Nichtinvasive Magnetresonanz-Perfusionsmessung des Gehirns mittelsMagnetischer Blutbolusmarkierung(Spin-Labeling)

Die magnetische Blutbolusmarkierung (Spin-Labeling) ermöglicht die nichtinvasive quantitative Messung des Blutflusses im Gewebe. Beim Spin-Labeling wird arterielles Blut durch Radiofrequenzpulse magnetisch markiert und der Transport der Markierung MR-tomographisch gemessen. Am Modell einer unter physiologischen Bedingungen perfundierten extrakorporalen Schweineniere konnte die Quantifizierbarkeit der Messmethode nachgewiesen werden. In einer Studie an 36 Hirntumorpatienten wurde das Verfahren mit der kontrastmittelbasierten First-Pass-Bolus-Methode zur nicht-quantitativen Perfusionsmessung verglichen. Es zeigte sich eine sehr gute Übereinstimmung zwischen beiden Methoden, der lineare Korrelationskoeffizient des relativen Blutflusses in der Tumorregion lag bei R=0,83. Die mittels Spin-Labeling ermittelten Absolutwerte des Blutflusses spielen bei der Beurteilung des Tumorgrades eine untergeordnete Rolle, da die mittlere Perfusion individuell sehr verschieden ist. Ein zweiter Anwendungsbereich für das Spin-Labeling ist die Darstellung großer Arterien. Spin-Labeling ermöglicht die nichtinvasive dynamische Angiographie (Dynamische Spin-Labeling-Angiographie - DSLA). Analog zur digitalen Subtraktionsangiographie kann damit der Einstromvorgang des Blutes in den Gefäßbaum zeitaufgelöst gemessen werden, jedoch mit wesentlich höherer zeitlicher Auflösung und frei wählbarer Projektionsrichtung. In einer Studie an 18 Patienten mit einseitigen Carotisstenosen wurden die Zeitdifferenzen der Anflutung der zerebralen Gefäße zwischen der betroffenen und der nicht stenosierten Seite bestimmt. Die im Carotis-Siphon gemessenen Zeitdifferenzen korrelieren signifikant mit dem Stenosegrad, steigen aber erst ab einer Lumeneinengung oberhalb von 80 Prozent deutlich an. Im Vergleich zu den etablierten Methoden werden die Möglichkeiten und Grenzen der DSLA dargestellt.Arterial spin labeling methods allow to determine quantitative tissue blood flow values noninvasively. Arterial blood is labelled by an inversion pulse and the distribution of this intrinsic tracer is measured using magnetic resonance imaging. Experiments using an extra corporal in-vitro porcine kidney in a MR compatible set-up were carried out to determine the accuracy of blood flow values calculated from arterial spin labeling measurements. In a study of 36 brain tumor patients, spin labeling was compared to non-quantitative contrast-enhanced dynamic susceptibility-weighted perfusion imaging. Relative blood flow values determined with both methods were in good agreement, the linear regression coefficient in the tumor region was R=0.83. Due to the variable individual perfusion state, quantitative blood flow values determined using spin labeling play a minor role in the assessment of tumor grade. Application of spin labeling to angiography of major arteries was investigated. Dynamic spin labeling angiography (DSLA) sequences were implemented and tested on a clinical scanner. This technique allows time-resolved depiction of blood flow in large vessels with very high temporal resolution. As opposed to digital subtraction angiography, the method allows arbitrary projection directions. In a study, 18 patients with one-sided carotid stenoses were examined. In these patients the time differences of blood bolus arrival at both hemispheres were determined. Time differences measured in the carotid siphon show a significant correlation with the degree of stenosis. However, a clear increase is not seen until 80% narrowing of a carotid. Possibilities and limitations of the DSLA method are discussed in comparison to established techniques

Untersuchung der Abbildungseigenschaften eines 3D-Ultraschall-Computertomographen zur Berechnung der 3D-Abbildungsfunktion und Herleitung einer optimierten Sensorgeometrie

Am Forschungszentrum Karlsruhe wird ein neues bildgebendes Verfahren zur verbesserten Diagnose von Brustkrebs entwickelt: Die 3D-Ultraschall-Computertomographie. Die Untersuchung der Abbildungseigenschaften ermittelt die Möglichkeiten und Grenzen der Bildgebung. In dieser Arbeit werden die wesentlichen Systemparameter ermittelt, hinsichtlich ihres Einflusses auf die Abbildungseigenschaften bewertet und eine Optimierung des Gesamtsystems bezüglich der erreichbaren Bildqualität durchgeführt

Magnetic Resonance Imaging of the fetal cardiovascular system and congenital heart disease

