Die vorliegende Arbeit untersucht einen Ultraschallarbeitsplatz hinsichtlich der Effizienz seines Arbeitsablaufs und evaluiert den möglichen Effizienzgewinn verschiedener Szenarien. Der Arbeitsplatz ist Teil des diagnostischen Funktionsbereichs der radiologischen Abteilung eines Universitätsklinikums; es werden Ärzte in der Untersuchungstechnik Sonographie ausgebildet. Drei Ultraschallgeräte in drei Untersuchungsräumen stehen zur Verfügung. Sie werden von einem Experten mit langjähriger Ultraschallerfahrung, einem erfahrenen Untersucher, einem fortgeschrittenen Untersucher und einem Anfänger bedient. Die Befunderstellung findet in einem vierten Raum statt, den sich die Ärzte mit 3 MTRA teilen, die dort administrative Aufgaben wahrnehmen (Akten-, Termin- und Filmverwaltung). Das Untersuchungsspektrum umfasst eine breite Palette von Untersuchungen der meisten Körperregionen sowohl im B-Bild-Mode als auch mit farbkodierter Dopplersonographie. Methodisch kommt die Prozesssimulation zum Einsatz, ein computergestütztes Verfahren, das Prozessabläufe unter verschiedenen Rahmenbedingungen in ihrer Dynamik evaluiert. Das zugrundeliegende Prozessmodell aus Vorgängen mit ihren Anordnungsbeziehungen, Ressourcen und Flussobjekten wird in fünf Phasen erstellt und ausgewertet. Abgewandelte Modellvarianten kommen zum Einsatz, um die unterschiedlichen Rahmenbedingungen zu repräsentieren. Neben (a) dem vorgefundenen Ausbildungsszenarium werden (b) ein Facharztszenarium, in dem ausschließlich Experten arbeiteten, (c) die beiden vorangenannten ausschließlich mit Abdomenuntersuchungen sowie (d) Ausbildungs- und Expertenszenarien mit einer digitalen Infrastruktur simuliert. Kenngrößen für die Prozesseffizienz sind Patientendurchlaufzeiten, Human- und Materialressourcenauslastung sowie Gerätetaktzeiten und Arbeitsaufwand pro Untersuchung. Zusätzlich werden Personalkosten auf Basis des Berliner Haushaltsbruttos für Mitarbeiter des öffentlichen Dienstes berechnet. Gegenüber (a) mit 4 Ärzten und 3 MTRA wurde für (b) eine Ressourcenzuteilung mit 3 Fachärzten und 2 MTRA als optimal hinsichtlich der Patientenwartezeiten sowie Gerätetaktzeit und Ressourcenauslastung ermittelt. Die Patientendurchlaufzeiten fielen in (b) kürzer aus als in (a). Trotz des höheren Arbeitsaufwands in (a) fielen die Personalkosten hier niedriger aus (-11,6 %). Für (c) wurden Bruttopersonalkosten in Höhen von durchschnittlich 32,42 Euro (Ausbildung) bzw. 32,87 Euro (Facharzt) ermittelt. Die Nettokosten beliefen sich auf 22,46 Euro bzw. 25,42 Euro. Die Vergütung der gesetzlichen Krankenkassen für eine Abdomenuntersuchung zugrunde gelegt, erreicht die beobachtete Abteilung schon für den Personaleinsatz keine Kostendeckung. Eine erhebliche Verringerung des Arbeitsaufwands insbesondere für MTRA ergab sich mit (d). Der Aufwand für administrative Tätigkeiten reduzierte sich um 89 % (Abdomenuntersuchung Facharzt), für die Gesamtuntersuchung um 41 %. Insgesamt kann der Arbeitsplatz mit einer MTRA weniger betrieben werden. Voraussetzung ist die Anpassung des Workflows an die neuen Möglichkeiten der digitalen Infrastruktur. / This paper examines an ultrasound working environment regarding the efficiency of its workflow and evaluates the possible efficiency gain of different scenarios. The working environment is part of the diagnostic division of the radiological department of a university clinic; physicians are trained in conducting ultrasound examinations. There are 3 ultrasound devices available. Examiners are: an expert with ultrasonic experience of several years, an experienced examiner, a advanced examiner and a beginner. Report generation takes place in an administrative area, which the physicians share with 3 assistant medical technicians being responsible for scheduling, documents and film administration. Examinations cover a broad range of body regions both with conventional and color duplex sonography. Computer-assisted process simulation is used to evaluate the dynamics of processes under variant conditions. The process model made of activities with their relationships, resources and flow objects is developed and evaluated in five phases. Model variations are used in order to represent different basic conditions. Apart from (A) the observed training scenario, (B) a specialist scenario, in which only experts work, (C) both the former with abdomen examinations only as well as (D) training and expert scenarios with a digital infrastructure are simulated. Characteristics for the process efficiency are patient turn-around times, human and material resources utilization as well as equipment cycle times and workload per investigation. In addition, personnel costs are computed. Unlike (A) with 4 physicians and 3 technicans, in (B) a resources allocation of 3 specialists and 2 technicians was determined as optimal regarding the patient waiting periods as well as equipment cycle time and resource utilization. The patient turn-around times turned out shorter in (B) than in (A). Despite the higher workload in (A) the personnel costs turned out lower (-11,6 %). In (C) gross personnel expenditure summed up to Euro 32.42 in average (training) and Euro 32,87 (specialist). Net costs amounted to Euro 22,46 and Euro 25,42 respectively. Considering the payments for an examination of the abdomen as granted by the compulsory health insurance fund, the observed department does not achieve cost recovery even for personnel costs. A substantial decrease of the workload for technicians resulted in scenario (D). The workload of administrative activities was reduced by 89 % (examination of the abdomen by expert), for the complete examination by 41 %. The workplace can be operated by one less technician provided that the workflow is adapted to the possibilities of a digital infrastrucutre.

Die histologische Diagnostik stellt in der Hämatologie und Onkologie die Voraussetzung einer differenzierten Therapie dar. Minimal-invasive Eingriffe mittels sonographisch-gesteuerter Punktion zur Gewinnung von zytologischen oder histologischen Material bedeutet sowohl einen zeitlichen Gewinn, als auch eine Herabsetzung des Risikos eines operativen Eingriffs. Mit dem gewonnenen Gewebe werden auch immunhistologische Untersuchungen möglich, die z.B. bei Non-Hodgkin Lymphomen notwendig sind. Zur intensiven Polychemotherapie bei malignen Erkrankungen werden oft zentral-venöse Katheter bzw. Port-Anlagen in große Venen eingeführt. Die Komplikationen und deren Management werden aufgezeigt und diskutiert. Eine sonographisch-gesteuerte Venenpunktionstechnik stellt eine Methode dar, die für die Patienten einen risikoarmen und schnelleren Weg bedeuten und als neu-entwickelte Ein-Personen-Technik auch für den Arzt ein innovatives Vorgehen bei einem potentiell komplikationsträchtigen Eingriff mit größerer Sicherheit durchzuführen. / In hematology and oncology histological diagnosis is an important requirement before differential chemotherapy. Sonographically guided puncture techniques achieving cytological and histological material is a time-saving process with moderate risks for the patients. With this material even immunhistological procedures in malignancies like Non-Hodgkin lymphoma are possible. For intensified chemotherapies in malignant diseases central venous catheter such as port catheters are requiriered. In this thesis complications and their management are shown and discussed. The ultrasounically guided central venous puncture represents a method for fast and low risk procedure for our patients. The one-operator technique represents an innovative and save intervention in a potentially risky procedure for physicians.

Ziel dieser Studie war es, die intraovarielle Durchblutung unter physiologischen Verhältnissen bei normozyklischen Stuten zu untersuchen. Dies erfolgte unter Anwendung zweier Methoden, der Auswertung von Power-Doppler-Sonographie-Aufnahmen mit Hilfe computerassistierter Pixelanalyse und, erstmalig in diesen Untersuchungen, durch Bestimmung der Doppler-Indizes (Resistance Index, RI und Pulsatility Index, PI) mittels direkter Messungen der Frequenzdifferenz (Doppler Shift) in intraovariellen Arterien. Die Aussagekraft der Doppler-Indizes wurde durch Vergleich mit Ergebnissen klinischer und hormonanalytischer Zyklusuntersuchungen sowie histologischer Untersuchungen am Endometrium sowie bakteriologische Untersuchungen von Uterustupferproben geprüft. Korrelationen zwischen den Ergebnissen wurden berechnet und abschließend die zwei Methoden zur Darstellung der intraovariellen Perfusion miteinander auf ihre Anwendbarkeit verglichen. / The aim of this study was to achieve more detailed information about the intraovarian blood supply under physiological conditions in normal cycling mares. This was achieved by evaluating the blood supply by the means of computer assisted analysis of Power-Doppler-Ultrasound pictures and, for the first time, by direct measurement of the Doppler shift in intraovarian arteries. The Doppler shift results were then used to calculate the resistance index (RI) and pulsatility (PI) index. Additionally the significance of these results was evaluated by comparing them with results of clinical examinations and laboratory investigations. The correlation between results of the measurement of the intra ovarian perfusion was statistically analyzed.

