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Ziel dieser retrospektiven Verlaufsanalyse war, eine umfangreiche kernspintomographische Verlaufsbeurteilung nach autologer Knorpelknochentransplantation am medialen Femurkondylus bei Osteochondrosis dissecans Grad IV darzustellen und diese mit klinischen Ergebnissen zu vergleichen. Hierfür wurden 2003 elf Patienten (zwölf Kniegelenke) im Alter von 23 bis 63 Jahren nachuntersucht, die sich im Zeitraum zwischen Juli 1996 und April 2002 einer autologen Knorpelknochentransplantation unterzogen hatten. Voraussetzung für die Operation war eine Osteochondrosis dissecans Grad IV des medialen Femurkondylus. Alle Patienten hatten im Vorfeld an einer retrospektiven, klinischen Studie (Grape et al.,2004) teilgenommen. Es kam ein umfangreiches MR-Protokoll zur Anwendung, das unter anderem eine T2-gewichtete Turbospinecho-Sequenz sowie eine KM-unterstützte Flash-3D-Gradientenecho-Sequenz beinhaltete. Die Beurteilung der MR-Sequenzen erfolgte nach verschiedenen Kriterien, die eine Einschätzung der Transplantate ermöglichen. Diese Kriterien sind Signalintensität (T2-mapping), SNR (signal to noise-ratio) polygonaler ROI (regions of interest), Homogenität, Oberflächenkontinuität, Oberflächenkongruenz, Knorpeldicke, Spongiosaödem und Kontrastmittelaufnahme. Die radiologischen Ergebnissen wurden zusätzlich mit den klinischen Parametern der Studie von GRAPE et al. (2004) verglichen. Statistisch wurden die Ergebnisse mit Hilfe des T-Test ausgewertet. Bei allen Patienten zeigten sich gut integrierte, vitale Transplantate mit hyalinem Knorpelgewebe. Die Auswertung der einzelnen Parameter resultierte in zum Teil sehr unterschiedlichen Ergebnissen. Es konnten keine eindeutigen Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Beurteilungskriterien hergestellt werden. Beim Vergleich zwischen radiologischen und klinischen Parameteren setzte sich diese Tendenz fort. Die gewonnenen Ergebnisse zeigen zum Zeitpunkt der Nachuntersuchung einen sehr zufriedenstellenden Status quo. Insbesondere die Signalintensitäten, die Passgenauigkeit und das Einheilungsvermögen der Zylinder sprechen für ein erfolgreiches Therapieverfahren. Die Auswirkungen der vorhandenen Mängel müssen durch weitere Langzeituntersuchungen erforscht werden. Besonders wichtig für diese Langzeituntersuchungen ist ein einheitliches Nachuntersuchungsprotokoll, das ubiquitär einsetzbar ist und möglichst einfach und eindeutig ausgewertet werden kann.

Etioplasten sind hochspezialisierte pflanzliche Organelle der Plastidenfamilie, die während der Skotomorphogenese von Pflanzen gebildet werden. Die Morphologie der Etioplasten unterscheidet sich grundlegend von Chloroplasten, die während der Photomorphogenese gebildet werden. Durch Belichtung von Pflanzen, die im Dunkeln angezogen worden sind, kommt es zur Induktion der Transformation von Etioplasten zu Chloroplasten. Die unmittelbar vor Induktion des biologischen Systems bestehende Zusammensetzung der Proteine und Proteinkomplexe des Etioplasten ist allerdings bislang kaum untersucht worden. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgten mehrere spezifische Analysen von plastidären Subproteomen. Ausgewählte Subproteome der inneren Membranen von Etioplasten der Gerste wurden im Vergleich zum Proteom der Thylakoidmembran von Chloroplasten analysiert. Durch die Kombination verschiedener gelelektrophoretischer Trennmethoden für Einzelproteine und Proteinkomplexe mit massenspektrometrischen Analysemethoden gelangen sensitivste Nachweise niedrig konzentrierter Untereinheiten von Membranproteinkomplexen. Darüber hinaus gelangen der Nachweis niedermolekularer membranintegraler Proteine und die spezifische Charakterisierung von Einzelproteinen. Im ersten Teil der Arbeit wurden die N-Termini von NADPH:Protochlorophyllid-Oxidoreduktase (POR) A und B durch ein LC-MS basiertes Verfahren bestimmt. Es erfolgte die Entwicklung einer Methode zur selektiven Isolation N-terminaler Peptide mittels Höchstdruckflüssigkeitschromatographie (UPLC). Dazu wurden zwei chemische Reaktionsschritte auf Protein- und Peptidebene durchgeführt, wodurch das N-terminale Peptid nach einem tryptischen Verdau ausschließlich acetyliert vorlag und interne Peptide durch eine weitere Modifikation mit 2,4,6-Trinitrobenzolsulfonsäure abgetrennt wurden. Dadurch konnte gezeigt werden, dass die N-Termini von PORA und PORB homolog zueinander sind