An early diagnosis of congenital heart diseases (CHD) has important prognostic impact. Prenatal echocardiography is an indispensable part of prenatal screening in many countries. However, it might provide poor diagnostic quality in some cases. Complementary diagnostic methods for postnatal life are missing prenatally. This work aims to investigate the use of fetal cardiovascular magnetic resonance imaging (MRI) as an adjunct to fetal echocardiography. This manuscript is divided into the anatomical visualization of CHD and the quantification of the impact of fetal motion on cardiovascular flow-measurements. 101 singleton pregnant women carrying fetus with suspected CHD in fetal echocardiography were prospectively recruited for fetal cardiac MRI. In 85 participants 2D and 3D MRI data could be reconstructed successfully and compared to echocardiographic and postnatal data. Furthermore, 10 pregnant women from the first sub study and 10 adult volunteers were recruited. The impact of simulated fetal motion in the adult volunteers was investigated. The artifacts observed during this study were compared to the artefacts in fetal flow-measurements by a three-point scoring system. MRI reconstructions of vascular structures showed a good agreement with 2D-echocardiography, while 3D-MRI reconstructions were superior to 2D-MRI data regarding their quality and diagnostic accuracy. Additional anatomic structures were identified in 10 cases with MRI and could be confirmed postnatally. Flow-measurements corrupted by simulated fetal motion within the middle third of an acquisition showed significant errors in contrast to measurements under motion corruption during the first and last third of the acquisition. The velocity of motion did not have a major impact. A three-point scoring system could readily identify the amount and impact of fetal motion on the later acquisition. 3D fetal cardiac MRI is a reliable imaging method with potential complementary use to fetal echocardiography. Additionally, valid fetal cardiovascular flow-measurements under the face of fetal motion can be reliably identified at the point of their acquisition, already.Die frühe Diagnose angeborener Herzfehler hat eine prognostische Bedeutung. Eine pränatale Echokardiographie ist in vielen Ländern unverzichtbarer Standard pränataler Screening Untersuchungen. Dennoch müssen oft Abstriche bei der Bildqualität gemacht werden. Während postnatal ergänzende Bildgebungstechniken zur Verfügung stehen, fehlen diese Alternativen pränatal. Die vorliegende Arbeit soll die Möglichkeiten der fetalen kardiovaskulären Magnetresonanztomographie (MRT) als ergänzende Diagnostik zur fetalen Echokardiographie untersuchen. Die vorliegende Arbeit ist untergliedert in die anatomische Darstellung angeborener Herzfehler mittels der MRT und die Untersuchung des Einflusses fetaler Bewegung auf kardiovaskuläre Flussmessungen. 101 schwangere Teilnehmerinnen mit Feten mit dem V.a. einen angeborenen Herzfehler in der fetalen Echokardiographie wurden prospektiv für eine fetale Kardio-MRT rekrutiert. 2D und 3D Bilddatenrekonstruktionen von 85 Feten der Teilnehmerinnen konnten mit den echokardiographischen, sowie postnatalen Daten verglichen werden. Weiterhin wurden 10 erwachsene Proband*innen, sowie 10 schwangere Teilnehmerinnen aus der ersten Substudie rekrutiert. Einflüsse simulierter fetaler Bewegung in den erwachsenen Proband*innen wurden untersucht. Beobachtete Artefakte in den gewonnen Flussmessungen wurden mittels eines Bewertungssystems mit denen der fetalen Messungen verglichen. Vaskuläre Strukturen in MRT-Datensätzen zeigten eine gute Übereinstimmung mit Messungen in echokardiographischen 2D-Datensätzen, wobei 3D-MRT Datensätze hinsichtlich Qualität und diagnostischer Genauigkeit den 2D-MRT Daten überlegen waren. In 10 Fällen gelang die Darstellung zusätzlicher anatomischer Gegebenheiten in der MRT, welche postnatal bestätigt werden konnten. Flussmessungen, welche durch simulierte fetale Bewegung im mittleren Drittel einer Aufnahme verzerrt wurden, wiesen signifikante Fehler auf. Dies konnte bei Messungen unter dem Einfluss fetalen Bewegungen im ersten oder letzten Drittel der Aufnahme nicht beobachtet werden. Die Geschwindigkeit der Bewegungen spielte eine untergeordnete Rolle. Das Ausmaß fetaler Bewegung während einer Aufnahme, sowie ihr Einfluss auf die Flussmessungen kann mittels eines Drei-Punkte-Bewertungssystems zuverlässig identifiziert werden. Fetale Kardio-MRT bietet eine zuverlässige Möglichkeit mittels 3D-Darstellung der fetalen Gefäße die pränatale Echokardiographie als bildgebende Methode zu ergänzen. Zudem können valide Flussmessungen trotz Einfluss fetaler Bewegung zuverlässig zum Zeitpunkt der Aufnahme identifiziert werden

Systematische Evaluation und Optimierung physikalischer und prozeduraler Dezellularisationsmethoden zur Herstellung xenogener Gewebeprothesen