Einleitung Erkrankungen des Bewegungsapparates haben bei Milchkühen eine hohe wirtschaftliche Bedeutung sowie enorme Auswirkungen auf das Tierwohl. Etwa 90 % der Lahmheiten beim Rind werden durch Klauenerkrankungen hervorgerufen. Die Ursachen dieser Klauenerkrankungen sind multifaktoriell und umfassen tier- und umweltassoziierte Faktoren. Die Pododermatitis aseptica diffusa ist eine der wichtigsten Ursachen für die Entstehung von umschriebenen Klauenlederhautentzündungen. In ihrer Pathogenese spielen Veränderungen der Zehendurchblutung eine zentrale Rolle. Die Pulsed-Wave (PW)-Dopplersonographie ist eine nicht invasive Technik zur Beurteilung des Blutflusses an Gefäßen und zur Untersuchung der Durchblutung von Organen. Jedoch liegen keine PW-Dopplersonographischen Untersuchungen an der Zehe des Rindes in der Literatur vor. Ziele der Untersuchungen Ziel der Untersuchungen war es, die Zehendurchblutung bei Rindern, die an einer Pododermatitis circumscripta solearis oder parietalis litten, im Milchviehbetrieb zu erfassen. Dazu wurde in einem ersten Schritt die Methodik der PW-Dopplersonographie an der Zehe der Hintergliedmaßen von gesunden Kühen etabliert. In einem zweiten Schritt wurden Blutflussmerkmale an den Hintergliedmaßen lahmer Kühe, die an einer Pododermatitis circumscripta solearis oder parietalis litten, erfasst, um Auswirkungen der Entzündung sowie weiterer als relevant erscheinender Einflussfaktoren für die Zehendurchblutung zu untersuchen. Material und Methoden In der Publikation 1 wurden 22 gesunde Deutsch Holstein Kühe einbezogen. Die Versuchstiere wurden im Betrieb einer klinischen Untersuchung inklusive einer Lahmheitsbeurteilung sowie einer Klauenpflege aller Gliedmaßen unterzogen. Am zweiten Versuchstag wurde eine sonographische Untersuchung beider Hintergliedmaßen am stehenden Tier durchgeführt. Zur sonographischen Untersuchung wurde das MyLab One (Esaote Deutschland GmbH) mit einem Linearschallkopf (10 MHz) ohne Vorlaufstrecke verwendet. Mittels Brightness(B)-Mode wurden Weichteilgewebe, synoviale Einrichtungen und Blutgefäße distal des Tarsus untersucht. In der Arteria (A.) interdigitalis wurde der Blutfluss mittels PW-Dopplersonographie beurteilt. Die Auswertung der Daten erfolgte mit dem Programm MyLap Desk auf einem Laptop. In die Publikation 2 wurden 33 lahme und 11 gesunde Deutsch Holstein Kühe einbezogen. Die lahmen Kühe litten an einer superfiziellen bis profunden Pododermatitis an der Außenklaue einer Hintergliedmaße. Die klinische und sonographische Untersuchung erfolgte wie in der Publikation 1 beschrieben. Für die statistische Bearbeitung der Daten wurde die procedure mixed (SAS, Version 9.4) verwendet. Ergebnisse In den Publikationen 1 und 2 konnte an 112 von 132 Hintergliedmaßen bei 66 Kühen ein auswertbares PW-Doppler-Signal gemessen werden. Bei 17 der 20 nicht auswertbaren Hintergliedmaßen lag nur eine mäßige B-Mode-Bildqualität vor. Die lahmen Kühe trippelten bei der sonographischen Untersuchung mehr als die gesunden Kühe. Blutflusskurventypen mit einem niedrigen peripheren Gefäßwiderstand liegen vor allem an den Hintergliedmaßen lahmer Kühe und Kurventypen mit einem hohen Widerstand am häufigsten bei gesunden Kühen vor. Lahme Kühe haben im Vergleich zu nicht-lahmen Kühen einen erhöhten Gefäßdurchmesser (D) und eine gesteigerte Blutflussrate (BF) sowie enddiastolische Blutflussgeschwindigkeit. Es bestehen keine Unterschiede zwischen der betroffenen Gliedmaße und der Gegengliedmaße lahmer Kühe. Ein numerisch höherer D, eine höhere BF sowie maximale systolische und maximale mittlere Blutflussgeschwindigkeit liegen bei Kühen mit einer mittelgradigen Lahmheit vor. Schlussfolgerungen Die PW-Dopplersonographie in Kombination mit dem in der Studie verwendeten Untersuchungsgang ist für die Messung des Blutflusses in der A. interdigitalis an den Hintergliedmaßen des Rindes sehr gut geeignet. Sowohl die bei den Kühen gefundenen Blutflusskurvenprofile als auch die quantitativen Blutflussmerkmale sind mit Werten von Pferden vergleichbar. Es liegt eine gesteigerte Durchblutung an den betroffenen Zehen und denen der Gegengliedmaße von lahmen Kühen im Vergleich zu gesunden Kühen vor. Nicht nur das Vorliegen einer umschriebenen Klauenlederhautentzündung, sondern auch ihr zeitlicher Verlauf, die Auswirkungen einer aktivierten Entzündungskaskade, das Vorliegen einer chronischen Klauenrehe und vor allem die Gewichtsbelastung und die Gewichtsverschiebung zwischen den Hintergliedmaßen müssen in die Beurteilung des digitalen Blutflusses einbezogen werden. Die erstmalig an der Rinderzehe ermittelten Blutflussdaten stellen eine gute Grundlage für weitere Forschungen auf dem Gebiet der Klauenrehe-Pathogenese dar.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Pododermatitis aseptica diffusa beim Rind 3 2.1.1 Definition 3 2.1.2 Symptomatik 3 2.1.2.1 Klinisches Stadium 3 2.1.2.1.1 Akute Form 3 2.1.2.1.2 Subakute Form 4 2.1.2.1.3 Chronische Form 4 2.1.2.2 Subklinisches Stadium 5 2.1.3 Ätiologie 5 2.1.3.1 Fütterung 5 2.1.3.1.1 Zusammenhang zwischen Fütterung und Dysfunktion des Blutgefäßsystems der Zehe 5 2.1.3.1.2 Kohlenhydrate 7 2.1.3.1.3 Proteine und Aminosäuren 9 2.1.3.1.4 Lipide 10 2.1.3.1.5 Spurenelemente 10 2.1.3.1.5.1 Kupfer 10 2.1.3.1.5.2 Zink 10 2.1.3.1.5.3 Mangan 11 2.1.3.1.5.4 Selen 11 2.1.3.1.6 Vitamine 11 2.1.3.1.6.1 Biotin 11 2.1.3.1.6.2 Vitamine A, D, E 12 2.1.3.1.7 Toxine 12 2.1.3.1.8 Bewertung der Versorgung mit Mineralstoffen, Spurenelementen und Vitaminen für die Klauengesundheit 12 2.1.3.2 Mechanische Faktoren 13 2.1.3.2.1 Digitales Fettpolster 13 2.1.3.2.2 Hypertrophie der Außenklaue an den Hintergliedmaßen 14 2.1.3.2.3 Dünne Sohlen 14 2.1.3.3 Hormonelle Veränderungen während der Transitphase 15 2.1.3.4 Haltung 17 2.1.4 Pathogenese 18 2.1.5 Reheassoziierte Klauenlederhautentzündungen 19 2.2 Anatomie des Blutgefäßsystems beim Rind 20 2.2.1 Arterien der Hintergliedmaße 20 2.2.1.1 Arterien am Ober- und Unterschenkel 20 2.2.1.2 Arterien an Mittelfuß und Zehen 21 2.2.1.2.1 Plantares System 21 2.2.1.2.2 Dorsales System 21 2.2.2 Venen der Hintergliedmaße 21 2.2.2.1 Venen am Ober- und Unterschenkel 21 2.2.2.2 Venen an Mittelfuß und Zehen 22 2.2.2.2.1 Plantares System 22 2.2.2.2.2 Dorsales System 22 2.2.3 Blutgefäßsystem der Klauen 23 2.2.3.1 Arterien 23 2.2.3.2 Venen 23 2.2.3.3 Arterio-venöse Anastomosen 24 2.3 Bildgebende Verfahren zur Darstellung des Gefäßsystems 24 2.3.1 Allgemein 24 2.3.2 Brightness Mode Sonographie 25 2.3.2.1 Prinzip 25 2.3.2.2 Allgemeine Anwendung an der Gliedmaße 25 2.3.2.3 Spezielle Anwendung zur Untersuchung des Blutgefäßsystems an der Gliedmaße distal des Tarsus 26 2.3.3 Pulsed-Wave-Dopplersonographie 27 2.3.3.1 Prinzip 27 2.3.3.2 Merkmale 29 2.3.3.3 Allgemeine Anwendung 30 2.3.3.4 Anwendung an der Gliedmaße 30 2.3.4 Weitere bildgebende Verfahren 33 2.3.4.1 Angiographie 33 2.3.4.1.1 Prinzip 33 2.3.4.1.2 Anwendung an der Gliedmaße 34 2.3.4.2 Szintigraphie 34 2.4 Zusammenfassende Schlussfolgerungen aus dem Literaturstudium 35 3 Publikation 1 37 4 Publikation 2 47 5 Diskussion 59 5.1 Auswahl des Messpunktes und Messbarkeit des Blutflusses 59 5.2 Verhalten 60 5.3 Gliedmaßenstellung 60 5.4 Qualitative Blutflussmerkmale 61 5.5 Quantitative Blutflussmerkmale 62 6 Zusammenfassung 66 7 Summary 68 8 Literaturverzeichnis 70 9 Danksagung 96 / Introduction Diseases of the locomotor system in dairy cattle have a huge economic and welfare importance. Nearly 90 % of lameness in cattle is caused by claw disease. The reasons are multifactorial and include animal as well as environmental factors. Claw horn disruption is the main cause for the development of claw horn lesions. Changes in the blood circulation of the toes play an essential role in their pathogenesis. Pulsed-Wave (PW)-Doppler ultrasonography is a non-invasive technique