und eine vergleichbare Erkennungssequenz für die prozessierende(n) Protease(n) vorliegt. Das Transitpeptid von PORA ist somit deutlich kürzer, als bislang vermutet, wodurch neue Rückschlüsse bezüglich einer möglichen Bindestelle von Protochlorophyllid gezogen werden konnten, da eine von Reinbothe et al. 2008 beschriebene Bindestelle nicht im Bereich des Transitpeptids, sondern in Bereich der maturen PORA liegt. Bei PORB konnten neben einem dominierenden N-terminalen Peptid zwei weitere um jeweils ein Alanin verkürzte N-terminale Peptide mit geringerer Signalintensität nachgewiesen werden. Dies deutet auf eine unpräzise N-terminale Prozessierung hin. Im zweiten Teil der Arbeit gelang die bislang umfassendste massenspektrometrische Charakterisierung des NAD(P)H-Dehydrogenase-Komplexes aus einer C3-Pflanze. In Etioplasten konnten sechs plastidär kodierte und mindestens fünf kernkodierte Untereinheiten des NDH-Komplexes identifiziert werden. Dies gelang durch die Isolation des Komplexes mittels nativer PAGE als 1. Dimension und die anschließende Aufkonzentrierung der Untereinheiten in einer SDS-PAGE als konzentrierende 2. Dimension. Dadurch konnte gezeigt werden, dass der NDH-Komplex bereits in Etioplasten neben dem membranintegralen Subkomplex aus mindestens zwei löslichen Subkomplexen aufgebaut ist. Aufgrund dieser umfangreichen Assemblierung ist eine physiologische Funktion wahrscheinlich und erste Versuche zur NAD(P)H-Dehydrogenase Aktivität lieferten Hinweise auf eine mögliche enzymatische Aktivität. Im dritten Teil der Arbeit gelang in Etioplasten erstmals der Nachweis aller bekannten membranintegralen, niedermolekularen Untereinheiten von Photosystem II, nicht aber von Photosystem I. Die Untereinheiten von PSI konnten ausschließlich in Chloroplasten nachgewiesen werden. Von PSII konnten 13 niedermolekulare Untereinheiten mit jeweils einer Transmembrandomäne nachgewiesen werden. Diese Untereinheiten konnten im Gegensatz zu Chloroplasten nicht in höhermolekularen Komplexen, sondern ausschließlich nahe der Lauffront einer BN-PAGE im Bereich der freien Proteine nachgewiesen werden. Der Nachweis von PsbN war ausschließlich in Etioplasten möglich. Aus diesen Ergebnissen wurde geschlossen, dass ausschließlich nicht-chlorophyllbindende Untereinheiten von PSII in Etioplasten akkumuliert werden und die Anreicherung von chlorophyllbindenden Untereinheiten von PSI und PSII von der Anwesenheit von Chlorophyll abhängt. Darüber hinaus konnten die vier niedermolekularen, membranintegralen Untereinheiten des Cytochrom b6f-Komplexes in Etioplasten und in Chloroplasten sowohl in der monomeren, als auch dimeren Assemblierungsstufe nachgewiesen werden. Ermöglicht wurden diese Nachweise durch eine neu entwickelte Methode zur Extraktion von Proteinen aus einem Polyacrylamid-Gel mit organischen Lösungsmitteln und der anschließenden massenspektrometrischen Charakterisierung mittels offline ESI-MS.

Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) ist ein nicht-invasives Verfahren, das es ermöglicht, die Reizverarbeitung im Gehirn zu visualisieren. Für die statistische Analyse der Daten werden standardmäßig hypothesengeleitete Auswerteverfahren auf Basis des allgemeinen linearen Modells (general linear model, GLM) verwendet. Da der Signalanstieg in den Arealen sehr gering ist, muss, um in einem Experiment, das mit der Methode des GLMs ausgewertet werden soll, die Ruhe- und Aktivitätsbedingung mehrere Male wiederholt werden, um das erhaltene Signal besser vom Hintergrundrauschen trennen zu können. In bestimmten Fällen neuronaler Aktivität kann ein Stimulus nicht mehrere Male wiederholt werden, zum Beispiel nach Präsentation eines Reizes durch den ein sensorisches System für längere Zeit verändert wird (z.B. durch Adaptation). Die Methode der Independent Component Analysis (ICA) ist ein datengeleitetes Auswerteverfahren, das es ermöglicht Bilddaten so auszuwerten, dass a priori keine Hypothese über den Verlauf der Zeitkurve oder die Signalintensität bekannt sein muss. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die ICA als datengeleitete Analysemethode reliable Ergebnisse sowohl im Bereich der trigeminalen Stimulation in fMRT Experimenten, als auch im relativ neuen Forschungsfeld der pharmakologischen Stimulation in der funktionellen Bildgebung liefert. Das Auswerteverfahren der ICA stellt somit eine vielversprechende Bereicherung der fMRT-Methodik dar.