Während der vergangenen Jahre hat die Verwendung dezellularisierter Gewebeprothesen in der Medizin kontinuierlich zugenommen. Im Rahmen dieser Dissertationsarbeit wurden ausgewählte physikalische und prozedurale Methoden zur Dezellularisation (DZ) biologischer Gewebe systematisch untersucht und bewertet. 72 Aortenwände (AW) frischer Schweineherzen wurden dafür in drei verschiedenen Gruppen einer chemischen Dezellularisationslösung, bestehend aus je 0,5 % Sodiumdeoxycholat und Sodiumdodecylsulfat, für 4 h oder 8 h ausgesetzt. Die Inkubation fand entweder kontinuierlich oder in repetitiven Behandlungszyklen statt. Ein Zyklus bestand dabei aus je 2 h chemischer Behandlung gefolgt von einem 30 min Waschvorgang mit Natriumchlorid-Lösung (NaCl). Während der Prozeduren befanden sich die AW entweder in einem konventionellen Schüttel-Inkubator oder wurden einer zirkulären Strömungsbewegung im Sinne einer Flussdezellularisation ausgesetzt. Zusätzlich zur Flussdezellularisation wurde ein Teil der AW mit Ultraschallwellen behandelt. Nach Abschluss der DZ durchliefen alle AW zehn repetitive 15 min Waschschritte mit NaCl. Basierend auf der Annahme, dass erfolgreiche DZ gleichzusetzen ist mit der Abwesenheit von Zellkernen bei gleichzeitigem Erhalt intakter Extrazellulärmatrix (EZM), wurde die Auswertung der DZ Ergebnisse durchgeführt. Diese erfolgte mithilfe fluoreszenz-, licht-, und rasterelektronenmikroskopischer Aufnahmen der Proben. Die Effektivität der DZ wurde dabei anhand der zur Probenoberfläche erreichten Eindringtiefen (EDT) an DNA-Eradikation in Färbungen mit 4',6-diamidin-2-phenylindol (DAPI) und Hämatoxylin-Eosin bewertet. Zur Beurteilung der EZM dienten die Bindegewebsfärbungen Movat Pentachrom und Pikro-Siriusrot sowie die Rasterelektronenmikroskopie (REM). Generell waren die nach 4 h und 8 h eruierten EDT der äußeren Oberflächen der AW signifikant höher als die der lumenseitigen Oberflächen (64 ± 22%, p<0,001). Darüber hinaus konnte eine signifikante Zeitabhängigkeit der EDT sowohl an äußerer (78 ± 36%, p<0,001) als auch innerer Oberfläche (85 ± 58%, p<0,001) gezeigt werden. Verglichen mit der kontinuierlichen Schüttelmethode führte der Einsatz von zyklischen Inkubationsschemata (Maximum: 43 %, p<0,001), Flussbewegung (Maximum: 19 %, p<0,05) und Ultraschall (Maximum: 49 %, p<0,001) zu signifikant höheren EDT. Der Erhalt der physiologischen Gewebekomposition sowie des kollagenen Fasernetzwerkes der EZM wurde für alle Versuchsproben mithilfe der histologischen Bindegewebsfärbungen bewiesen. Die Auswertung der REM-Aufnahmen zeigte ein skelettiertes, aber intaktes Fasernetzwerk der AW. Basierend auf den gewonnen Ergebnissen wurden 6 AW für 24 h zyklisch Flussdezellularisation und intermittierender Ultraschallbehandlung ausgesetzt. Als Vergleichskollektiv hierzu wurden 6 AW im Schüttelinkubator ebenfalls für 24 h behandelt. Die Auswertung dieser beiden Gruppen bestätigte die vorherigen Ergebnisse. So führten auch hier intermittierende Waschschritte, Flussbewegung und Ultraschallexposition zu signifikant höheren EDT an äußerer (30 %, p<0,001) und innerer Oberfläche (23 %, p<0,001). Darüber hinaus konnten an den äußeren Oberflächen der AW erneut höhere EDT (45 ± 18%, p<0,001) verzeichnet, sowie die bereits postulierte Zeitabhängigkeit der EDT bestätigt werden. Hierbei zeigte sich auch, dass die Eindringgeschwindigkeit mit zunehmender Expositionszeit abnahm. Dies wurde im Sinne einer mit steigender EDT verminderten Effektivität der Behandlungsprozedur erklärt. Histologische und REM Aufnahmen lieferten in den 24 h behandelten Proben ebenfalls keine Hinweise auf prozessbedingte Schäden der Gewebestruktur. Zusammenfassend erlaubte unsere systematische Evaluation entscheidende Faktoren für effektivere DZ Prozeduren zu identifizieren und zu beurteilen. Basierend auf unseren Ergebnissen empfehlen wir für zukünftige DZ Protokolle ausdrücklich die Verwendung von zyklischen Inkubationsschemata sowie eine Kombination aus Flussdezellularsiation und Ultraschallbehandlung

Systematische Evaluation und Optimierung physikalischer und prozeduraler Dezellularisationsmethoden zur Herstellung xenogener Gewebeprothesen