to evaluate the flow in blood vessels and to examine the blood circulation of an organ. However, there have not been any PW-Doppler ultrasonographical investigations for the bovine limb in the literature yet. Aims The objective of this investigation is to measure the blood flow of the toes in dairy cattle suffering from sole ulcer or white line disease in dairy farms. In a first step the PW-Doppler ultrasonography was established at the toe of hindlimbs in healthy dairy cattle. In a second step blood flow variables in the hindlimbs of lame cows affected by a sole ulcer or white line disease were recorded to evaluate the consequence of inflammation as well as to examine further factors seem to influence the blood flow of the toes. Material and Methods Twenty-two German Holstein cows were included in the first publication. The cows were examined clinically in the farm including an evaluation of the lameness score as well as a claw trimming of all limbs. One day after an ultrasonography was performed in standing position in both hind limbs. For the examination a MyLabOne (Esaote Deutschland GmbH) with a linear transducer without a standoff pad was used. Soft tissue, synovial structures and blood vessels distal of the tarsal region were examined by using a Brightness (B)-mode ultrasonography. In the interdigital arteria the blood flow was measured by PW-Doppler ultrasonography. The analysis of the data was carried out by the program MyLabDesk on a laptop. The second publication included 33 lame and 11 healthy German Holstein cows. The lame cows suffered from a superficial too profound sole ulcer or white line disease at the outer claw of one hind limb. The clinical and ultrasonographical examination took place analogically to the first publication. For the statistical analyses the MIXED procedure (SAS, version 9.4) was used. Results Combining both publications in 112 of 132 hindlimbs a usable PW-Doppler signal was generated. Seventeen of the 20 not usable signals the B-mode quality was moderate. During the ultrasonography lame cows pattered their limbs more often than healthy cows. Blood flow profiles with a low peripheral resistance are more common in the hindlimbs of lame cows and profiles with a high peripheral resistance are most frequent in healthy cows. Lame cows have a higher vessel diameter (D), blood flow rate (BF) and end-diastolic blood flow velocity compared to healthy cows. There was no difference in the affected compared to the opposite limbs of lame cows. A numerical higher D, BF as well as maximum systolic and maximum time-averaged mean blood flow velocity occurred in moderate lame cows compared to mild lame cows. Conclusions The PW-Doppler ultrasonography is well suited for the evaluation of the blood flow in the bovine interdigital artery at the hindlimbs. The observed blood flow profiles as well as quantitative blood flow parameters are comparable to data in horses. There is an increased blood circulation in the affected and the opposite limb of lame cows compared to healthy cows. Not only the existence of the claw horn lesions but also their chronological progress, the influence of the inflammatory cascade, the availability of chronic claw horn disruption and especially weight bearing and weight shifting between hindlimbs have to be considered in the assessment of the blood flow of toes. The for the first-time generated blood flow parameters provide a good basis for further investigations in the topic of claw horn disruption pathogenesis.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Pododermatitis aseptica diffusa beim Rind 3 2.1.1 Definition 3 2.1.2 Symptomatik 3 2.1.2.1 Klinisches Stadium 3 2.1.2.1.1 Akute Form 3 2.1.2.1.2 Subakute Form 4 2.1.2.1.3 Chronische Form 4 2.1.2.2 Subklinisches Stadium 5 2.1.3 Ätiologie 5 2.1.3.1 Fütterung 5 2.1.3.1.1 Zusammenhang zwischen Fütterung und Dysfunktion des Blutgefäßsystems der Zehe 5 2.1.3.1.2 Kohlenhydrate 7 2.1.3.1.3 Proteine und Aminosäuren 9 2.1.3.1.4 Lipide 10 2.1.3.1.5 Spurenelemente 10 2.1.3.1.5.1 Kupfer 10 2.1.3.1.5.2 Zink 10 2.1.3.1.5.3 Mangan 11 2.1.3.1.5.4 Selen 11 2.1.3.1.6 Vitamine 11 2.1.3.1.6.1 Biotin 11 2.1.3.1.6.2 Vitamine A, D, E 12 2.1.3.1.7 Toxine 12 2.1.3.1.8 Bewertung der Versorgung mit Mineralstoffen, Spurenelementen und Vitaminen für die Klauengesundheit 12 2.1.3.2 Mechanische Faktoren 13 2.1.3.2.1 Digitales Fettpolster 13 2.1.3.2.2 Hypertrophie der Außenklaue an den Hintergliedmaßen 14 2.1.3.2.3 Dünne Sohlen 14 2.1.3.3 Hormonelle Veränderungen während der Transitphase 15 2.1.3.4 Haltung 17 2.1.4 Pathogenese 18 2.1.5 Reheassoziierte Klauenlederhautentzündungen 19 2.2 Anatomie des Blutgefäßsystems beim Rind 20 2.2.1 Arterien der Hintergliedmaße 20 2.2.1.1 Arterien am Ober- und Unterschenkel 20 2.2.1.2 Arterien an Mittelfuß und Zehen 21 2.2.1.2.1 Plantares System 21 2.2.1.2.2 Dorsales System 21 2.2.2 Venen der Hintergliedmaße 21 2.2.2.1 Venen am Ober- und Unterschenkel 21 2.2.2.2 Venen an Mittelfuß und Zehen 22 2.2.2.2.1 Plantares System 22 2.2.2.2.2 Dorsales System 22 2.2.3 Blutgefäßsystem der Klauen 23 2.2.3.1 Arterien 23 2.2.3.2 Venen 23 2.2.3.3 Arterio-venöse Anastomosen 24 2.3 Bildgebende Verfahren zur Darstellung des Gefäßsystems 24 2.3.1 Allgemein 24 2.3.2 Brightness Mode Sonographie 25 2.3.2.1 Prinzip 25 2.3.2.2 Allgemeine Anwendung an der Gliedmaße 25 2.3.2.3 Spezielle Anwendung zur Untersuchung des Blutgefäßsystems an der Gliedmaße distal des Tarsus 26 2.3.3 Pulsed-Wave-Dopplersonographie 27 2.3.3.1 Prinzip 27 2.3.3.2 Merkmale 29 2.3.3.3 Allgemeine Anwendung 30 2.3.3.4 Anwendung an der Gliedmaße 30 2.3.4 Weitere bildgebende Verfahren 33 2.3.4.1 Angiographie 33 2.3.4.1.1 Prinzip 33 2.3.4.1.2 Anwendung an der Gliedmaße 34 2.3.4.2 Szintigraphie 34 2.4 Zusammenfassende Schlussfolgerungen aus dem Literaturstudium 35 3 Publikation 1 37 4 Publikation 2 47 5 Diskussion 59 5.1 Auswahl des Messpunktes und Messbarkeit des Blutflusses 59 5.2 Verhalten 60 5.3 Gliedmaßenstellung 60 5.4 Qualitative Blutflussmerkmale 61 5.5 Quantitative Blutflussmerkmale 62 6 Zusammenfassung 66 7 Summary 68 8 Literaturverzeichnis 70 9 Danksagung 96

Ziel dieser Studie war es, die intraovarielle Durchblutung unter physiologischen Verhältnissen bei normozyklischen Stuten zu untersuchen. Dies erfolgte unter Anwendung zweier Methoden, der Auswertung von Power-Doppler-Sonographie-Aufnahmen mit Hilfe computerassistierter Pixelanalyse und, erstmalig in diesen Untersuchungen, durch Bestimmung der Doppler-Indizes (Resistance Index, RI und Pulsatility Index, PI) mittels direkter Messungen der Frequenzdifferenz (Doppler Shift) in intraovariellen Arterien. Die Aussagekraft der Doppler-Indizes wurde durch Vergleich mit Ergebnissen klinischer und hormonanalytischer Zyklusuntersuchungen sowie histologischer Untersuchungen am Endometrium sowie bakteriologische Untersuchungen von Uterustupferproben geprüft. Korrelationen zwischen den Ergebnissen wurden berechnet und abschließend die zwei Methoden zur Darstellung der intraovariellen Perfusion miteinander auf ihre Anwendbarkeit verglichen. / The aim of this study was to achieve more detailed information about the intraovarian blood supply under physiological conditions in normal cycling mares. This was achieved by evaluating the blood supply by the means of computer assisted analysis of Power-Doppler-Ultrasound pictures and, for the first time, by direct measurement of the Doppler shift in intraovarian arteries. The Doppler shift results were then used to calculate the resistance index (RI) and pulsatility (PI) index. Additionally the significance of these results was evaluated by comparing them with results of clinical examinations and laboratory investigations. The correlation between results of the measurement of the intra ovarian perfusion was statistically analyzed.

