Proton MR spectroscopy is a non-invasive tool for measuring in vivo concentrations of several metabolites. The aim of this thesis was to test its applicability and reliability in neurosurgical praxis. In the first part of the study multiple MR spectroscopy methods were applied in a group of patients after surgery and oncologic treatment for high-grade glioma to test which method performed best in discriminating recurrent tumor from radionecrosis in the presence of a new enhancing lesion. The best diagnostic yield was achieved by comparison of choline, creatine and lactate between lesion and contralateral side (sensitivity 93.3%, specificity 78.6%). Creatine was significantly decreased in patients compared to controls. The inhibiting effect of ongoing oncologic treatment on cerebral and tumoral metabolism makes differential diagnosis trickier. Therefore, a diagnosis of radionecrosis assessed during ongoing radio- and chemotherapy should be confirmed after its completion. In the second part of the study MR spectroscopy data was compared with MR hippocampal volumetry and transcranial doppler examination in a cohort of patients with unilateral occlusion of the internal carotid artery. The N-acetylaspartate/choline ratio and hippocampal volume were significantly lower in both hemispheres of patients...

Zusammenfassung Fanny Schnauß Volumetrie der Leber aus Spiral-CT-Datensätzen von 43 Hunden mit Portosystemischem Shunt Klinik für Kleintiere der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig Eingereicht im April 2022 83 Seiten, 34 Abbildungen, 13 Tabellen, 197 Literaturangaben, 7 Seiten Anhang Schlüsselwörter: Portosystemischer Shunt, Hund, Leber, Computertomographie, Lebervolumina, Mikrohepatie, Volumetrie Einleitung: Portosystemische Shunts (PSS) sind Gefäßanomalien, welche Blut des portalen Gefäßsystems unter Umgehung der Leber in den systemischen Kreislauf leiten. Die resultierende Minderdurchblutung der Leber führt u. a. zu einem Mangel an Wachstumsfaktoren und folglich zu einer Mikrohepatie. In der vorliegenden Arbeit wurden computertomographische (CT) Daten zur Bestimmung präziser Lebervolumina genutzt. Dies ermöglicht einen direkten Vergleich der Lebergrößen von Hunden mit PSS und ohne (Referenzgruppen). Ziele der Untersuchung: Es wurden folgende Zielstellungen bearbeitet: • Bestimmung der Präzision und Genauigkeit der Messwerte aus den CT-Daten (ex vivo Untersuchung). • Vergleich der Lebervolumina der Shunt-Patienten und der verschiedenen Subtypen mit denen der Referenzgruppen (ohne PSS, s.u.) • Die Normierung der Lebervolumina erfolgte anhand des Körpergewichts (BW), des metabolischen Körpergewichts (mBW), der Querschnittsfläche der Aorta (AAo) sowie der Querschnittsfläche des Rückenmarkkanals (AMc). Diese Normierungsmethoden wurden zur statistischen Signifikanzanalyse herangezogen und auf ihre Aussagekraft bewertet. • Analyse des präoperativen Lebervolumens als möglicher prospektiver Indikator für den Operationsverlauf sowie für den Grad der chirurgischen Einengung des Shunts. • Eruierung der postoperativen Zunahme des Lebervolumens. Tiere, Material und Methoden: Die Studie umfasst 43 Patienten mit PSS der Klinik für Kleintiere der Universität Leipzig aus den Jahren 2006 bis 2015. Als Referenzgruppe dienten 22 Hunde ohne PSS. Diese Referenzgruppe konnte weiterführend in unbestätigte Verdachtsfälle von PSS (10 Hunde) und Fälle ohne Hepatopathie (12 Hunde) unterteilt werden. Anhand der CT-Datensätze wurden retrospektiv die Lebervolumina der Tiere mittels Segmentierung und Volume-Rendering gemessen. Bei sechs Hunden mit PSS existieren Daten einer Folgeuntersuchung nach chirurgischer Versorgung, wodurch deren prä- und postoperative Lebervolumina gegenübergestellt werden konnten. In einer ex vivo Studie wurden zur Kontrolle der Messgenauigkeit der angewandten Methode sechs Lebern von Schlachtschweinen in unterschiedlichen Umgebungen (Luft, Wasser, Milch) einer CT unterzogen, anschließend deren Volumina mittels Wasserverdrängung im Wasserbad bestimmt und die Werte verglichen. Statistische Signifikanzprüfungen zwischen den unabhängigen Datengruppen erfolgten mittels Wilcoxon-Mann-Whitney-U-Test (keine Normalverteilung). Für die Prüfung auf signifikante Veränderungen