Während der vergangenen Jahre hat die Verwendung dezellularisierter Gewebeprothesen in der Medizin kontinuierlich zugenommen. Im Rahmen dieser Dissertationsarbeit wurden ausgewählte physikalische und prozedurale Methoden zur Dezellularisation (DZ) biologischer Gewebe systematisch untersucht und bewertet. 72 Aortenwände (AW) frischer Schweineherzen wurden dafür in drei verschiedenen Gruppen einer chemischen Dezellularisationslösung, bestehend aus je 0,5 % Sodiumdeoxycholat und Sodiumdodecylsulfat, für 4 h oder 8 h ausgesetzt. Die Inkubation fand entweder kontinuierlich oder in repetitiven Behandlungszyklen statt. Ein Zyklus bestand dabei aus je 2 h chemischer Behandlung gefolgt von einem 30 min Waschvorgang mit Natriumchlorid-Lösung (NaCl). Während der Prozeduren befanden sich die AW entweder in einem konventionellen Schüttel-Inkubator oder wurden einer zirkulären Strömungsbewegung im Sinne einer Flussdezellularisation ausgesetzt. Zusätzlich zur Flussdezellularisation wurde ein Teil der AW mit Ultraschallwellen behandelt. Nach Abschluss der DZ durchliefen alle AW zehn repetitive 15 min Waschschritte mit NaCl. Basierend auf der Annahme, dass erfolgreiche DZ gleichzusetzen ist mit der Abwesenheit von Zellkernen bei gleichzeitigem Erhalt intakter Extrazellulärmatrix (EZM), wurde die Auswertung der DZ Ergebnisse durchgeführt. Diese erfolgte mithilfe fluoreszenz-, licht-, und rasterelektronenmikroskopischer Aufnahmen der Proben. Die Effektivität der DZ wurde dabei anhand der zur Probenoberfläche erreichten Eindringtiefen (EDT) an DNA-Eradikation in Färbungen mit 4',6-diamidin-2-phenylindol (DAPI) und Hämatoxylin-Eosin bewertet. Zur Beurteilung der EZM dienten die Bindegewebsfärbungen Movat Pentachrom und Pikro-Siriusrot sowie die Rasterelektronenmikroskopie (REM). Generell waren die nach 4 h und 8 h eruierten EDT der äußeren Oberflächen der AW signifikant höher als die der lumenseitigen Oberflächen (64 ± 22%, p<0,001). Darüber hinaus konnte eine signifikante Zeitabhängigkeit der EDT sowohl an äußerer (78 ± 36%, p<0,001) als auch innerer Oberfläche (85 ± 58%, p<0,001) gezeigt werden. Verglichen mit der kontinuierlichen Schüttelmethode führte der Einsatz von zyklischen Inkubationsschemata (Maximum: 43 %, p<0,001), Flussbewegung (Maximum: 19 %, p<0,05) und Ultraschall (Maximum: 49 %, p<0,001) zu signifikant höheren EDT. Der Erhalt der physiologischen Gewebekomposition sowie des kollagenen Fasernetzwerkes der EZM wurde für alle Versuchsproben mithilfe der histologischen Bindegewebsfärbungen bewiesen. Die Auswertung der REM-Aufnahmen zeigte ein skelettiertes, aber intaktes Fasernetzwerk der AW. Basierend auf den gewonnen Ergebnissen wurden 6 AW für 24 h zyklisch Flussdezellularisation und intermittierender Ultraschallbehandlung ausgesetzt. Als Vergleichskollektiv hierzu wurden 6 AW im Schüttelinkubator ebenfalls für 24 h behandelt. Die Auswertung dieser beiden Gruppen bestätigte die vorherigen Ergebnisse. So führten auch hier intermittierende Waschschritte, Flussbewegung und Ultraschallexposition zu signifikant höheren EDT an äußerer (30 %, p<0,001) und innerer Oberfläche (23 %, p<0,001). Darüber hinaus konnten an den äußeren Oberflächen der AW erneut höhere EDT (45 ± 18%, p<0,001) verzeichnet, sowie die bereits postulierte Zeitabhängigkeit der EDT bestätigt werden. Hierbei zeigte sich auch, dass die Eindringgeschwindigkeit mit zunehmender Expositionszeit abnahm. Dies wurde im Sinne einer mit steigender EDT verminderten Effektivität der Behandlungsprozedur erklärt. Histologische und REM Aufnahmen lieferten in den 24 h behandelten Proben ebenfalls keine Hinweise auf prozessbedingte Schäden der Gewebestruktur. Zusammenfassend erlaubte unsere systematische Evaluation entscheidende Faktoren für effektivere DZ Prozeduren zu identifizieren und zu beurteilen. Basierend auf unseren Ergebnissen empfehlen wir für zukünftige DZ Protokolle ausdrücklich die Verwendung von zyklischen Inkubationsschemata sowie eine Kombination aus Flussdezellularsiation und Ultraschallbehandlung

Wirksamkeit der Extrakorporalen Stoßwellentherapie in der Behandlung der konservativ therapieresistenten Fasziitis plantaris. -Eine prospektive, randomisierte, kontrollierte, einfach blinde Multicenterstudie