An Yucatan Micropig(R) wurde überprüft, ob die systemische Applikation von Wachstumshormon (GH) in der Lage ist, die Regeneratkonsolidierung bei der Distraktionsosteogenese signifikant zu beschleunigen. Es erfolgte die Entwicklung eines speziellen externen Fixateurs (Halbringf.) mit welchem biomechanische in-vivo Messungen durchgeführte werden konnten. Ebenso wurden serologische, sonographische, röntgenologische, computertomographische, histomorphometrische und post mortem biomechanische Untersuchungen entwickelt und durchgeführt. Die Applikation von rekombinantem spezies-spezifischen Wachstumshormon bei der Distraktionsosteogenese zeigte bei dem von uns gewählten Tiermodell eine signifikante Beschleunigung der Regeneratkonsolidierung. Die biomechanischen Messungen ergaben eine mehr als verdoppelte Steifigkeit und Festigkeit der distrahierten Tibiae nach nur 10 Tagen Konsolidierungszeit im Vergleich zur Kontrollgruppe. Die CT erbrachte für die mit GH behandelten Tiere einen signifikant erhöhten Mineralisierungsgrad im Regenerat, zum gleichen Ergebnis kam die digitale Lumineszenzradiographie und die sonographische Vermessung des Regeneratdurchbaus. Somit zeigten alle Meßmethoden eine deutliche Beschleunigung der Regeneratkonsolidierung durch systemisch appliziertes GH. In den serologischen Untersuchungen fand sich eine signifikante Korrelation zwischen dem Serumspiegel der b-ALP und dem des IGF-I. Dies ist ein Hinweis darauf, dass die Wirkung des Wachstumshormons auf das Regenerat durch seinen Mediator IGF-I bedingt ist. / To investigate the effect of systemic growth hormone (GH) application experiments were performed in a micropig animal model. Systemic daily s.c. injection of species-specific recombinant GH was investigated in Yucatan micropigs to evaluate the effect on intramembranous bone formation in distraction osteogenesis. Quantitative computed tomography (qCT), quantitative ultrasound, digital luminescence radiography, biomechanical in-vivo and post mortem testing, serological investigations as well as histomorphometric analyses were performed to investigate differences in regenerate formation. Systemic GH administration significantly increased in the present animal model the torsional stability of the regenerate in-vivo as well as post mortem in comparison to the contralateral side. Also all additional methods showed an accelerated regenerate consolidation in case of GH application. Systemic Insulin-like growth factor -I levels correlated well with the bone specific alkaline phosphatase levels. This may indicate, that the effect of GH on the distraction osteogenesis is IGF-I mediated.

Carmen Klein: Sonographie der Lunge und Analyse der Atmungsmechanik mittels Impuls-Oszilloresistometrie beim lungengesunden und pneumoniekranken Ferkel und Läuferschwein Institut für Bakteriologie und Mykologie der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig Bundesinstitut für gesundheitlichen Verbraucherschutz und Veterinärmedizin (BgVV), Fachbereich 4 in Jena eingereicht im Mai 1999, verteidigt am 16. November 1999 (157 Seiten, 52 Abbildungen, 34 Tabellen, 285 Literaturstellen; Anhang mit: 62 Seiten, 15 Abbildungen und 50 Tabellen) Mit der Sonographie der Lunge und der Impuls-Oszilloresistometrie (IOS - engl.: Impulse Oscilloresistometry System) wurden erstmals zwei nichtinvasive diagnostische Verfahren auf ihre Anwendbarkeit und Aussagefähigkeit bei lungengesunden und pneumoniekranken Absatzferkeln und Läuferschweinen bis zu einer Körpermasse von ca. 50 kg geprüft. Die sonographische Untersuchung der Lunge wurde an insgesamt 45 lungengesunden bzw. pneumoniekranken Schweinen durchgeführt. Dazu wurden die Tiere mit 2,0 mg/kg KM Diazepam sediert. Eine Studie an sechs klinisch gesunden Schweinen gab Aufschluß über die Ausdehnung des bei dieser Tierart sonographisch erreichbaren Lungenfeldes. Die bei Pneumonien häufig betroffenen kranioventral gelegenen Lungenabschnitte waren sonographisch gut zu erreichen. Die bei der sonographischen Untersuchung der Lunge des Schweines nachgewiesenen Befunde zeigten eine gute Übereinstimmung mit den in der Literatur an anderen Spezies beschriebenen Resultaten. Beim Schwein wurden folgende Befundbilder abgegrenzt: ? keine Veränderungen : sonographisch o.b.B. ? geringgradige Veränderungen: Kometenschweifartefakte in geringer Ausprägung ? mittelgradige Veränderungen: Kometenschweifartefakte und Konsolidierungen oder echogenes Grundmuster mit Kometenschweifartefakten ? hochgradige Veränderungen: echogenes Grundmuster oder echogenes Grundmuster mit Abszeß oder Nekrose Die Befunde der sonographischen Untersuchung der Lunge wurden bei 34 Schweinen den entsprechenden pathologisch-anatomischen Befunden zugeordnet. Pathologisch-anatomisch unverändertes Gewebe stellte sich mit einer Wahrscheinlichkeit (Sensitivität) von 95,65 % ohne bzw. mit nur geringradigen sonographischen Veränderungen dar. Bei pathologisch-anatomisch verändertem Gewebe wurden mit einer Wahrscheinlichkeit von 74,62 % (Sensitivität) mittel- und hochgradig veränderte sonographische Befundbilder festgestellt. In die histologische Untersuchung wurden insgesamt 49 Gewebeproben einbezogen. Rückschlüsse vom sonographischen Befund auf die Art der histologisch diagnostizierten Pneumonie waren beim Schwein nicht möglich. Es wurde jedoch eine statistisch gesicherte Beziehung zwischen dem Ausprägungsgrad der histologischen Veränderung und den sonographischen Befunden festgestellt. Der Ausprägungsgrad der histologischen Veränderung stand u.a. in direkter Beziehung zum Luftgehalt im Lungengewebe. Die Impuls-Oszilloresistometrie ist ein Verfahren zur Analyse der Atmungsmechanik und wurde am Schwein ebenfalls unter Sedation mit Diazepam (1,5 bis 2,0 mg/kg KM) oder aber nach entsprechendem Training der Tiere ohne jede medikamentelle Ruhigstellung vorgenommen. Die Schweine wurden in einer Hängematte streßarm fixiert und das Meßsystem über eine starre, luftdicht am Kopf abschließende Atemmaske an das Tier adaptiert. Insgesamt 26 Schweine wurden in die Studien zur Untersuchung verschiedener Einflüsse auf das Verhalten der IOS-Parameter einbezogen. Folgende Parameter wurden berücksichtigt: Atmungsfrequenz (Af), Atemzugvolumen (Vt), die Spektralparameter Resistance (R), Reactance (X) und Kohärenz (K) jeweils bei 5, 10, 15 und 20 Hz (R5, ...R20, X5, ...X20, K5, ...K20) sowie die Modellparameter zentrale (Rz) und periphere (Rp) Resistance, Lungencompliance (Cl) und zentrale Inertance (Lz). In einer Variabilitätsanalyse an fünf nicht sedierten, klinisch gesunden Schweinen wurde die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse bei drei unmittelbar innerhalb weniger Minuten aufeinander folgend sowie bei an drei Tagen nacheinander zur selben Tageszeit durchgeführten IOS-Messungen überprüft. Innerhalb des kurzen Zeitraumes von wenigen Minuten wurde die Variabilität der Meßergebnisse der meisten IOS-Parameter überwiegend durch inter-individuelle Einflüsse verursacht, während bei der über mehrere Tage reichenden Betrachtungsweise der intra-individuell bedingte Anteil der Variabilität zunahm. Die Entwicklung von Alter und Körpermasse konnten im Rahmen der an elf klinisch gesunden, sedierten Schweinen über einen Zeitraum von 62 Tagen vorgenommenen IOS-Messungen nur teilweise die mit dem Wachstum einhergehenden Veränderungen der IOS-Parameter erklären. Der an acht klinisch gesunden, sedierten Schweinen festgestellte Einfluß der Tageszeit auf die IOS-Parameter war nur gering, stimmte aber von der Tendenz her mit den in der Literatur beschriebenen Angaben überein. An 16 klinisch gesunden Schweinen wurde der Einfluß der Sedation mit Diazepam auf die IOS-Parameter überprüft. Dieses Medikament führte zu einer signifikanten Verringerung von Af und Vt und zu einer Verbesserung der Qualität der IOS-Messungen (K5, K10, K20). An sieben klinisch gesunden, nicht sedierten Schweinen wurden durch Inhalation von Aerosolen mit bestimmten pharmakologisch wirksamen Substanzen (Carbachol, Fenoterolhydrobromid) definierte Zustände am respiratorischen System wie Bronchospasmus und Bronchodilatation ausgelöst und mittels IOS-Messungen nachgewiesen. Die während der bronchospastischen Reaktion vorgefundenen Veränderungen der IOS-Parameter, insbesondere der starke Anstieg der Resistance im unteren Frequenzbereich (R5), das deutliche Absinken der Reactance, insbesondere bei 5 Hz, und die beträchtliche Erhöhung des Modellparameters Rp sind für diesen Zustand des Bronchialsystems charakteristisch. Neun klinisch gesunde, sedierte Schweine wurden zunächst bei physiologischer und anschließend bei stark distal abgebeugter Kopfhaltung untersucht. Durch die starke Flexion im Kopf-Hals-Bereich wurde eine extrathorakal gelegene Obstruktion erzeugt. Hierbei waren die spektrale Resistance (R5 bis R20) und der Modellparameter Rz bei abgebeugter Kopfhaltung signifikant erhöht. Am Beispiel einer experimentell ausgelösten Infektion mit Actinobacillus pleuropneumoniae wurde der Verlauf einer respiratorischen Erkrankung an sieben sedierten Schweinen unter regelmäßiger Durchführung von IOS-Messungen, über einen Zeitraum von 23 Tagen verteilt, beobachtet. Die Resultate der IOS-Messungen 3 Tage p.i. (Resistance im gesamten Frequenzbereich erhöht, starker Anstieg von Rz und Lz ) wiederspiegelten vor allem eine Beteiligung der extrathorakal und zentral gelegenen Bereiche des Respirationstraktes. Durch die zumindest tendenziell vorhandenen Veränderungen bestimmter IOS-Parameter (Verstärkung der negativen Frequenzabhängigkeit, Erhöhung von Rp, Abnahme von Cl) wurde zusätzlich eine Beteiligung der peripheren Bereiche in der Lunge angezeigt. Für einen definierten Zeitraum wurden die IOS-Meßergebnisse den Befunden der sonographischen Untersuchung der Lunge gegenübergestellt. Dabei wurden hohe Korrelationen zwischen auf periphere Veränderungen verweisenden IOS-Parametern und sonographisch ermittelten Veränderungen an der Lunge nachgewiesen. Abschließend ist festzustellen: 1.) Beide getesteten diagnostischen Verfahren sind beim Schwein anwendbar und liefern eine wertvolle Ergänzung der konventionellen Diagnostik am Respirationstrakt dieser Tierart. 