Etwa 30% aller Gene codieren für Membranproteine (MP). Trotz ihrer hohen Relevanz, speziell im medizinischen Bereich, stellt die Analyse von MP aufgrund ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften ein häufiges Problem in der Proteinbiochemie dar. Diese Arbeit soll eine Einsicht in die Problematik geben sowie Lösungsansätze aufzeigen, um den Umgang mit diesen Polypeptiden zu vereinfachen. Ein geeignetes Modellsystem zum Studium der Eigenschaften membranintegraler Proteine und Peptide sowie zur Verbesserung der bestehenden Analysemethoden stellte die Thylakoidmembran der Plastide dar. Um das funktionelle Proteom der Thylakoidmembran zu definieren, wurden die Proteinkomplexe der Thylakoidmembran von Gerste (Hordeum vulgare) über hochauflösende 2D-Blue Native /SDS-Polyacrylamidgelelektrophorese (PAGE) getrennt. Das Gelsystem erlaubte die Isolation der photosynthetisch aktiven Proteinkomplexe PSI/LHCI, PSII, LHCII, Cytochrom b6/f und ATPase in unterschiedlichen Assemblierungszuständen. Im Fokus der Untersuchungen stand die Charakterisierung der isolierten Subkomplexe von PSII. Die Identifikation der Komplexuntereinheiten erfolgte nach enzymatischem In-Gel Verdau und massenspektrometrischer Analyse der entstandenen Peptide (offline nanoESI-MSMS). MP > 10 kDa wurden ausschließlich über Peptide aus den löslichen Abschnitten identifiziert. Die Analyse der niedermolekularen Untereinheiten (< 10 kDa) wurde auf Ebene des Gesamtproteins nach Extraktion aus den Komplexbanden der BN-PAGE realisiert. Dabei konnten dem mono- und dimeren PSII-Subkomplex folgende niedermolekularen UEn zugeordnet werden: PsbE, PsbF, PsbI, PsbK, PsbL, PsbM, PsbTc und PsbX. Da kein Unterschied in der Zusammensetzung des mono- und dimeren PSII-Subkomplexes existierte, konnte eine Beteiligung einer der niedermolekularen UEn an der Ausbildung des dimeren PSII-Subkomplexes im Rahmen der Assemblierung nicht bestätigt werden. Die Lichtsammelproteine (LHCP) des LHCII wurden nach 2D BN/SDS-PAGE auf Ebene der Superkomplexe oder abgetrennt als Mono- und Trimerer LHCII-Subkomplex identifiziert, wobei das Trimer durch das Fehlen der minoren LHCP (CP29, CP26 und CP24) charakterisiert war. Die für Membranproteine der Thylakoide ungewöhnlich hydrophilen LHCP erhielten die benötigte Hydrophobizität zur Durchspannung der Membran über die Bindung von Pigmenten (Chlorophyll). Eine eindeutige Unterscheidung der Genprodukte von Lhcb1-3 war trotz extremer Sequenzhomologie über die Detektion eines charakteristischen Peptids im N-terminalen Bereich der maturen Sequenz möglich. In Gerste wurde somit jeweils eine Form von Lhcb2 und 3, sowie sechs Isoformen von Lhcb1 identifiziert. Um den In-Gel Verdau von Proteinen nach elektrophoretischer Trennung zu vereinfachen und zu standardisieren, wurde ein Reaktionsgefäß (OMX-S®) aus Polypropylen entwickelt. Im Zuge der Anpassung des konventionellen Protokolls zum In-Gel Verdau von Proteinen für OMX-S® wurde ein optimiertes Verdauprotokoll entwickelt, das ohne die Reaktionsschritte Entfärbung, Reduktion & Alkylierung der AS Cystein sowie eine multiple Extraktion zur Anreicherung der entstandenen Peptide auskommt. Die Erhöhung der Reaktionstemperatur auf 50°C und die Verkürzung der Diffusionsstrecke für die Protease erhöhten zudem die Effizienz des Verdaus und führten zu einer Reduktion der gesamten Prozesszeit von 6-24 h auf 1 h. Welche Auswirkung die Auslassung einzelner Reaktionsschritte auf die Peptidausbeute hatte, wurde nach differentieller Isotopenmarkierung der generierten Peptide mittels massenspektrometrischer Analyse quantifiziert. Da jeder Prozessierungsschritt eine potentielle Quelle für Verluste darstellte, waren die Peptidausbeuten im Vergleich zum konventionellen In-Gel Verdau äquivalent oder sogar besser. Unabhängig vom verwendeten Verfahren, fehlten die membranintegralen Peptide in den Spektren. Folglich wurde die Detektierbarkeit und Signalintensität von tryptischen Peptiden in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren untersucht. Dabei ergab sich eine direkte Korrelation zwischen der Proteinmenge einer Bande und der Anzahl, der nach Verdau detektierten Peptide. Die Untersuchungen an Peptiden aus löslichen und membranintegralen Proteinen ergaben, dass die Hauptursache für das Fehlen letzterer, nicht auf den Einfluss bestimmter AS auf die Ionisierbarkeit, die Sequenzlänge und/oder die Hydrophobizität zurückzuführen war. Entscheidend für die Abwesenheit der membranintegralen Peptide war vielmehr die schlechte Zugänglichkeit der Schnittstellen für die Protease, aufgrund unzureichender Denaturierung der Sekundärstruktur bzw. der Aggregation hydrophober Abschnitte im Rahmen der Probenaufarbeitung.