Der symptomatische Fersensporn ist ein häufiges orthopädisches Krankheitsbild. Seine charakteristische Klinik erfordert nur in wenigen Fällen eine bildgebende Differentialdiagnostik. Nicht der Sporn selbst, sondern der Schmerz, ist Gegenstand der Therapie. Das konservative Vorgehen als Mittel erster Wahl bleibt unbestritten. Ultima ratio ist das risikoträchtige Plantarfaszienrelease, daher wird in die ESWT als Alternative zur Operation große Hoffnung gesetzt. Aus der ESWL entwickelte sich 1991 die ESWT zur Therapie der Pseudoarthrose. Im Verlauf wurden die Tendinosis calcarea, die Epicondylitis humeri radialis und der symptomatische Fersensporn als anerkannte Indikationen veröffentlicht und behandelt. Die Therapie der Ansatztendinosen erfolgte symtomatisch (Hyperstimulationsanalgesie), die der Kalkdepots und Pseudoarthrosen mit dem Ziel einer restitutio at integrum. In Anlehnung an die neuen Ergebnisse der Grundlagenforschung wurde ein gemeinsamer Neurotransmitter-vermittelter Mechanismus am Nervengewebe diskutiert. Überzeugende Untersuchungen stehen jedoch aus. Die gewebsschädigenden Einflüsse der Stoßwellen sind unbestritten. Beim Menschen sind die seltenen Nebenwirkungen bisher harmlos und reversibel. Erste vielversprechende Beobachtungsstudien zur ESWT beim symptomatischen Fersensporn wurden 1995 veröffentlicht, gefolgt von einer ersten RCT 1996. Aus Mangel an aussagekräftigen Studien wurde 1997 die Marburger Multicenterstudie nach den Kriterien der EBM geplant. Der Score nach Roles und Maudsley, der Schmerz auf der VAS, die Gehdauer und Gewichtsbelastbarkeit wurden nach 6 Wo, 3 und 12 Mo erhoben. Über das Studienprotokoll hinaus erfolgte eine MRT-Darstellung vor und 3 Mo nach ESWT sowie eine Analyse des Schmerzmitteleinnahmeverhaltens. Mit dieser Arbeit wird das Ergebnis der OKK vorgestellt und im Gesamtzusammenhang der Entwicklung diskutiert: Die Drop-out-Rate und Verblindung war gut. Die Randomisierung zeigte dagegen Mängel. Der Schmerzmittelgebrauch (Kriterium für Therapieversagen in der Gesamtstudie) ließ sich nicht kontrollieren und wurde daher nicht als Therapieversagen bewertet. Es zeigte sich kein Effekt nach 6 Wo. Nach 3 Mo verbesserte sich der Score beider Gruppen signifikant (Hauptziel). Erst nach 12 Mo kam es in beiden Gruppen für alle Kriterien zu einer sprunghaften Verbesserung, überwiegend sogar zur Schmerzfreiheit. Die Überlegenheit der Plazebo-Gruppe im Gruppenvergleich ist Ausdruck einer unzureichenden Randomisierung. Ein Wirksamkeitsnachweis für die ESWT konnte nicht erbracht werden. Zwischen der Scoreeinschätzung und den Veränderungen im MRT konnte keine Beziehung hergestellt werden. Die Pathogenese und Bedeutung des Knochenmarködems bleibt unklar. Die ESWT mit 0,08 mJ/mm² hat allenfalls wenige harmlose Nebenwirkungen, sie zeigt jedoch in der geprüften Form auch keine relevante Wirkung. Dennoch fallen die sehr guten Einzelergebnisse der Verum- und Plazebo-Gruppe nach einem Jahr auf, die die Annahme eines günstigen natürlichen Verlaufes ohne Therapie rechtfertigen. Die Ein-Jahres-Erfolge der Plazebo-ESWT unterscheiden sich kaum von denen der Operation, daher stellt sich die Frage, ob ein Plantarfaszienrelease tatsächlich die Erwartungen erfüllt. Die optimale konservative Versorgung und die Aufklärung des Patienten (Risikofaktoren, Spontanheilung) gewinnt an Bedeutung. Die Erfolgsraten der einzelnen Zentren zeigen untereinander und im Vergleich zur Gesamtstudie deutliche Unterschiede. Bei der Bewertung kleiner Kollektive ist demnach Zurückhaltung geboten. Darüber hinaus zeigt die Analyse der publizierten RCT?s, dass unterschiedliche Fallzahlen, Erfolgsmaßstäbe, Testverfahren und Studienqualitäten zu einer eingeschränkten Vergleichbarkeit, deutlich differierenden Ergebnissen und widersprüchlichen Aussagen führen. Mögliche negative Einflüsse durch die Lokalanästhesie (Dilution der Neurotransmitter, Hemmung der Hyperstimulation) werden kontrovers diskutiert und können derzeit nicht sicher beurteilt werden. Die Einhaltung des Analgetikaverbotes ließ sich nicht durchsetzten. Aussagekräftiger ist die differenzierte Dokumentation des Schmerzmittelgebrauches. Der Score nach Roles und Maudsley spiegelte die Schmerzsituation vieler Patienten nicht korrekt wider und ist für den geprüften Sachverhalt kein geeignetes Maß des Erfolges. Das Gewicht der Patientenevaluation zur Qualität der Parameter und Messinstrumente sollte nicht unterschätzt werden. Die Hierarchie der EBM als derzeitiger Gold Standard wird kontrovers diskutiert. Die Berücksichtigung gut geplanter Beobachtungsstudien für Krankheitsbilder ohne Spontanheilung scheint sinnvoll, dennoch bleibt das Mitführen einer unbehandelten Kontrollgruppe zur Verifizierung eines tatsächlichen therapeutischen Effektes insbesondere bei hoher Spontanheilung unverzichtbar. Die Vergangenheit hat gezeigt, dass unkontrollierte positive Ergebnisse zu kostenintensiven und übereilten Entwicklungen führen