der Messwerte vor und nach erfolgter Operation (verbundene Stichproben) wurde der Wilcoxon-Test verwendet (keine Normalverteilung). Ergebnisse: Es zeigten sich in allen vier Normierungen signifikant (p < 0,001) kleinere Lebervolumina für die 43 Hunde mit PSS im Vergleich zu den 22 Referenztieren (Normierung zum BW: 19,3 cm³/kg vs. 24,9 cm³/kg; mBW: 26,2 cm³/kg0,75 vs. 51,3 cm³/kg0,75; AAo: 2,6 cm vs. 4,6 cm; AMc: 2,6 cm vs. 7,5 cm). Beide Untergruppen unterschieden sich ebenfalls signifikant (jeweils p < 0,001) von der Gruppe der PSS Patienten. Keine signifikanten Unterschiede zeigten sich allerdings beim Vergleich der Hunde mit kongenitalem vs. erworbenem PSS, intra- (inPSS) vs. extrahepatischem Shunt (exPSS), rechtsseitigem vs. zentralem intrahepatischen PSS, den Subtypen der extrahepatischen PSS (portocavaler vs. Portophrenico- vs. Portoazygos-Shunt) und den Subtypen der portocavalen Shunts (gastroduodenal vs. splenocaval). Entgegen der Erwartung zeigten sich keine signifikanten Unterschiede der präoperativen Lebervolumina zwischen den Patienten bei denen in der ersten Operation (a) eine vollständige Ligatur des Shunts möglich war zu denen, die nur eingeengt werden konnten (b). Im Fall von 6 Patienten konnten prä- und postoperative CT- Aufnahmen verglichen werden. Nach einer medianen Zeitdifferenz von 72 Tagen zwischen den CT-Untersuchungen betrug die Volumenzunahme der Lebern 46,9 % (bzgl. der nicht nach Merkmalen normierten Lebervolumina). Zur Überprüfung der Richtigkeit des gewählten Analyseansatzes wurde in der ex vivo-Studie die mittlere Abweichung der Messwerte mit 5,1 ± 2,2 % bestimmt (CT-Daten vs. Wasserverdrängung der Schweinelebern). Die dreifachen Messungen ergeben eine mittlere Abweichung von nur 1,0 % (Präzision). Schlussfolgerungen: Die Messergebnisse der vorliegenden Studie zeigen klar auf, dass die Lebervolumina der Shunt-Patienten signifikant kleiner als die der Referenzgruppen ohne PSS sind. Diese signifikanten Unterschiede sind in allen Normierungen ersichtlich (jeweils p < 0,001). Allerdings ergaben sich keine signifikanten Unterschiede zwischen den verschiedenen Untergruppen der PSS-Patienten. Zur Vergleichbarkeit der Zunahme der Lebervolumina post OP erwiesen sich die Normierungen über die Querschnittsfläche der Aorta sowie über die Querschnittsfläche des Rückenmarkkanals als besonders geeignet, da diese weniger abhängig von den postoperativen metabolischen Veränderungen sind. Die Daten zeigen, dass das präoperative Lebervolumen ein insuffizienter Prädiktor sowohl für den Operationsverlauf als auch den Grad der möglichen Einengung des Shunt-Gefäßes in der Erst-OP ist. Das Lebervolumen nach chirurgischer Einengung des Shunts nahm durchschnittlich um 46,9 % zu, erreichte jedoch in dem betrachteten Zeitraum in keiner der Normierung das mediane Volumen der Patienten ohne Shunt.:Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 2. Literaturübersicht 2.1 Funktion, Anatomie und Gefäßsystem der Leber 2.2 Pfortaderkreislauf 2.3 Ductus venosus (Ductus Arantii) 2.4 Portosystemischer Shunt 2.5 Kongenitaler portosystemischer Shunt 2.5.1 Pathogenese und Pathophysiologie 2.5.2 Ätiologie und Prädispositionen 2.5.3 Extrahepatischer Portosystemischer Shunt 2.5.4 Intrahepatischer portosystemischer Shunt 2.6 Erworbener portosystemischer Shunt 2.7 Diagnostik des portosystemischen Shunts 2.7.1 Anamnese und klinische Symptome 2.7.2 Hepatoenzephales Syndrom 2.8 Bildgebende Diagnostik des portosystemischen Shunts 2.8.1 Sonographie 2.8.2 Projektionsradiographie 2.8.3 Computertomographie 2.8.3.1 Nativ-CT und Kontrastmittelphasen der Leber 2.8.3.2 Dynamische Computertomographie 2.8.3.3 Segmentierung und Volume Rendering/Volumendarstellung 2.8.3.4 Leber-Volumetrie 2.8.3.5 Volume-Rendering 2.9 Therapie und Prognose des portosystemischen Shunts 3. Tiere, Material und Methoden 3.1 Patienten 3.2 Anästhesieprotokoll 3.3 Computertomographische Untersuchung 3.4 Auswertung der Datensätze und Volumetrie 3.5 Referenzmessung zur Bestimmung der Messgenauigkeit 3.6 Statistische Analyse 4. Ergebnisse 4.1 Getrennte Betrachtung der beiden Referenzgruppen 4.2 Vergleich aller Shunt-Patienten mit den Referenzgruppen 4.3 Klassifizierung der Untergruppen 4.3.1 Kongenitaler und erworbener