2.) Nach sonographischer Untersuchung der Lunge sind mit hoher Wahrscheinlichkeit Aussagen über das Vorhandensein pathologisch-anatomisch sichtbarer pneumonischer Verän-derungen und deren Ausdehnung im sonographisch erreichbaren Lungenfeld möglich. 3.) Die Impuls-Oszilloresistometrie liefert in einem Parameter-Komplex Informationen über den funktionellen Zustand des gesamten respiratorischen Systems. Dieser ist von zahlreichen physiologisch wirkenden Faktoren (u.a. Kopfhaltung, Wachstum, Tageszeit), applizierten pharma-kologisch wirksamen Substanzen (z.B. Diazepam, Carbachol, Fenoterolhydrobromid) und dem Vorhandensein einer Erkrankung des respiratorischen Systems (z.B. Actinobacillus pleuropneumoniae) abhängig. 4.) Da beide Verfahren verschiedene Sachverhalte, den morphologischen (Sonographie) bzw. den funktionellen Zustand (Impuls-Oszilloresistometrie) des respiratorischen Systems widerspiegeln, liefern sie einander ergänzende Aussagen. 5.) Beide diagnostischen Verfahren bieten sich beim Schwein vor allen Dingen für den Einsatz zu wissenschaftlichen Zwecken an. Aufgrund ihres nichtinvasiven Charakters ist ein schonender Umgang mit den Probanden möglich. 6.) Die Anwendung der Sonographie der Lunge ist auch in ausgewählten Fällen der tierärztlichen Praxis, z.B. beim Ankauf von Zuchttieren, denkbar. / Carmen Klein: Lung Sonography and Analysis of the Respiratory Mechanics by means of Impulse Oscilloresistometry in Healthy and Pneumonic Piglets and Porkers Institute of Bacteriology and Mycology Faculty of Veterinary Medicine University of Leipzig Germany Federal Institute for Health Protection of Consumers and Veterinary Medicine Jena Branch Germany submitted in May 1999 (157 pages, 52 figures, 34 tables, 285 references, appendix with 62 pages, 15 figures, 50 tables) Two non-invasive diagnostic methods, i.e. lung sonography and impulse oscillometry, were examined for the first time with regard to their applicability and evidence in clinically healthy as well as pneumonic weaned piglets and porkers of up to ca. 50 kg b.w. A total of 45 healthy or pneumonic swine was subjected to lung sonography. For this purpose, the animals were sedated with 2.0 mg/k b.w. diazepam. Six clinically healthy swine were studied to establish the lung area accessible to sonography in this animal species. Sonography was found to cover well the cranioventral sections of the lung often affected by pneumonias. The findings established by lung sonography in the swine showed a good coincidence with results described in literature for other species. The findings in swine revealed the following picture. ? No changes: sonography NAD ? Low-grade changes: little pronounced comet-tail artefacts ? Moderate changes: Comet-tail artefacts and consolidations or echogenic basic pattern including comet-tail artifacts ? High-degree changes: basic echogenic pattern or basic echogenic pattern plus abscess or necrosis Lung sonography findings in 34 swine were assigned to the corresponding pathological-anatomical findings. Tissue considered as unchanged from the pathological-anatomical angle was found to be without or with only minor sonographic changes, with a probability (sensitivity) of 95.65 %. In tissue exhibiting pathological-anatomical changes, sonographic findings showed pictures of moderate and high-degree changes, with a probability (sensitivity) of 74.62 % A total of 49 tissue samples was subjected to histological examination. It was not possible to infer, from the sonographic findings, the type of pneumonia diagnosed histologically in the swine. Nevertheless, a statistically confirmed correlation between the degree of pronouncedness of the histological changes and the sonographic findings was established. The pronouncedness of the histological changes was, like other factors, directly related to the air content of the lung tissue. Impulse oscillometry being a method used to analyze respiratory mechanics was applied to swine either sedated by means of diazepam (1.5 - 2.0 mg/kg b.w.) or non-sedated by medication but trained correspondingly. The animals were fixed in a canvas sling with openings for the limbs, avoiding stress, and the measuring system was adapted to the animal using a rigid face mask hermetically fitting to the animal's head. A total of 26 animals was included in the studies to examine a variety of factors influencing the IOS parameters. The following parameters were considered: Respiratory rate (Af), tidal volume (Vt), the spectral parameters resistance (R), reactance (X) and coherence (K) at 5, 10, 15 and 20 Hz each (R5, ...R20, X5, ...X20, K5, ...K20) as well as the model parameters, central (Rz) and peripheral (Rp) resistance, lung compliance (Cl) and central inertance (Lz). A variability analysis involving five non-sedated, clinically healthy swine served to examine the reproducibility of the results of three IOS measurements either performed consecutively within a few minutes, or on three consecutive days at the same time of the day. During the brief period of a few minutes, the variability of the results of measurements, for most parameters, was due to inter-individual factors while in the case of an analysis over several days, the intra-individual share of variability increased. In the context of the IOS measurements performed in eleven clinically healthy, sedated swine over a period of 62 days, development in terms of age and body weight could only partially explain the variations of the IOS parameters taking place with growth. The influence of the time of the day on IOS parameters studied in eight clinically healthy, sedated swine was found to be small; coincidence with data given in literature, however, was seen as a tendency. The influence of diazepam sedation on the IOS parameters was examined in 16 clinically healthy swine. This medication resulted in a significant reduction of Af and Vt and improved quality of IOS measurements (K5, K10, K20). In seven clinically healthy, non-sedated swine, defined respiratory situations, i.e. bronchospasm and bronchodilatation were generated by aerosol inhalation of pharmacologically active substances such as carbachol and fenoterolhydrobromide and demonstrated by IOS measurements. This state of the bronchial system is characterized by the changes in IOS parameters found at the time of the bronchospasmic reaction, in particular the vehement rise of resistance in the lower frequency range (R5), the obvious drop in reactance, especially at 5 Hz and the noteworthy rise in the model parameter, Rp. Nine clinically healthy, sedated swine were examined first with their heads in a physiological and then, in a vertical position of their heads. The severe bending in the head-neck area produced an extrathoracic obstruction. Spectral resistance (R5 - R20) and the model parameter, Rz were significantly higher at a vertical position of the head. An experimental infection of seven sedated swine with Actinobacillus pleuropneumoniae served as a model to study the course of respiratory disease. The animals were subjected to regular IOS measurements over a period of 23 days. The results of IOS measurements performed 3 days p.i. (elevated resistance over the entire frequency range, vehement rise of Rz and Lz) reflected, above all, an involvement of the extrathoracic and central areas of the respiratory tract. As a result, the modifications of defined IOS parameters (intensification of negative frequency dependency, rise in Rp, drop in Cl) which were present at least as a tendency, indicated an additional involvement of the peripheral lung areas. The results of IOS measurements over a defined period were compared with the findings from lung sonography. High correlations between IOS parameters indicating peripheral changes and lung changes detected by sonography were demonstrated. Conclusions 1.) Both diagnostic methods studied may be used in swine and will provide a valuable completion of conventional diagnosis in the respiratory tract of this species. 2.) With a high probability, lung sonography will provide evidence of the presence of visible pathological-anatomical changes in the lung and their extent in the lung area that is accessible to sonography. 3.) Impulse oscillometry provides a complex of parameters that contain information about the functional state of the entire respiratory system. This state is dependent upon numerous physiological factors (among them position of the head, growth, time of the day), pharmacologically active substances administered (e.g. diazepam, carbachol, fenoterolhydrobromide) and the presence of respiratory disease (e.g. caused by Actinobacillus pleuropneumoniae). 4.) Since the two methods reflect different facts, i.e. the morphological (sonography) and the functional (impulse oscillometry) state of the respiratory system, they supply mutually supplementing information. 5.) Both diagnostic methods offer themselves above all for use in scientific research on swine. Owing to their non-invasive character, it is possible to handle test animals in a non-offensive way. 6.) In specific cases, lung sonography may also be used in the veterinary practitioner's surgery, e.g. for the examination of animals kept for breeding.