Morphometrische Analyse des Azinus der humanen Lunge mittels synchrotron-basierter Mikro-Computertomographie

In der vorliegenden Arbeit wurde erstmals ein vollständiger dreidimensionaler Datensatz des Azinus der humanen Lunge mittels der Synchrotron-basierten Mikro-CT-Technik erstellt und anschließend eine quantitative Untersuchung der Strukturen des Azinus durchgeführt. Eine humane Lunge wurde durch die Beatmung mit Formalindampf in Inspirationsstellung fixiert und in einem 64-Zeilen Computertomographen gescannt. Die anschließend ausgestanzten Proben (N = 12, Durchmesser = 8 mm, Höhe = 10 mm) wurden mit Osmiumtetroxid kontrastverstärkt und mit einer Auflösung von 3,9 µm3 Voxelgröße in einem Mikro-CT mit Synchrotronstrahlenquelle gescannt. Mit einem automatisierten „Tree-Analysis“ Softwareprogramm konnten 8 Azini aus dem Volumendatensatz segmentiert werden. Die Morphometrischen Daten wurden mit dem Softwareprogramm ANALYZE 9.0 erhoben. Die Atemwege innerhalb der Azini verzweigten sich über 11 Generationen. Das mittlere Azinusvolumen wurde mit 131,3 ± 29,2 mm3 berechnet und die mittlere Oberfläche des Azinus betrug 1012 ± 26 cm2. Der Innere Durchmesser verringerte sich ausgehend von dem Bronchiolus terminalis von 0,66 ± 0,04 mm auf 0,34 ± 0,06 mm (P < 0,001) und blieb nach der siebten Generation konstant (P < 0,5). Die Länge der einzelnen Generationen variierte zwischen 0,52 und 0,93 mm und zeigte keine signifikanten Unterschiede zwischen der zweiten und elften Generation. Der Verzweigungswinkel der „Tochteräste“ schwankte zwischen 113º und 134º ohne signifikante Unterschiede zwischen den Generationen (P < 0,3). Die in vorangegangenen Arbeiten gezeigten Ergebnisse bezüglich der Morphometrie des humanen Azinus basieren auf den Methoden der Histomorphometrie. Diese arbeitet gewebedestruktiv und stellt lediglich Rückschlüsse von zweidimensionalen Serienschnitten auf dreidimensionale Strukturen her. Unsere Arbeit zeigt die Möglichkeit der quantitativen Erfassung der Strukturen des Azinus anhand eines vollständigen Volumendatensatzes unter Verwendung der Synchrotron- basierten Mikro-CT- Technik.Structural data about the human lung fin structure are mainly based on stereological methods applied to serial sections. As these methods utilize 2D images, which are often not contiguous, they suffer from inaccuracies which are overcome by analysis of 3D micro-CT images of the never-sectioned specimen. The purpose of our study was to generate a complete data set of the intact three-dimensional architecture of the human acinus using high resolution synchrotron-based micro-CT (synMCT). A human lung was inflation-fixed by formaldehyde ventilation and then scanned in a 64-slice CT over its apex to base extent. Lung samples (8-mm diameter, 10 mm height, N = 12) were punched out, stained with osmium tetroxide, and scanned using synMCT at (4 µm)3 voxel size. The lung functional unit (acinus, N = 8) was segmented from the 3D tomographic image using an automated tree-analysis software program. Morphometric data of the lung were analyzed by ANOVA. Intra-acinar airways branching occurred over 11 generations. The mean acinar volume was 131, 3 ± 29, 2 mm3 (range 92, 5- 171, 3 mm3) and the mean acinar surface was calculated with 1012 ± 26 cm2. The airway internal diameter (starting from the bronchiolus terminalis) decreases distally from 0,66 ± 0,04 mm to 0,34 ± 0,06 mm (P < 0,001) and remains constant after the seventh generation (P < 0,5). The length of each generation ranges between 0, 52 and 0, 93 mm and did not show significant differences between the second and eleventh generation. The branching angle between daughter branches varies between 113-degree and 134-degree without significant differences between the generations (P < 0, 3). This study demonstrates the feasibility of quantitating the 3D structure of the human acinus at the spatial resolution readily achievable using synMCT

Therapeutische Angiogenese bei chronischer Myokardischämie - Applikation von FGF-2 mittels selektiver druckregulierter Retroinfusion im tierexperimentellen Modell am Schwein

