch angewendeten Feldstärken liegt. Heute ist kardiale 7T MRT noch eine Forschungsmodalität, die sich Richtung klinischer Anwendung entwickelt. Hauptziel dieser Dissertation war die Weiterentwicklung von Methoden der kardialen Ultrahochfeld-Bildgebung mittels der neuesten 7T-Technologie und dessen Anwendung für die funktionelle und strukturelle Charakterisierung des Myokardiums. Für die Mikrostrukturcharakterisierung des Myokardiums bei 7T wurde die Durchführbarkeit von ex vivo DTI Messungen von Großtierherzen demonstriert. In solchen Herzen wurde eine Sequenz evaluiert, die für in vivo DTI etabliert wurde. Zudem wurden fixationsbedinge Veränderungen von Diffusionsparametern und Gewebeeigenschaften ermittelt. Die Ergebnisse erlauben den Vergleich von bestehenden und zukünftigen ex vivo Studien und geben Informationen zu Messparametern bei 7T. Der Transfer von etablierten Methoden zu präklinischen Studien in Mäuseherzen demonstrierte, dass ex vivo DTI sensitive Marker für Mikrostruktur-Remodeling nach Subendokard-Schäden liefern kann. In solchen Fällen zeigte Echokardiographie eine leichte diastolische Dysfunktion und eingeschränkte Longitudinalverformung. Komplementäre DTI und Echokardiographie-Daten erweiterten zudem unser Verständnis von Struktur-Funktions-Interaktionen in Fällen von Verlust von kontraktilen Faserbündeln, Fibrose und linksventrikulärem, systolischem Versagen. Für die funktionelle Charakterisierung des Myokardiums bei 7T wurde ein dediziertes 7T-Humanprotokoll erarbeitet, welches akkurate Schichtplanung und die Bestimmung der Herzfunktion mittels Cine-Bildgebung umfasst. Die Herzfunktionsbestimmung erfordert die Segmentierung des Myokards. Hierfür wurde künstliche Intelligenz (KI) entwickelt, die eine schnelle, automatische Herzsegmentierung in klinischen Daten ermöglicht. Mittels Lerntransfer wurden KI-Modelle für Bilder angepasst, die mit der neuesten 7T-Technologie aufgenommen wurden. Methoden für die KI-basierte Segmentierung wurden zudem für die Bestimmung und Segmentierung von Narbengewebe, Ödemen und gesundem Myokard erweitert. Entwickelte Radiofrequenz-Komponenten ermöglichen translationale 7T-Studien, welche kontrollierte Bedingungen für die Methodenentwicklung von kardialen 7T-Anwendungen für den Humanbereich liefern. In dieser Arbeit werden die neueste 7T-Technologie, DTI am Herzen und AI genutzt, um Methoden der kardialen Ultrahochfeld-Bildgebung weiterzuentwickeln. Langfristig erweitern die erzielten Ergebnisse diagnostische Methoden, die Früherkennung und Risikoabschätzung in kardiovaskulären Erkrankungen ermöglichen können.

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.