Die Eignung des neuartigen intravaskulären Kontrastmittels MS-325 (Vasovist) zur Darstellung kurzzeitig ischämisch geschädigten Myokards mit der Magnetresonanztomographie (MRT) werden experimentell an der Ratte untersucht. Es sollte geprüft werden, ob bzw. inwieweit bei Verwendung von MS-325 kurze Ischämiezeiten im Bereich von 12 bis 30 Minuten (12, 18, 30 min) im Vergleich zum bisher in der klinischen Kardiologie genutzten extrazellulären gadoliniumhaltigen Kontrastmittel Magnevist(r) detektierbar sind, ab welcher Okklusionszeit ein Myokardinfarkt mit einem Kontrastmittel darstellbar ist und ob ein intravaskuläres Kontrastmittel wie MS-325 ischämisch geschädigtes jedoch nicht infarziertes Gewebe detektieren kann. Die Untersuchungen wurden an 40 weiblichen Ratten durchgeführt. Je drei Gruppen für MS 325 bzw. Gadolinium zu drei Ischämiezeiten: 12, 18 und 30 min. Es wurden T2- und T1-gewichtete Sequenzen innerhalb eines 120-Minuten Monitorings (nativ bzw. T2, 3, 15, 30, 45, 60, 90 und 120 min) erfasst und die MRT-Messungen histomorphometrisch (TTC-Gewebefärbung) überprüft. Dabei konnte bei insgesamt 16 Tieren ein Infarkt nachgewiesen werden. Dies betraf von den mit MS 325 behandelten Tieren 2 nach 18 min und 7 nach 30 min Ischämiedauer (n = 7 pro Versuchsgruppe). Von den Tieren, denen Magnevist(r) appliziert wurde, war nur die 30 min-Gruppe TTC-positiv. Die Untersuchungen ergaben, dass MS-325-Anreicherungen nach allen drei Okklusionszeiträumen zu erkennen waren. Es wurde sowohl infarziertes als auch nicht infarziertes, nur ischämisch geschädigtes Myokard dargestellt. Bei der 12-Minuten-Gruppe zeigten 3 Tiere eine erhöhte Signalintensität. In der Testgruppe MS 325; 30 min Okklusionszeit waren nur teilweise MRT-detektierbare Kontrastmittelanreicherungen nachweisbar. Nach 120 min des Monitorings konnten innerhalb dieser Gruppe bei 5 Tieren keine erhöhten T2-Signale im Ischämiegebiet erfasst werden. Hinsichtlich der Einschätzung der Infarktgröße (MRT versus TTC) zeigte sich bei der Bland-Altman-Analyse nach Kontrastmittelgabe für beide Kontrastmitteln zuerst eine Überschätzung der Infarktgröße. 60 bis 120 min nach Kontrastmittelgabe ist für MS 325 bereits eine leichte Unterschätzung der Infarktgröße festzustellen, für Gadolinium erst 120 min nach Kontrastmittelgabe. Die statistischen Auswertungen (4-Way-ANOVA, t-Tests) der Kontrastmittel-Spätan-reicherung (Kontrast Blut/Myokard, ischämisch geschädigtes Areal/Myokard, ischä-misch geschädigtes Areal/Blut) ergaben einen signifikanten Unterschied im Vergleich der beiden Kontrastmittel für den Kontrast Blut/Myokard. Die T1-gewichteten Sequenzen (4-Way-ANOVA, 3-Way-ANOVA, t-Tests) zeigten, dass Gewebekontraste auch bei kurzen Ischämiezeiten (12 bis 30 min) durch MS 325 im Vergleich zu Magnevist teilweise besser darstellbar waren. Dabei nahm die Kontrastdarstellung mit zunehmender Ischämiedauer zu.