Die Applikation vaskulärer Wachstumsfaktoren zur Stimulation des Kollateral- (therapeutische Arteriogenese) und des Kapillarwachstums (therapeutische Angiogenese) stellt einen möglichen neuen Ansatz in der Behandlung der koronaren Herzerkrankung dar. Der klinische Einsatz vaskulärer Wachstumsfaktoren ist derzeit aber vor allem durch ein klinisch verfügbares sicheres und effektives Applikationsverfahren limitiert. Die selektive synchronisierte druckregulierte Retroinfusion (SSR) von Koronarvenen ist ein klinisch etabliertes Herzkatheterverfahren und erlaubt eine effektive Applikation von Medikamenten und Genvektoren in ischämisches Myokardgewebe. In der vorliegenden Arbeit wurde deshalb die Auswirkung der Retroinfusion des vaskulären Wachstumsfaktors FGF-2 in die Koronarvene auf das Kollateralwachstum (Arteriogenese), das Kapillarwachstum (Angiogenese), den myokardialen Blutfluss und die kontraktile Myokardfunktion bei chronischer, experimenteller Myokardischämie (Schwein) untersucht, und mit der intrakoronaren Applikation von FGF-2 verglichen. Eine hochgradige koronararterielle Stenose, mit Progression zur Komplettokklusion bis zum Tag 28 der Untersuchung, wurde durch Implantation eines Reduktionsstent-Graft in die LAD induziert. Nach 7 Tagen wurde eine 30 minütige Retroinfusion (anteriore Herzvene) ohne (Kontrollgruppe A, n=7) und unter Zugabe von 150µg FGF-2 (Gruppe B, n=7) durchgeführt, und mit der antegraden Infusion (30 min) von FGF-2 in die Koronararterie (LAD) verglichen (Gruppe C, n=7). 28 Tage nach Implantation des Reduktionsstent erfolgte die Bestimmung der Anzahl der Kollateralarterien (post-mortem Angiographie) und der Kapillardichte (Histologie, Färbung für alkalische Phosphatase). Der regionale myokardiale Blutfluss (fluoreszierende Mikrosphären) und die kontraktile Myokardfunktion (Sonomikrometrie) wurden unter Ruhebedingungen und Bedingungen mit gesteigertem Sauerstoffbedarf (rechts-atriales Pacing) gemessen. Am Versuchende, 28 Tage nach Implantation des Reduktionsstent, konnte die Retroinfusion von FGF-2 in die Koronarvene (Gruppe B), verglichen mit den unbehandelten Kontrolltieren (Gruppe A) und der antegraden Applikation von FGF-2 in die Koronararterie (Gruppe C), eine signifikante Zunahme der Kollateralarterien (5,2±1,1 vs. 2,95±0,4 vs. 3,3±0,3, p<0,05) und der Kapillardichte (1,45±0,2 vs. 1,0±0,17 vs. 1,05±0,15 [Kapillaren/Myozyt], p<0,05) erzielen. Der regionale myokardiale Blutfluss im ischämischen LAD-Areal war signifikant höher nach Retroinfusion von FGF-2 (1.07±0.14 vs. 0.66±0.07 vs. 0.72±0.17 ml*min-1*g-1, p<0.05). Entsprechend wurde nach Retroinfusion von FGF-2 auch eine signifikante Verbesserung der regionalen kontraktilen Myokardfunktion unter Ruhebedingungen (18.5±4.1% vs. 5.7±2.9% vs. 7.9±1.8% [Segmentverkürzung in % der enddiastolischen Länge], p<0.05) und Bedingungen mit gesteigertem Sauerstoffbedarf beobachtet. Der linksventrikuläre enddiastolische Druck (LVEDP) als Maß für die globale Myokardfunktion konnte statistisch signifikant lediglich mit der Retroinfusion von FGF-2 in die anteriore Herzvene, nicht jedoch bei den unbehandelten Kontrolltieren und den antegrad mit FGF-2 behandelten Tieren günstig beeinflusst werden. Die selektive druckregulierte Retroinfusion von FGF-2 in die Koronarvene konnte somit eine funktionell relevante therapeutische Arterio- und Angiogenese induzieren, und war signifikant effektiver als die intrakoronare Applikation von FGF-2. Um die Frage nach der Ursache für die effektivere Arterio- und Angiogenese nach Retroinfusion von FGF-2 in die Koronarvene zu klären, wurde in zusätzlichen Experimenten 7 Tage nach Implantation des Reduktionsstent I125-markiertes FGF-2 über 30 min mit der Retroinfusion in die anteriore Herzvene (n=3) und antegrad in die Koronararterie (n=3) verabreicht. 45 min nach Applikation konnte eine höhere myokardiale Aktivität im LAD-Areal nach Retroinfusion von I125 FGF-2 verglichen mit der intrakoronaren Gabe erzielt werden. Verglichen mit dem nicht-ischämischen RCX-Areal konnte nach retrograder Applikation eine auf das 15-30 fach erhöhte myokardiale Gewebebindung im LAD-Zielareal beobachtet werden. Die signifikant effektivere therapeutische Arterio- und Angiogenese nach Retroinfusion von FGF-2 in die Koronarvene wird daher vor allem auf eine deutlich vermehrte Gewebebindung von FGF-2 im ischämischen Myokardgewebe zurückgeführt