Die vorliegende medizinische Dissertation untersucht nicht-invasive bildgebende Verfahren wie die konventionelle Sonographie, die Acoustic radiation force impulse (ARFI)-Elastographie sowie die Transiente Elastographie (TE) zur Detektion von Komplikationen in der Frühphase nach allogener Stammzelltransplantation. Dem kurativen Therapieansatz der Stammzelltransplantation steht ein hohes Komplikationspotential gegenüber. Besonders hepatobiliär treten Graft-versus-host Erkrankungen (GvHD) sowie Gefäßkomplikationen (VOD) auf. Der bisherige diagnostische Goldstandard, die Leberbiopsie, ist als invasives Verfahren mit einer hohen Intra- und Inter-Untersucher-Variabilität sowie der geringen Repräsentativität als Screeningmethode ungeeignet. Die Elastographieverfahren ARFI und TE als nicht-invasive Alternativen ermitteln die Lebergewebesteifigkeit als Surrogatparameter fibrotischer Veränderungen und wurden bereits in zahlreichen Studien als geeignete Diagnoseverfahren für Leberfibrose und -zirrhose unterschiedlicher Ätiologie definiert. Ziel dieser prospektiven Pilotstudie war die Evaluation der genannten Methoden zur Detektion von Frühkomplikationen nach allogener Stammzelltransplantation. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass sowohl die konventionelle Sonographie als auch die Transiente Elastographie pathologische Organveränderungen vor allem des hepatobiliären Systems detektieren können. Allerdings erscheinen diese Veränderungen unspezifisch. Es bestehen keine signifikanten Unterschiede zwischen Patienten mit und ohne Komplikationen. Anders bei der ARFI-Elastographie. Hier zeigten die Messwerte im linken Leberlappen signifikant höhere Werte bei Patienten mit Komplikationen. Zusammenfassend ist die ARFI-Elastographie zur Prädiktion möglicher Komplikationen nach allogener Stammzelltransplantation geeignet, sollte allerdings mit anderen diagnostischen Verfahren ergänzt werden.:III. Inhaltsverzeichnis I. Vorbemerkungen 2 II. Bibliographische Beschreibung 3 III. Inhaltsverzeichnis 4 IV. Abkürzungsverzeichnis 5 1. Einleitung 1.1. Hämatopoetische Stammzelltransplantation 6 2. Komplikationen nach allogener Stammzelltransplantation und deren Diagnostik 2.1. Akute Komplikationen 8 2.2. Akute und chronische Graft-versus-host Erkrankung 9 2.3. Hepatobiliäre Komplikationen 12 2.3.1. Veno-occlusive disease 12 2.3.2. Drug-induced liver injury 14 2.3.3. Problematik der Diagnostik 16 3. Risikostratifizierung bei Stammzelltransplantation 16 3.1. Karnovsky Index und Eastern Cooperative Oncology Group Index 16 3.2. Hematopoietic cell transplantation comorbidity index 17 3.3. Leberspezifisches Risikoassessment 18 4. Nicht-invasive Leberdiagnostik 19 4.1. Konventionelle Sonographie 19 4.2. Elastographie 20 4.2.1. Transiente Elastographie 21 4.2.2. Acoustic radiation force impulse imaging 22 5. Prospektive Studie: Sonographische Evaluation von Komplikationen in der Frühphase nach allogener Stammzelltransplantation 23 5.1. Methodik 24 5.2. Eigener Arbeitsanteil 24 6. Publikationsmanuskript 25 7. Zusammenfassung 32 8. Literaturverzeichnis 36 9. Selbständigkeitserklärung 44 10. Lebenslauf 45 11. Danksagung 46

Carmen Klein: Sonographie der Lunge und Analyse der Atmungsmechanik mittels Impuls-Oszilloresistometrie beim lungengesunden und pneumoniekranken Ferkel und Läuferschwein Institut für Bakteriologie und Mykologie der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig Bundesinstitut für gesundheitlichen Verbraucherschutz und Veterinärmedizin (BgVV), Fachbereich 4 in Jena eingereicht im Mai 1999, verteidigt am 16. November 1999 (157 Seiten, 52 Abbildungen, 34 Tabellen, 285 Literaturstellen; Anhang mit: 62 Seiten, 15 Abbildungen und 50 Tabellen) Mit der Sonographie der Lunge und der Impuls-Oszilloresistometrie (IOS - engl.: Impulse Oscilloresistometry System) wurden erstmals zwei nichtinvasive diagnostische Verfahren auf ihre Anwendbarkeit und Aussagefähigkeit bei lungengesunden und pneumoniekranken Absatzferkeln und Läuferschweinen bis zu einer Körpermasse von ca. 50 kg geprüft. Die sonographische Untersuchung der Lunge wurde an insgesamt 45 lungengesunden bzw. pneumoniekranken Schweinen durchgeführt. Dazu wurden die Tiere mit 2,0 mg/kg KM Diazepam sediert. Eine Studie an sechs klinisch gesunden Schweinen gab Aufschluß über die Ausdehnung des bei dieser Tierart sonographisch erreichbaren Lungenfeldes. Die bei Pneumonien häufig betroffenen kranioventral gelegenen Lungenabschnitte waren sonographisch gut zu erreichen. Die bei der sonographischen Untersuchung der Lunge des Schweines nachgewiesenen Befunde zeigten eine gute Übereinstimmung mit den in der Literatur an anderen Spezies beschriebenen Resultaten. Beim Schwein wurden folgende Befundbilder abgegrenzt: ? keine Veränderungen : sonographisch o.b.B. ? geringgradige Veränderungen: Kometenschweifartefakte in geringer Ausprägung ? mittelgradige Veränderungen: Kometenschweifartefakte und Konsolidierungen oder echogenes Grundmuster mit Kometenschweifartefakten ? hochgradige Veränderungen: echogenes Grundmuster oder echogenes Grundmuster mit Abszeß oder Nekrose Die Befunde der sonographischen Untersuchung der Lunge wurden bei 34 Schweinen den entsprechenden pathologisch-anatomischen Befunden zugeordnet. Pathologisch-anatomisch unverändertes Gewebe stellte sich mit einer Wahrscheinlichkeit (Sensitivität) von 95,65 % ohne bzw. mit nur geringradigen sonographischen Veränderungen dar. Bei pathologisch-anatomisch verändertem Gewebe wurden mit einer Wahrscheinlichkeit von 74,62 % (Sensitivität) mittel- und hochgradig veränderte sonographische Befundbilder festgestellt. In die histologische Untersuchung wurden insgesamt 49 Gewebeproben einbezogen. Rückschlüsse vom sonographischen Befund auf die Art der histologisch diagnostizierten Pneumonie waren beim Schwein nicht möglich. Es wurde jedoch eine statistisch gesicherte Beziehung zwischen dem Ausprägungsgrad der histologischen Veränderung und den sonographischen Befunden festgestellt. Der Ausprägungsgrad der histologischen Veränderung stand u.a. in direkter Beziehung zum Luftgehalt im Lungengewebe. Die Impuls-Oszilloresistometrie ist ein Verfahren zur Analyse der Atmungsmechanik und wurde am Schwein ebenfalls unter Sedation mit Diazepam (1,5 bis 2,0 mg/kg KM) oder aber nach entsprechendem Training der Tiere ohne jede medikamentelle Ruhigstellung vorgenommen. Die Schweine wurden in einer Hängematte streßarm fixiert und das Meßsystem über eine starre, luftdicht am Kopf abschließende Atemmaske an das Tier adaptiert. Insgesamt 26 Schweine wurden in die Studien zur Untersuchung verschiedener Einflüsse auf das Verhalten der IOS-Parameter einbezogen. Folgende Parameter wurden berücksichtigt: Atmungsfrequenz (Af), Atemzugvolumen (Vt), die Spektralparameter Resistance (R), Reactance (X) und Kohärenz (K) jeweils bei 5, 10, 15 und 20 Hz (R5, ...R20, X5, ...X20, K5, ...K20) sowie die Modellparameter zentrale (Rz) und periphere (Rp) Resistance, Lungencompliance (Cl) und zentrale Inertance (Lz). In einer Variabilitätsanalyse an fünf nicht sedierten, klinisch gesunden Schweinen wurde die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse bei drei unmittelbar innerhalb weniger Minuten aufeinander folgend sowie bei an drei Tagen nacheinander zur selben Tageszeit durchgeführten IOS-Messungen überprüft. Innerhalb des kurzen Zeitraumes von wenigen Minuten wurde die Variabilität der Meßergebnisse der meisten IOS-Parameter überwiegend durch inter-individuelle Einflüsse verursacht, während bei der über mehrere Tage reichenden Betrachtungsweise der intra-individuell bedingte Anteil der Variabilität zunahm. Die Entwicklung von Alter und Körpermasse konnten im Rahmen der an elf klinisch gesunden, sedierten Schweinen über einen Zeitraum von 62 Tagen vorgenommenen IOS-Messungen nur teilweise die mit dem Wachstum einhergehenden Veränderungen der IOS-Parameter erklären. Der an acht klinisch gesunden, sedierten Schweinen festgestellte Einfluß der Tageszeit auf die IOS-Parameter war nur gering, stimmte aber von der Tendenz her mit den in der Literatur beschriebenen Angaben überein. An 16 klinisch gesunden Schweinen wurde der