Die Superparamagnetic Iron Oxides (SPIO)-verstärkte MRT der Leber wird als sinnvolle präoperative diagnostische Methode mit einer hohen Sensitivität und Spezifität für die Detektion von fokalen Leberläsionen angewendet. Mit der SPIO-verstärkten MRT ist aber prinzipiell auch eine Differenzierung zwischen benignen und malignen fokalen Leberläsionen möglich auf der Basis ihrer zellulären Zusammensetzung und Funktion (RES-Zellen in normalem Lebergewebe und in benignen Tumoren, keine RES-Zellen in malignen Tumoren). In früheren Studien wurden die Effekte von SPIO-Kontrastmitteln fast ausschließlich auf die Detektion von Läsionen sowie die Effekte in T2-gewichteten (w) Fast-Spin Echo (FSE) und T2*-w Gradienten Echo (GRE) Sequenzen beschränkt, da SPIO hauptsächlich die T2 / T2* - Zeiten verkürzen. Ferucarbotran ist ein relativ neu zugelassenes SPIO-Kontrastmittel, welches als intravenöser Bolus appliziert werden kann und sich durch eine geringe Nebenwirkungsrate vor allem im kardiovaskulären Bereich auszeichnet. Eine dynamische T1-w Perfusionsmessung nach der Bolusapplikation von Ferucarbotran könnte Informationen über die Vaskularisation solider Tumore in der Leber liefern. Die Möglichkeit der Charakterisierung von fokalen Leberläsionen mit Hilfe der dynamischen Ferucarbotran-verstärkten MRT wurde bereits in der Literatur angedeutet und typische Befunde konnten an einer begrenzten Anzahl von Fällen für einzelne fokale Leberläsionen gezeigt werden. Das erste Ziel dieser Arbeit war die Evaluierung der diagnostischen Effizienz des SPIO Kontrastmittel Ferucarbotran in T2-w FSE and T2*-w GRE Sequenzen zur Charakterisierung von fokalen Leberläsionen. Das zweite Ziel war es typische Anreicherungsmuster fokaler Leberläsionen in der dynamischen T1-w MRT mit 2D-GRE and 3D-GRE VIBE Sequenzen zu beschreiben. An einem 1.5 Tesla MRT-System wurden native und kontrastverstärkte T2-w FSE and T2*-w GRE Sequenzen 10 Minuten nach Bolusinjektion von 1.4 ml Ferucarbotran bei 68 Patienten durchgeführt. An einem 1.5 Tesla MRT-System wurden T1-w dynamische Bilder bei 23 Patienten mit einer 2D-GRE Sequenz und bei 37 Patienten mit einer 3D-GRE-VIBE Sequenz akquiriert. Die endgültige Diagnose der 68 Patienten, bei denen T2-w FSE/ T2*-w GRE Sequenzen durchgeführt wurden war Hepatozelluläres Karzinom (HCC, n=29), Lebermetastasen (n=15), Cholangiozelluläres Karzinom (CCC, n=2), Hämangiom (n=6), Leberzelladenom (n=5), Fokal Noduläre Hyperplasie (FNH, n=3) und Zysten (n=8). Die endgültige Diagnose der 60 Patienten, bei denen eine T1-w dynamische Ferucarbotran-verstärkte MRT durchgeführt wurde war HCC (n=25), Lebermetastasen (n=14), CCC (n=2), Hämangiom (n=6), Leberzelladenom (n=3), FNH (n=3) and Zysten (n=7). In den T2-w FSE und T2*-w GRE Bildern wurde das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) und das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis basierend auf Signalintensitätsmessungen in den fokalen Läsionen und dem Leberparenchym durchgeführt. Der prozentuale Signalverlust (PSIL) der verschiedenen fokalen Läsionen von der nativen zur kontrastverstärkten T2-w FSE –Sequenz wurde errechnet. Eine qualitative Auswertung der Bildqualität sowie der Abgrenzbarkeit der Läsionen im Vergleich zwischen kontrastverstärkten T2-w FSE und kontrastverstärkten T2*-w GRE Bildern erfolgte. In den T1-w dynamischen Bildern wurden Signalintensitätsmessungen im Leberparenchym, den Lebergefäßen und in fokalen Leberläsionen vorgenommen um SNR und CNR zu errechnen. Das mittlere SNR von soliden benignen Läsionen zeigte einen Abfall in der T2-w FSE Sequenz von 34.1 vor auf 21.0 (p

Nachdem die MRT- Darstellung von Gelenken beim Menschen zur Erkennung von ligamentären und chondralen Verletzungen heute Routine geworden ist, galt das Interesse der vorliegenden Studie einer optimalen Darstellung des Ge-lenkknorpels und Validierung von standardisierten Knorpeldefekten im Kniege-lenk des Hundes mit Hilfe der Hochfeld-Magnetresonanztomographie. Die klinische Relevanz der gewählten Fragestellung liegt zum einen in der Fest-legung minimaler Nachweisgrenzen als Voraussetzung für die diagnostische Zuverlässigkeit der Magnetresonanztomographie bei Gelenkknorpeldefekten ganz allgemein und zum anderen speziell im Kniegelenk des Hundes, das auf-grund seiner kleineren Größe und geringeren Gelenkknorpeldicke schwieriger zu beurteilen ist, als das Kniegelenk