portosystemischer Shunt 4.3.2 Extrahepatischer und intrahepatischer portosystemischer Shunt 4.3.3 Vergleich der Patienten nach dem Grad der Ligatur in der Erst-OP 4.4 Bestimmung des Lebervolumens nach erfolgter Erst-Operation 4.5 Referenzmessung zur Bestimmung der Messgenauigkeit 5. Diskussion 5.1 Messmethoden, Fehlerquellen 5.2 Normierungsmethoden 5.3 Vergleich der Lebervolumina der Hunde mit PSS und beider RG 5.4 Evaluation der verschiedenen Shunt-Typen 5.5 Zunahme des Lebervolumens nach erfolgter Erst-Operation 5.6 Vollständiger oder unvollständiger Verschluss in der ersten OP 5.7 Rasse, Geschlecht, Alter und Gewicht der zu vergleichenden Gruppen 5.8 Klinische Schlussfolgerungen 6. Zusammenfassung 7. Summary 8. Literaturverzeichnis 9. Anhang 9.1 Abbildungsverzeichnis 9.2 Tabellenverzeichnis 9.3 Anhang: weitere Abbildungen und Tabellen / Summary Fanny Schnauß Liver volumetry from spiral CT datasets of 43 dogs with portosystemic shunt Department for Small Animals, Faculty of Veterinary Medicine, University of Leipzig Submitted in April 2022 83 pages, 34 figures, 13 tables, 197 references, 7 pages appendices Key words: portosystemic shunt, dog, liver, computed tomography, liver volume, microhepatia, volumetry Introduction: Portosystemic shunts (PSS) are vascular anomalies that divert blood from the portal vasculature into the systemic circulation, bypassing the liver. This results in a reduced blood supply to the liver leading, for instance, to a lack of growth factors and consequently to microhepatia. In the present work, computed tomography (CT) data was used to precisely determine liver volumes enabling a comparison of liver sizes of dogs with PSS to control animals. Objectives of this study: • Determination of the precision and accuracy of the measured values from the CT data. • Comparison of the liver volumes of the shunt patients (and various subtypes) with corresponding reference groups. • The liver volumes were normalized via body weight (BW), metabolic body weight (mBW), cross-sectional area of the aorta (AAo) and cross-sectional area of the spinal canal (AMc). These normalization methods were used for statistical significance analysis and to differentiate the patient groups. • Analysis of the preoperative liver volume as a possible prospective indicator for the course of the operation as well as for the degree of surgical narrowing of the shunt. • Determination of the postoperative increase of the liver volume. Animals, material and methods: The study included 43 shunt patients from the Clinic for Small Animals at the University of Leipzig, during the years from 2006 to 2015. 22 dogs served as the reference group. The reference group could be further subdivided into unconfirmed suspected cases of PSS (10 dogs) and cases without hepatopathy (12 dogs). Using the CT data sets, the liver volumes of the animals were measured retrospectively by means of segmentation and volume rendering. For six dogs with PSS, follow-up CT examinations after surgical treatment were conducted enabling a comparison of their pre- and post-operative liver volumes. To check the measurement accuracy of the method used, six livers from slaughter pigs were subjected to a CT examination in different environments (air, water, milk). These recordings went through the same volumetric analysis process as the dogs’ livers. This procedure further enabled a direct determination of the liver volumes by means of water displacement in a water bath. Statistical significance tests between the independent data groups were carried out using the Wilcoxon-Mann-Whitney U test. The Wilcoxon test was used to test for significant changes in the measured values before and after the operation (paired samples). Results: Significantly (p<0.001) smaller liver volumes for the 43 dogs with PSS compared to the 22 reference animals were found for all four normalizations (normalization to BW: 19.3 cm³/kg vs. 24.9 cm³/kg; mBW: 26.2 cm³/kg0,75 vs. 51.3 cm³/kg0,75; AAo: 2.6 cm vs. 4.6 cm; AMc: 2.6 cm vs. 7.5 cm). Both subgroups also differed significantly (each with p<0.001) from the group of PSS patients. However, no significant differences were found when comparing dogs with congenital vs. acquired PSS, inPSS