Evaluation der 3D Arterial Spin Labeling Technik zur Perfusionsmessung der menschlichen Niere an Probanden und Patienten mittels einer Turbo Gradient Spin Echo Sequenz

Arterial Spin Labeling ist eine Methode zur funktionellen Diagnostik am MRT mit Fokus auf die Organperfusion, welche u. a. in engem Zusammenhang mit der Entwicklung von chronischen Nierenerkrankungen sowie zahlreichen weiteren Nierenpathologien steht. Dabei ermöglicht diese Technik eine qualitative als auch quantitative Perfusionsbildgebung ohne Anwendung von Kontrastmittel, Strahlung oder invasiver Techniken. Die Nieren stellen hierbei die Perfusionsbildgebung aufgrund ihrer Physiologie und Anatomie vor besondere Herausforderungen, welche u. a. die Bewältigung der atembedingten Bewegungsartefakte sowie das niedrige Signal-zu-Rauschen-Verhältnis einschließen. Um diese funktionelle Bildgebungstechnik in der Zukunft auch für die Routinediagnostik der Nierenfunktion bereitstellen zu können, bedarf es weiterer Optimierungen sowohl in der Bildgebung als auch in der Praxis. Unter der Fragestellung, wie eine Optimierung der praktischen Anwendung und der Parametereinstellungen erzielt werden kann, haben wir eine Prototyp 3D ASL-Sequenz mit FAIR-Präparation und einer 3D Turbo-Gradient-Spin-Echo (TGSE)-Akquisition getestet. Dabei untersuchten wir sequenzspezifische Parameter und Methoden zur Artefakt¬unterdrückung an einem 3 Tesla MRT bei insgesamt 12 Probanden und 4 Patienten, um für die ausgewählten Parameter optimale Einstellungen für maximale Perfusionssignalerträge zu evaluieren und Aussagen zu der Durchführ¬barkeit und dem Einfluss bestimmter Hilfsmittel geben zu können. Dies beinhaltete mehrere Punkte, darunter die Frage nach dem geeigneten Atemmanöver (Atemanhalten/freie Atmung), dem Einfluss der Background Suppression (BS), der Matrixgröße und der Anzahl der Mittelungen sowie die Suche nach optimalen Einstellungen der Boluslänge, der Inversionszeit und des Delay after BS. Die Messungen unter verschiedenen Atemmanövern zeigten eine vergleichbare Gesamt¬perfusion unter Atemanhalten und freier Atmung, wobei die Varianzen unter freier Atmung deutlich größer waren. Messungen zur Untersuchung des Einflusses von BS auf das Perfusionssignal wiesen signifikante Signalverluste unter Anwendung der BS auf. Auch die Veränderung der Matrix¬größe führte bei Einstellungen mit höheren Auflösungen zu erheblichen Signal¬einbußen. Messungen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Mittelungen zeigten keine signifikanten Unterschiede in der Gesamtperfusion, jedoch eine deutliche Reduktion der Streuungsbreite bei einer Vervielfachung der Mittelungen. Für Messungen mit systematischer Variation der Boluslänge, Inversionszeit und Delay after BS konnten optimierte Parametereinstellungen gefunden werden mit BL = 800 ms, TI = 1200 ms und Del. after BS = 80 ms. Messungen an Patienten dienten der Untersuchung der Durchführbarkeit der Atemmanöver und zeigten ausgeprägte Bewegungsartefakte bei Messungen unter Atem¬anhalten. Zusammenfassend konnten in dieser Arbeit wesentliche Erkenntnisse zu der Durchführung und Anwendung der ASL-Technik an den Nieren gesammelt und Empfehlungen für zukünftige Studien gegeben werden. Dabei ist deutlich geworden, dass weiterhin Kompromisse zwischen einem akzeptablen Perfusions¬signal, höherer Bildauflösung und der Untersuchungszeit notwendig sind. Auch die Auswahl von Hilfstechniken wie BS oder dem geeigneten Atem-manöver zur Minimierung der Bewegungsartefakte sollten stets sequenz-spezifisch angepasst und nach dem individuellen Schwerpunkt sowie patienten-gerecht erfolgen. Die Arbeit hat jedoch auch gezeigt, dass durch Anwendung geeigneter Parametereinstellung eine zusätzliche Optimierung der ASL-Bildgebung erreicht werden kann. Mit einer optimalen Kombination aus Labeling-, Auslese- und Datenverarbeitungs¬methoden gilt es nun auch in klinischen Studien an Patienten in Korrelation zu etablierteren Untersuchungsmethoden die Validität und Zuverlässigkeit der ASL-Bildgebung weiter unter Beweis zu stellen, um somit in der Zukunft durch diese funktionelle Bildgebungstechnik in der MRT zu einer weiteren Verbesserung der Prävention und Diagnostik von Nierenerkrankungen beitragen zu können