des Menschen, bei dem die MRT heute als Verfahren der Wahl zur Dokumentation von Knorpelschäden eingesetzt wird. Insbesondere sind Verlaufsbedingungen von Knorpelschäden unter Anwendung von Chondroprotektiva von großem Interesse, da die vielen auf dem Markt an-gebotenen Präparate hinsichtlich ihrer Wirkung bislang nicht hinreichend über-prüft sind. Erst wenn bekannt ist, bis zu welcher minimalen Größe Knorpel-schäden sicher als solche mit der MRT beurteilbar sind, können Heilungsverläu-fe nicht invasiv dokumentiert und objektiv bewertet werden. Als Untersuchungssequenz wurde die T1-FLASH-3D-WE-Sequenz gewählt, die sich beim Menschen schon länger zum Nachweis von Knorpelschäden etabliert hat. Sie wurde mit isotroper und anisotroper Darstellung gemessen. Für die Herstellung von standardisierten Knorpeldefekten mit einer Größe bis minimal 0,3 mm Tiefe wurde eine Methodik entwickelt, die reproduzierbare artefaktfreie Ergebnisse lieferte. Bei der Untersuchung mit der Magnetresonanztomographie wurden neben der Knorpeldicke alle Signalintensitäten, Signal-zu-Rausch- und Kontrast-zu-Rausch- Verhältnisse bestimmt. Es zeigte sich, dass Knorpeldefekte bis zu einer Größe von 3 mm Durchmesser und einer Tiefe von 0,4 mm in anisotroper Darstellung zuverlässig erkennbar sind. Des Weiteren wurde festgestellt, dass für eine optimale Sichtbarmachung des Gelenkknorpels und seiner Defekte eine geringe In-plane-Auflösung mit größerer Schichtdicke, wie in der anisotropen Darstellung, einem besseren Signal-zu-Rausch- und Kontrast-zu-Rausch- Verhältnis in der isotropen Darstel-lung vorzuziehen ist. Dies ist letztlich nur durch eine bessere anatomische „Schärfe“ der Anisotropie zu erklären, deren Effekte den SNR- und CNR- Effekt überkompensiert. Für geplante Verlaufskontrollen von Knorpelschäden liefern diese Erkenntnisse gute Grundlagen zur Beurteilung von Knorpelregeneration und deren zeitliche Einschätzung.

Hintergrund: Die MRT ist eine hochsensitive Methode zur Erkennung von Herdbefunden der weiblichen Brust. Ein Nachteil liegt jedoch in einer hohen Rate an falsch positiven Befunden. Hier stellte sich die Frage, ob der Einsatz von Computerverfahren auf der Basis der Vektorquantisierung eine diagnostische Hilfestellung leisten kann, insbesondere ob eine Verbesserung der Dignitätsbeurteilung durch eine Subdifferenzierung der Bildpunkte innerhalb einer KM-aufnehmenden Läsion erreicht werden kann. Ziel der Arbeit war es, die konventionellen Auswertetechniken der dynamischen MRT mit einem computergestützten Ansatz, basierend auf einer Klassifikation der Kontrastmitteldynamik mittels neuronaler Netze, zu vergleichen. Dieses Auswerteprogramm zur Analyse von Signalintensitätszeitreihen wurde in der Bildverarbeitungsgruppe des Instituts für Klinische Radiologie entwickelt. Methode: Dieses neuartige Auswerteverfahren wurde erstmals bei einem größeren Patientenkollektiv eingesetzt. Dafür wurden 399 Patientinnen mit mammographisch unklarem Befund (BIRADS 3) im Zeitraum von 1997 bis 2003 mittels dynamischer MRT untersucht. Aus diesem Kollektiv wurden alle Herdbefunde (n=92) für den Methodenvergleich ausgewählt, die einen initialen Signalanstieg > 50% nach Gabe von Kontrastmittel aufwiesen. Die Befunde wurden mit dem histologischen Ergebnis korreliert oder in einigen Fällen durch Nachuntersuchungen über mehr als 18 Monate als benigne verifiziert. Zunächst wurden die MR-Mammographien mit einer im klinischen Alltag gebräuchlichen Auswertemethode ausgewertet. Dabei wurde die Kontrastmitteldynamik nach den von Kuhl et al. publizierten Kriterien (Radiology 1999) klassifiziert. In einem weiteren Auswerteschritt wurden zusätzlich zur Kontrastmitteldynamik auch morphologische Kriterien mit einbezogen und ein Punktescore gebildet (Göttinger-Score). Bei der Vektorquantisierung wurden die Signalintensitätskurven aller Bildpunkte eines mehr als 50 % KM-aufnehmenden Herdes in 4 prototypische Kurvenverläufe (sog. Code-buchvektoren) subdifferenziert. Als weiteres Ergebnis der Vektorquantisierung erhielt man sog. Cluster-Zuordnungskarten, auf denen die zu einem Codebuchvektor gehörigen Pixel morphologisch dem Herdbefund in der Brust zugeordnet werden konnten. Auf der Basis der Codebuchvektoren wurde eine erneute Klassifikation der Herdbefunde vorgenommen, wobei wiederum die Klassifikation des Kurventyps nach Kuhl und der Göttinger Score als Grundlage