Einfluß der Sedation mit Diazepam auf die IOS-Parameter überprüft. Dieses Medikament führte zu einer signifikanten Verringerung von Af und Vt und zu einer Verbesserung der Qualität der IOS-Messungen (K5, K10, K20). An sieben klinisch gesunden, nicht sedierten Schweinen wurden durch Inhalation von Aerosolen mit bestimmten pharmakologisch wirksamen Substanzen (Carbachol, Fenoterolhydrobromid) definierte Zustände am respiratorischen System wie Bronchospasmus und Bronchodilatation ausgelöst und mittels IOS-Messungen nachgewiesen. Die während der bronchospastischen Reaktion vorgefundenen Veränderungen der IOS-Parameter, insbesondere der starke Anstieg der Resistance im unteren Frequenzbereich (R5), das deutliche Absinken der Reactance, insbesondere bei 5 Hz, und die beträchtliche Erhöhung des Modellparameters Rp sind für diesen Zustand des Bronchialsystems charakteristisch. Neun klinisch gesunde, sedierte Schweine wurden zunächst bei physiologischer und anschließend bei stark distal abgebeugter Kopfhaltung untersucht. Durch die starke Flexion im Kopf-Hals-Bereich wurde eine extrathorakal gelegene Obstruktion erzeugt. Hierbei waren die spektrale Resistance (R5 bis R20) und der Modellparameter Rz bei abgebeugter Kopfhaltung signifikant erhöht. Am Beispiel einer experimentell ausgelösten Infektion mit Actinobacillus pleuropneumoniae wurde der Verlauf einer respiratorischen Erkrankung an sieben sedierten Schweinen unter regelmäßiger Durchführung von IOS-Messungen, über einen Zeitraum von 23 Tagen verteilt, beobachtet. Die Resultate der IOS-Messungen 3 Tage p.i. (Resistance im gesamten Frequenzbereich erhöht, starker Anstieg von Rz und Lz ) wiederspiegelten vor allem eine Beteiligung der extrathorakal und zentral gelegenen Bereiche des Respirationstraktes. Durch die zumindest tendenziell vorhandenen Veränderungen bestimmter IOS-Parameter (Verstärkung der negativen Frequenzabhängigkeit, Erhöhung von Rp, Abnahme von Cl) wurde zusätzlich eine Beteiligung der peripheren Bereiche in der Lunge angezeigt. Für einen definierten Zeitraum wurden die IOS-Meßergebnisse den Befunden der sonographischen Untersuchung der Lunge gegenübergestellt. Dabei wurden hohe Korrelationen zwischen auf periphere Veränderungen verweisenden IOS-Parametern und sonographisch ermittelten Veränderungen an der Lunge nachgewiesen. Abschließend ist festzustellen: 1.) Beide getesteten diagnostischen Verfahren sind beim Schwein anwendbar und liefern eine wertvolle Ergänzung der konventionellen Diagnostik am Respirationstrakt dieser Tierart. 2.) Nach sonographischer Untersuchung der Lunge sind mit hoher Wahrscheinlichkeit Aussagen über das Vorhandensein pathologisch-anatomisch sichtbarer pneumonischer Verän-derungen und deren Ausdehnung im sonographisch erreichbaren Lungenfeld möglich. 3.) Die Impuls-Oszilloresistometrie liefert in einem Parameter-Komplex Informationen über den funktionellen Zustand des gesamten respiratorischen Systems. Dieser ist von zahlreichen physiologisch wirkenden Faktoren (u.a. Kopfhaltung, Wachstum, Tageszeit), applizierten pharma-kologisch wirksamen Substanzen (z.B. Diazepam, Carbachol, Fenoterolhydrobromid) und dem Vorhandensein einer Erkrankung des respiratorischen Systems (z.B. Actinobacillus pleuropneumoniae) abhängig. 4.) Da beide Verfahren verschiedene Sachverhalte, den morphologischen (Sonographie) bzw. den funktionellen Zustand (Impuls-Oszilloresistometrie) des respiratorischen Systems widerspiegeln, liefern sie einander ergänzende Aussagen. 5.) Beide diagnostischen Verfahren bieten sich beim Schwein vor allen Dingen für den Einsatz zu wissenschaftlichen Zwecken an. Aufgrund ihres nichtinvasiven Charakters ist ein schonender Umgang mit den Probanden möglich. 6.) Die Anwendung der Sonographie der Lunge ist auch in ausgewählten Fällen der tierärztlichen Praxis, z.B. beim Ankauf von Zuchttieren, denkbar. / Carmen Klein: Lung Sonography and Analysis of the Respiratory Mechanics by means of Impulse Oscilloresistometry in Healthy and Pneumonic Piglets and Porkers Institute of Bacteriology and Mycology Faculty of Veterinary Medicine University of Leipzig Germany Federal Institute for Health Protection of Consumers and Veterinary Medicine Jena Branch Germany submitted in May 1999 (157 pages, 52 figures, 34 tables, 285 references, appendix with 62 pages, 15 figures, 50 tables) Two non-invasive diagnostic methods, i.e. lung sonography and impulse oscillometry, were examined for the first time with regard to their applicability and evidence in clinically healthy as well as pneumonic weaned piglets and porkers of up to ca. 50 kg b.w. A total of 45 healthy or pneumonic swine was subjected to lung sonography. For this purpose, the animals were sedated with 2.0 mg/k b.w. diazepam. Six clinically healthy swine were studied to establish the lung area accessible to sonography in this animal species. Sonography was found to cover well the cranioventral sections of the lung often affected by pneumonias. The findings established by lung sonography in the swine showed a good coincidence with results described in literature for other species. The findings in swine revealed the following picture. ? No changes: sonography NAD ? Low-grade changes: little pronounced comet-tail artefacts ? Moderate changes: Comet-tail artefacts and consolidations or echogenic basic pattern including comet-tail artifacts ? High-degree changes: basic echogenic pattern or basic echogenic pattern plus abscess or necrosis Lung sonography findings in 34 swine were assigned to the corresponding pathological-anatomical findings. Tissue considered as unchanged from the pathological-anatomical angle was found to be without or with only minor sonographic changes, with a probability (sensitivity) of 95.65 %. In tissue exhibiting pathological-anatomical changes, sonographic findings showed pictures of moderate and high-degree changes, with a probability (sensitivity) of 74.62 % A total of 49 tissue samples was subjected to histological examination. It was not possible to infer, from the sonographic findings, the type of pneumonia diagnosed histologically in the swine. Nevertheless, a statistically confirmed correlation between the degree of pronouncedness of the histological changes and the sonographic findings was established. The pronouncedness of the histological changes was, like other factors, directly related to the air content of the lung tissue. Impulse oscillometry being a method used to analyze respiratory mechanics was applied to swine either sedated by means of diazepam (1.5 - 2.0 mg/kg b.w.) or non-sedated by medication but trained correspondingly. The animals were fixed in a canvas sling with openings for the limbs, avoiding stress, and the measuring system was adapted to the animal using a rigid face mask hermetically fitting to the animal''s head. A total of 26 animals was included in the studies to examine a variety of factors influencing the IOS parameters. The following parameters were considered: Respiratory rate (Af), tidal volume (Vt), the spectral parameters resistance (R), reactance (X) and coherence (K) at 5, 10, 15 and 20 Hz each (R5, ...R20, X5, ...X20, K5, ...K20) as well as the model parameters, central (Rz) and peripheral (Rp) resistance, lung compliance (Cl) and central inertance (Lz). A variability analysis involving five non-sedated, clinically healthy swine served to examine the reproducibility of the results of three IOS measurements either performed consecutively within a few minutes, or on three consecutive days at the same time of the day. During the brief period of a few minutes, the variability of the results of measurements, for most parameters, was due to inter-individual factors while in the case of an analysis over several days, the intra-individual share of variability increased. In the context of the IOS measurements performed in eleven clinically healthy, sedated swine over a period of 62 days, development in terms of age and body weight could only partially explain the variations of the IOS parameters taking place with growth. The influence of the time of the day on IOS parameters studied in eight clinically