vs. exPSS, right-sided vs. central inPSS, the subtypes of exPSS (portocaval vs. portophrenico vs. portoazygos shunt) and the subtypes of portocaval shunts (gastroduodenal vs. splenocaval). Contrary to expectations, there were no significant differences in the preoperative liver volumes between the patients where (a) a complete ligation of the shunt or (b) only a partial ligation was possible during the first operation. In the case of 6 patients, pre- and postoperative CT images could be evaluated and compared. After a median time-difference of 72 days between the CT examinations, the increase in volume of the livers was 46.9 % (liver volumes without normalization). Examinations of livers from slaughter pigs enabled both CT recordings and actual volume determinations using water displacement. These ex vivo experiments yielded a mean deviation from the measured values of 5.1 ± 2.2 % (accuracy). In addition, all volume measurements of the dog livers were carried out in triplicates, which in average only deviated by 1.0 % (precision). Conclusion: The results of the present study clearly show that the liver volumes of the shunt patients are significantly smaller than those of the reference groups. These significant differences can be seen in all normalizations (p<0.001 each). However, there were no significant differences between the various subgroups of PSS patients. The normalizations over the cross-sectional area of the aorta and over the cross-sectional area of the spinal canal are particularly suitable for comparing the increase in liver volumes after surgery. The data showed that the preoperative liver volume is an insufficient predictor for the course of the operation as well as for the degree of possible narrowing of the shunt vessel in the first OP. The liver volume after surgical narrowing of the shunt increased by an average of 46.9 %, but did not reach the median volume of the patients without a shunt by the time of the follow-up CT (independent of the normalization).:Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 2. Literaturübersicht 2.1 Funktion, Anatomie und Gefäßsystem der Leber 2.2 Pfortaderkreislauf 2.3 Ductus venosus (Ductus Arantii) 2.4 Portosystemischer Shunt 2.5 Kongenitaler portosystemischer Shunt 2.5.1 Pathogenese und Pathophysiologie 2.5.2 Ätiologie und Prädispositionen 2.5.3 Extrahepatischer Portosystemischer Shunt 2.5.4 Intrahepatischer portosystemischer Shunt 2.6 Erworbener portosystemischer Shunt 2.7 Diagnostik des portosystemischen Shunts 2.7.1 Anamnese und klinische Symptome 2.7.2 Hepatoenzephales Syndrom 2.8 Bildgebende Diagnostik des portosystemischen Shunts 2.8.1 Sonographie 2.8.2 Projektionsradiographie 2.8.3 Computertomographie 2.8.3.1 Nativ-CT und Kontrastmittelphasen der Leber 2.8.3.2 Dynamische Computertomographie 2.8.3.3 Segmentierung und Volume Rendering/Volumendarstellung 2.8.3.4 Leber-Volumetrie 2.8.3.5 Volume-Rendering 2.9 Therapie und Prognose des portosystemischen Shunts 3. Tiere, Material und Methoden 3.1 Patienten 3.2 Anästhesieprotokoll 3.3 Computertomographische Untersuchung 3.4 Auswertung der Datensätze und Volumetrie 3.5 Referenzmessung zur Bestimmung der Messgenauigkeit 3.6 Statistische Analyse 4. Ergebnisse 4.1 Getrennte Betrachtung der beiden Referenzgruppen 4.2 Vergleich aller Shunt-Patienten mit den Referenzgruppen 4.3 Klassifizierung der Untergruppen 4.3.1 Kongenitaler und erworbener portosystemischer Shunt 4.3.2 Extrahepatischer und intrahepatischer portosystemischer Shunt 4.3.3 Vergleich der Patienten nach dem Grad der Ligatur in der Erst-OP 4.4 Bestimmung des Lebervolumens nach erfolgter Erst-Operation 4.5 Referenzmessung zur Bestimmung der Messgenauigkeit 5. Diskussion 5.1 Messmethoden, Fehlerquellen 5.2 Normierungsmethoden 5.3 Vergleich der Lebervolumina der Hunde mit PSS und beider RG 5.4 Evaluation der verschiedenen Shunt-Typen 5.5 Zunahme des Lebervolumens nach erfolgter Erst-Operation 5.6 Vollständiger oder unvollständiger Verschluss in der ersten OP 5.7 Rasse, Geschlecht, Alter und Gewicht der zu vergleichenden Gruppen 5.8 Klinische Schlussfolgerungen 6. Zusammenfassung 7. Summary 8. Literaturverzeichnis 9. Anhang 9.1 Abbildungsverzeichnis 9.2 Tabellenverzeichnis 9.3 Anhang: weitere Abbildungen und Tabellen