dienten. Ergebnisse: Bei der Beurteilung der Signalintensitätsverläufe ergab sich in dem selektierten Patientengut für die konventionelle Auswertung eine Sensitivität von 70,5%, eine Spezifität von 68,3%, sowie eine Genauigkeit von 70,0%. Mit der Vektorquantisierung wurde eine Sensitivität von 82,3%, eine Spezifität von 68,3% und eine Genauigkeit von 76,1% erzielt. Demnach war durch die Vektorquantisierung bei unveränderter Spezifität eine Verbesserung der Sensitivität und damit eine höhere Genauigkeit zu beobachten. Unter Einbeziehung morphologischer Kriterien für die Herdcharakterisierung, ergab sich in Anlehnung an den Göttinger Score bei der konventionellen Auswertung eine Sensitivität von 62,7%, eine Spezifität von 70,7%, sowie eine Genauigkeit von 66,3%. Bei der Clusteranalyse betrug die Sensitivität 82,3%, die Spezifität 53,5% und die Genauigkeit 69,6%. Demzufolge war unter Berücksichtigung der morphologischen Kriterien keine Verbesserung der Dignitätsbeurteilung bei den überwiegend kleinen Herdbefunden zu erreichen. Um die Reproduzierbarkeit der Methode zu überprüfen, wurde die Interobservervariabilität einerseits in Bezug auf die Herdsegmentierung und Vektorquantisierung, andererseits in Bezug auf die visuelle Klassifikation der Kurvenverläufe untersucht. Dabei fand sich eine gute Übereinstimmung zwischen verschiedenen Auswertern. Schlussfolgerung: In einem schwierigen Patientengut mit mammographisch unklaren, vorwiegend kleinen Herdbefunden, war die Vektorquantisierung der konventionellen Auswertetechnik von dynamischen MR-Mammographien in Bezug auf die Dignitätsbeurteilung überlegen. Die Vektorquantisierung könnte daher als Grundlage für eine automatisierte Auswertung für MR-Mammographien dienen.

Durch den Einsatz neuer MR-Bildgebungsverfahren und durch die Realisierung von störungsfreien elektrophysiologischen Ableitungen in der MRT konnten neue Methoden und Ergebnisse im Bereich der schnellen MR-Bildgebung erarbeitet werden. Die Ergebnisse waren vor allem die Entwicklung von Methoden der digitalen Signalverarbeitung zur Entstörung von EEG-Ableitungen in der MRT, die praktische Umsetzung dieser Methoden in einer klinischen Studie zur nicht invasiven Lokalisation epileptischer Herde durch EEG-geführte funktionelle MR-Bildgebung, weiter der experimentelle Nachweis der Stimulation peripherer Nerven bei schnellen MR-Bildgebungsverfahren mittels EMG-Ableitung in der MRT und schließlich die Programmierung eines umfassenden Modells zur Abschätzung einer Stimulation peripherer Nerven und des Myokards während schneller MR-Bildgebung. Bei medikamentös nicht einstellbarer fokaler Epilepsie verbleibt als einzige Therapieform eine Resektion des anfallauslösenden Cortexareals. Eine exakte Lokalisation des zu resezierenden Areals ist von entscheidender Bedeutung für den therapeutischen Erfolg. Das EEG ist der Goldstandard zur Diagnose von Epilepsien. Eine genaue dreidimensionale Lokalisation des Ursprungs epilepsietypischer Ereignisse ist mit nicht invasiven EEG-Ableitungen jedoch unmöglich. Mit der funktionellen Magnetresonanztomographie hingegen lassen sich aktive Cortexareale unübertroffen genau lokalisieren. Ziel der Arbeit war es, ein EEG in diagnostischer Qualität in der MRT abzuleiten, epilepsietypische Ereignisse im EEG zu detektieren, nach diesen Ereignissen die funktionelle MRT zu starten und somit Cortexareale mit epilepsietypischer Aktivität dreidimensional zu lokalisieren. Das EEG ist für elektromagnetische Störungen extrem anfällig. In der Umgebung der MRT mit Hochmagnetfeldern, Radiofrequenzen und niederfrequenten Magnetfeldern war ein EEG bisher nicht auswertbar. In dieser Arbeit wurden verschiedene Störeinflüsse der MRT auf das EEG untersucht. EKG-synchrone minimale Bewegungen des Kopfes der Patienten im Hochmagnetfeld induzieren Signale im EEG, die eine Erkennung epilepsietypischer Ereignisse im EEG verhindern. Algorithmen wurden entwickelt, die Störungen im EEG durch eine Korrelation zum EKG ermitteln und dann vom EEG subtrahieren. Mit diesen Algorithmen ließ sich ein EEG in diagnostischer Qualität im Hochmagnetfeld des MR-Tomographen realisieren. Während der Bildgebung ist das EEG durch elektromagnetische Induktion und durch Vibrationen bei den Schaltvorgängen der magnetischen Gradientenfelder gestört. Es konnte gezeigt werden, dass die im EEG induzierten Störfrequenzen aus diskreten