Höhergradige Gliome gehören zu den häufigsten malignen Hirntumoren bei Erwachsenen und gehen mit einer sehr schlechten Prognose einher. Die Patientinnen und Patienten leiden häufig unter kognitiven Einschränkungen, welche auch auf einen Integritätsverlust der Weißen Substanz zurückzuführen sind und die Lebensqualität der Betroffenen stark beeinträchtigen. Um in Zukunft eine Behandlung zu gewährleisten, die nicht nur das Überleben verlängert, sondern auch den Erhalt der neurokognitiven Funktionen verbessert, sind zuverlässige Methoden zur Messung von Veränderungen der neurokognitiven Fähigkeiten in einem frühen Stadium erforderlich. Der direkteste Weg zur Objektivierung neurokognitiver Eigenschaften sind neuropsychologische Tests. Wir betrachten das Corpus callosum als eine zuverlässige Struktur zur Identifizierung der Verschlechterung der Integrität der weißen Substanz. Wir stellten die Hypothese auf, dass ein Zusammenhang zwischen einer beeinträchtigten strukturellen Integrität in bestimmten Regionen des Corpus Callosum und neurokognitiven Defiziten bei Patientinnen und Patienten mit höhergradigem Gliom besteht. Wir schlossen 25 Patientinnen und Patienten mit höhergradigem Gliom in unsere Studie ein, die sich präoperativ einer neuropsychologischen Testbatterie und einer MRT mit DTI Sequenzen unterzogen. Die MRT-Daten wurden mit der Software fsl, Oxford, verarbeitet. Neuropsychologische Parameter wurden mit der FA in drei Teilen des Corpus Callosum korreliert: Rostrum bzw. Genu, Truncus und Splenium. Präoperativ korrelierten die meisten neuropsychologischen Parameter signifikant mit der FA von mindestens einem Bereich des Corpus Callosum. Höhere FA-Werte wurden mit besserer Konzentration, Gedächtnis, Schnelligkeit und flüssigem Sprechen in Verbindung gebracht. Verschiedene Tests untersuchten den gleichen neuropsychologischen Parameter und korrelierten dann mit der gleichen Region des Corpus Callosum. So konnten das lexikalische und visuelle Gedächtnis mit dem Genu und Rostrum in Verbindung gebracht werden, exekutive Funktionen und das Arbeitsgedächtnis korrelierten mit dem Truncus und die Verarbeitungsgeschwindigkeit mit dem Splenium. Darüber hinaus stimmte diese Zuordnung mit den Ergebnissen vorangegangener Studien überein. Wir betrachten Veränderungen der mikrostrukturellen Integrität der Corpus Callosum als robustes morphologisches Korrelat für die Untersuchung des neurokognitiven Zustands von Patientinnen und Patienten mit höhergradigem Gliom. / High-grade gliomas are malignant brain tumors in adults and are associated with a very poor prognosis. Patients often suffer from cognitive impairment, which is due to a loss of integrity of the white matter and severely impairs the quality of life of those patients. To ensure a treatment that does not only lengthen survival, but also improves preservation of neurocognitive functions, reliable methods to measure changes in neurocognitive abilities at an early stage are necessary. The most direct way to objectify neurocognitive properties is neuropsychological testing. We take the corpus callosum as a reliable structure to identify decline of white matter integrity. We hypothesized a relation between compromised structural integrity in specific regions of the corpus callosum and neurocognitive deficits in glioma patients. We included 25 patients with high-grade glioma who underwent a neuropsychological test battery and MRI with Diffusion Tensor Imaging preoperatively. MRI data was processed using the software fsl, Oxford. Neuropsychological parameters were correlated with the Fractional Anisotropy (FA) in three parts of the corpus callosum: Rostrum or genu, truncus and splenium. Preoperatively most neuropsychological parameters correlated significantly with FA of at least one of the corpus callosum volumes. Higher FA-values were associated with better focus, memory, speed and fluency of speech. Different tests examined the same neuropsychological parameter and then correlated with the same region of the corpus callosum: Thus, lexical and visual memory could be linked to the genu and rostrum, executive functions and working memory correlated with the truncus and processing speed with the splenium. Furthermore, this correlation was consistent with the results of previous studies. We take changes of the microstructural integrity of corpus callosum as a robust morphological correlate for examination and progress monitoring of the neurocognitive state of glioma patients.

Objective: Chronic recurrent multifocal osteomyelitis/ chronic non-bacterial osteomyelitis (CRMO/CNO) is a rare auto-inflammatory disease and typically manifests in terms of musculoskeletal pain. Because of a high frequency of musculoskeletal disorders in children/ adolescents, it can be quite challenging to distinguish CRMO/ CNO from nonspecific musculosketetal pain or from malignancies. The purpose of this study was to evaluate the visibility of CRMO lesions in a whole-body diffusion-weighted imaging (WB-DWI) technique and its potential clinical value to better characterize MR-visible lesions. Materials and methods: Whole-body imaging at 3T was performed in 16 patients (average: 13 years) with confirmed CRMO. The protocol included 2D Short Tau Inversion Recovery (STIR) imaging in coronal and axial orientation as well as diffusion-weighted imaging in axial orientation. Visibility of lesions in DWI and STIR was evaluated by two readers in consensus. The apparent diffusion coefficient (ADC) was measured for every lesion and corresponding reference locations. Results: A total of 33 lesions (on average 2 per patient) visible in STIR and DWI images (b = 800 s/mm2 and ADC maps) were included, predominantly located in the long bones. With a mean value of 1283 mm2/s in lesions, the ADC was significantly higher than in corresponding reference regions (782 mm2/s). By calculating the ratio (lesion to reference), 82% of all lesions showed a relative signal increase of 10% or higher and 76% (25 lesions) showed a signal increase of more than 15%. The median relative signal increase was 69%. Conclusion: This study shows that WB-DWI can be reliably performed in children at 3T and predominantly, the ADC values were substantially elevated in CRMO lesions. WB-DWI in conjunction with clinical data is seen as a promising technique to distinguish benign inflammatory processes (in terms of increased ADC values) from particular malignancies.

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.