healthy, sedated swine was found to be small; coincidence with data given in literature, however, was seen as a tendency. The influence of diazepam sedation on the IOS parameters was examined in 16 clinically healthy swine. This medication resulted in a significant reduction of Af and Vt and improved quality of IOS measurements (K5, K10, K20). In seven clinically healthy, non-sedated swine, defined respiratory situations, i.e. bronchospasm and bronchodilatation were generated by aerosol inhalation of pharmacologically active substances such as carbachol and fenoterolhydrobromide and demonstrated by IOS measurements. This state of the bronchial system is characterized by the changes in IOS parameters found at the time of the bronchospasmic reaction, in particular the vehement rise of resistance in the lower frequency range (R5), the obvious drop in reactance, especially at 5 Hz and the noteworthy rise in the model parameter, Rp. Nine clinically healthy, sedated swine were examined first with their heads in a physiological and then, in a vertical position of their heads. The severe bending in the head-neck area produced an extrathoracic obstruction. Spectral resistance (R5 - R20) and the model parameter, Rz were significantly higher at a vertical position of the head. An experimental infection of seven sedated swine with Actinobacillus pleuropneumoniae served as a model to study the course of respiratory disease. The animals were subjected to regular IOS measurements over a period of 23 days. The results of IOS measurements performed 3 days p.i. (elevated resistance over the entire frequency range, vehement rise of Rz and Lz) reflected, above all, an involvement of the extrathoracic and central areas of the respiratory tract. As a result, the modifications of defined IOS parameters (intensification of negative frequency dependency, rise in Rp, drop in Cl) which were present at least as a tendency, indicated an additional involvement of the peripheral lung areas. The results of IOS measurements over a defined period were compared with the findings from lung sonography. High correlations between IOS parameters indicating peripheral changes and lung changes detected by sonography were demonstrated. Conclusions 1.) Both diagnostic methods studied may be used in swine and will provide a valuable completion of conventional diagnosis in the respiratory tract of this species. 2.) With a high probability, lung sonography will provide evidence of the presence of visible pathological-anatomical changes in the lung and their extent in the lung area that is accessible to sonography. 3.) Impulse oscillometry provides a complex of parameters that contain information about the functional state of the entire respiratory system. This state is dependent upon numerous physiological factors (among them position of the head, growth, time of the day), pharmacologically active substances administered (e.g. diazepam, carbachol, fenoterolhydrobromide) and the presence of respiratory disease (e.g. caused by Actinobacillus pleuropneumoniae). 4.) Since the two methods reflect different facts, i.e. the morphological (sonography) and the functional (impulse oscillometry) state of the respiratory system, they supply mutually supplementing information. 5.) Both diagnostic methods offer themselves above all for use in scientific research on swine. Owing to their non-invasive character, it is possible to handle test animals in a non-offensive way. 6.) In specific cases, lung sonography may also be used in the veterinary practitioner''s surgery, e.g. for the examination of animals kept for breeding.

Bei der vorgelegten Habilitationsschrift handelt es sich um eine kumulative Arbeit. In den einzelnen Originalarbeiten werden die Probleme der bildgebenden Verfahren bei der Diagnostik einer Früharthritis sowie Empfehlungen zur Technik und Evaluierung des Stellenwertes der Arthrosonographie in der Diagnostik rheumatischer Krankheitsbilder, beispielhaft an unterschiedlichen Gelenken dargestellt. In einer prospektiven bildgebenden Verlaufsstudie werden vier bildgebende Verfahren (konventionelle Röntgendiagnostik, Drei-Phasen-Skelett-Szintigraphie, Arthrosonographie, dynamische MR-Tomographie) neben dem klinischen Untersuchungsbefund hinsichtlich des Nachweises des frühentzündlichen Weichteil- und Knochenprozesses initial von 60 Patienten und im Verlauf von 49 Patienten mit arthritischen Erkrankungen der Fingergelenke untersucht. Im Ergebnis konnte gezeigt werden, dass die MR-Tomographie, die Arthrosonographie und die Drei-Phasen-Skelett-Szintigraphie sensitiver im Nachweis eines entzündlichen Gelenkprozesses sind als die konventionelle Röntgendiagnostik. Die Sonographie erlaubt dabei einen sensitiven Nachweis der entzündlichen Weichteilläsionen in Form einer sich entwickelnden Synovitis und Tenosynovitis, ist jedoch im Vergleich zur MR-Tomographie nicht optimal im Nachweis der Knochenerosionen. Oberflächlich liegende Knochenläsionen werden mittels Sonographie besser erfasst als tiefer liegende Knochenläsionen. Der Einsatz der Szintigraphie ist weniger geeignet als die Sonographie und MR-Tomographie im Nachweis des frühentzündlichen Gelenkprozesses wegen ihrer unzureichenden Spezifität. Die MR-Tomographie zeigte sich ebenso sensitiver als die konventionelle Röntgendiagnostik im Nachweis der entzündlichen Weichteilläsionen als auch im Nachweis von Erosionen. Die konventionelle Röntgendiagnostik ist nicht sensitiv genug im Nachweis einer Früharthritis mit frühen Knorpel- und Knochenläsionen. Die Sonographie erlaubt eine gute Differenzierung zwischen Erguss, Synovialis, Proliferation und Tenosynovitis. Knochenläsionen werden mittels Sonographie ebenfalls früher nachgewiesen als mittels konventioneller Röntgendiagnostik aber nicht in dem Ausmaß wie mittels MR-Tomographie. Auch wenn die MR-Tomographie sich empfindlicher erwies in dem Aufzeigen früher Gelenkläsionen, so hat die Arthrosonographie eine große Bedeutung in der täglichen Praxis als eine leicht einzusetzende, kostengünstige und patientenfreundliche Untersuchungsmethode. Die Arthrosonographie und die MR-Tomographie sind hilfreiche diagnostische Verfahren bei Arthritis-Patienten mit negativem Röntgenbefund. / This work represents a cumulative collection of several original papers addressing problems of imaging techniques in early arthritis. Guidelines of technique and evaluation of musculoskeletal sonography in the diagnosis of rheumatic diseases are shown on example of different joints. A prospective imaging study was performed to compare conventional radiography, three-phase-bone-scintigraphy, ultrasonography (US), 3D magnetic resonance imaging (MRI) and clinical course in 60 patients initially and 49 patients at follow-up of patients with arthritis of finger joints at two years. We could show that MRI, US and scintigraphy were more sensitive in detection of early arthritic changes than conventional radiography. The sonography was able to detect early inflammatory soft tissue changes such e.g. synovitis and tenosynovitis and demonstrate erosions very sensitively and earlier than conventional radiography. Superficially located bone lesions were detected better than deeper lesions by sonography. Scintigraphy was not suitable for the detection of early erosion because of its low specificity. Moreover, MRI was a sensitive method for the detecting of both soft tissue lesions and early erosions in arthritis. The conventional radiography was unsufficient sensitive in detection of early arthritis with early cartilage and bone lesions. The sonography allows a good differentiation between effusion, synovitis proliferation and tenosynovitis. Bone lesions were detected earlier by sonography than conventional radiography though not to the same extent as 3D MRI. Musculoskeletal sonography is most valuable in a clinical setting because of its good handling, low costs and patient convinience, whereas MRI appears to be the most sensitive detection method of early joint lesions. Overall, sonography and MRI are helpful diagnostic tools in arthritis patients with negative radiographic findings.