Objective: Chronic recurrent multifocal osteomyelitis/ chronic non-bacterial osteomyelitis (CRMO/CNO) is a rare auto-inflammatory disease and typically manifests in terms of musculoskeletal pain. Because of a high frequency of musculoskeletal disorders in children/ adolescents, it can be quite challenging to distinguish CRMO/ CNO from nonspecific musculosketetal pain or from malignancies. The purpose of this study was to evaluate the visibility of CRMO lesions in a whole-body diffusion-weighted imaging (WB-DWI) technique and its potential clinical value to better characterize MR-visible lesions. Materials and methods: Whole-body imaging at 3T was performed in 16 patients (average: 13 years) with confirmed CRMO. The protocol included 2D Short Tau Inversion Recovery (STIR) imaging in coronal and axial orientation as well as diffusion-weighted imaging in axial orientation. Visibility of lesions in DWI and STIR was evaluated by two readers in consensus. The apparent diffusion coefficient (ADC) was measured for every lesion and corresponding reference locations. Results: A total of 33 lesions (on average 2 per patient) visible in STIR and DWI images (b = 800 s/mm2 and ADC maps) were included, predominantly located in the long bones. With a mean value of 1283 mm2/s in lesions, the ADC was significantly higher than in corresponding reference regions (782 mm2/s). By calculating the ratio (lesion to reference), 82% of all lesions showed a relative signal increase of 10% or higher and 76% (25 lesions) showed a signal increase of more than 15%. The median relative signal increase was 69%. Conclusion: This study shows that WB-DWI can be reliably performed in children at 3T and predominantly, the ADC values were substantially elevated in CRMO lesions. WB-DWI in conjunction with clinical data is seen as a promising technique to distinguish benign inflammatory processes (in terms of increased ADC values) from particular malignancies.

Purpose: To investigate if apparent diffusion coefficient (ADC) values within primary central nervous system lymphoma correlate with cellularity and proliferative activity in corresponding histological samples. Materials and Methods: Echo-planar diffusion-weighted magnetic resonance images obtained from 21 patients with primary central nervous system lymphoma were reviewed retrospectively. Regions of interest were drawn on ADC maps corresponding to the contrast enhancing parts of the tumors. Biopsies from all 21 patients were histologically analyzed. Nuclei count, total nuclei area and average nuclei area were measured. The proliferation index was estimated as Ki-67 positive nuclei divided by total number of nuclei. Correlations of ADC values and histopathologic parameters were determined statistically. Results: Ki-67 staining revealed a statistically significant correlation with ADCmin (r = -0.454, p = 0.038), ADCmean (r = -0.546, p = 0.010) and ADCmax (r = -0.515, p = 0.017). Furthermore, ADCmean correlated in a statistically significant manner with total nucleic area (r = -0.500, p = 0.021). Conclusion: Low ADCmin, ADCmean and ADCmax values reflect a high proliferative activity of primary cental nervous system lymphoma. Low ADCmean values—in concordance with several previously published studies—indicate an increased cellularity within the tumor.

Objectives: To compare 64-slice contrast-enhanced computed tomography (CT) with 3-Tesla magnetic resonance imaging (MRI) using Gd-EOB-DTPA for the diagnosis of hepatocellular carcinoma (HCC) and evaluate the utility of diffusion-weighted imaging (DWI) in this setting. Methods: 3-phase-liver-CT was performed in fifty patients (42 male, 8 female) with suspected or proven HCC. The patients were subjected to a 3-Tesla-MRI-examination with Gd-EOB-DTPA and diffusion weighted imaging (DWI) at b-values of 0, 50 and 400 s/mm2. The apparent diffusion coefficient (ADC)-value was determined for each lesion detected in DWI. The histopathological report after resection or biopsy of a lesion served as the gold standard, and a surrogate of follow-up or complementary imaging techniques in combination with clinical and paraclinical parameters was used in unresected lesions. Diagnostic accuracy, sensitivity, specificity, and positive and negative predictive values were evaluated for each technique. Results: MRI detected slightly more lesions that were considered suspicious for HCC per patient compared to CT (2.7 versus 2.3, respectively). ADC-measurements in HCC showed notably heterogeneous values with a median of 1.2±0.5×10−3 mm2/s (range from 0.07±0.1 to 3.0±0.1×10−3 mm2/s). MRI showed similar diagnostic accuracy, sensitivity, and positive and negative predictive values compared to CT (AUC 0.837, sensitivity 92%, PPV 80% and NPV 90% for MRI vs. AUC 0.798, sensitivity 85%, PPV 79% and NPV 82% for CT; not significant). Specificity was 75% for both techniques. Conclusions: Our study did not show a statistically significant difference in detection in detection of HCC between MRI and CT. Gd-EOB-DTPA-enhanced MRI tended to detect more lesions per patient compared to contrast-enhanced CT; therefore, we would recommend this modality as the first-choice imaging method for the detection of HCC and therapeutic decisions. However, contrast-enhanced CT was not inferior in our study, so that it can be a useful image modality for follow-up examinations.