harmonischen Frequenzen bestehen, die den Programmstrukturen der Bildgebungssequenzen entsprechen. Ein digitales Signalverarbeitungsverfahren wurde entwickelt, das die Fourier-Transformationen von gestörtem und ungestörtem EEG vergleicht, Störfrequenzen automatisch erkennt und schließlich aus dem EEG entfernt. Eine kontinuierliche Korrelation funktioneller MR-Daten mit der elektrischen Aktivität des Cortex wurde mit diesem Verfahren erstmals möglich. In einer Studie mit Patienten, die an fokaler Epilepsie leiden, wurde das EEG in der MRT abgeleitet und die entwickelten Algorithmen zur Entstörung des EEG wurden angewendet. Dabei wurde die funktionelle Bildgebung unmittelbar nach dem Auftreten epilepsietypischer interiktaler Spikes im EEG gestartet. Mehrere Datensätze wurden nach einem interiktalen Spike erfasst. Durch eine Korrelation der MR-Daten mit dem entstörten EEG konnten eindeutige MR-Datensätze einer statistischen funktionellen Auswertung zur Verfügung gestellt werden. Bei Patienten, die eine angemessene Zahl interiktaler Spikes während der Untersuchungszeit aufwiesen, ließ sich das interiktal aktive Cortexareal in hoher dreidimensionaler Auflösung darstellen. Die Signalintensitätsänderungen in den MR-Datensätzen durch den BOLD-Kontrast nach interiktalen Spikes betrug durchschnittlich 15 % und übertraf damit alle Signalintensitätsänderungen, die mit anderen funktionellen MR-Studien bei gleicher Feldstärke bisher erreicht werden konnten. Dem Einsatz neuer schneller MR-Bildgebungsverfahren mit deren erweiterten diagnostischen Möglichkeiten stehen Stimulationen peripherer Nerven, ausgelöst durch schnelles Schalten magnetischer Gradientenfelder, entgegen. Schaltet man magnetische Gradientenfelder von großer Amplitude in sehr kurzer Zeit, werden dadurch Ströme im Körper des Patienten induziert, die wiederum periphere Nerven stimulieren können. Die Regulierungsbehörden mehrerer Länder, wie auch das Bundesamt für Strahlenschutz, reagierten auf diese Umstände und empfahlen Grenzwerte für geschaltete magnetische Gradientenfelder in der MRT. Schädigende Wirkungen der Stimulation peripherer Nerven waren nicht bekannt, es wurde jedoch eine mögliche Erregung des Myokard befürchtet. In einer Projektarbeit für das Bundesamt für Strahlenschutz wurden mehrere Studien durchgeführt, um die Problematik der Stimulation peripherer Nerven durch schnell geschaltete magnetische Gradientenfelder in der MRT näher zu untersuchen. Die physiologischen Vorgänge bei der Stimulation peripherer Nerven durch geschaltete magnetische Felder wurden erläutert. Die Schwelle zur Erregung peripherer Nerven durch geschaltete magnetische Felder ist für motorische Nerven am geringsten. Wird ein motorischer Nerv erregt, führt dies zu einer Kontraktion des entsprechenden Muskels. In früheren Studien wurden Stimulationsschwellen durch das Befragen der Probanden bestimmt. Dabei wurde eine weite Streuung der Stimulationsschwellen unter den Probanden beobachtet und das subjektive Empfinden der Probanden als Ursache der weiten Streuung der Stimulationsschwellen konnte nicht ausgeschlossen werden. Mittels Elektromyographie (EMG) in der MRT konnte die Stimulation peripherer Nerven erstmals messtechnisch nachgewiesen werden. Durch einen Vergleich der Stimulationsschwellen, bestimmt durch die Aussagen der Probanden, mit den Stimulationsschwellen, die durch EMG-Ableitung bestimmt wurden, ließ sich zeigen, dass die Aussagen der Probanden gut mit dem EMG übereinstimmen und dass die Streuung der Stimulationsschwellen auf unterschiedlichen konstitutionellen Parametern der Probanden beruhen muss. Die Erregung peripherer Nerven mit elektrischen Strömen wurde in zahlreichen anderen Studien bereits ausführlich untersucht und ein breites Wissen ist in internationalen Veröffentlichungen zugänglich. Das Grundgesetz der Elektrostimulation, das Weiss-Gesetz, beschreibt die Stimulationswirkung eines Strompulses mit den neurophysiologischen Konstanten Rheobase und Chronaxie. Stimulationsexperimente wurden im Magnetresonanztomographen durchgeführt, mit denen sich die Werte von Chronaxie und Rheobase der einzelnen Probanden bestimmen ließen. Die Werte stimmen mit den Werten aus Studien der Elektrostimulation überein. Ein anderes Modell aus der Elektrostimulation, das SENN-Modell, beschreibt die Stimulation von oszillierenden Strömen in Abhängigkeit von deren Frequenz. In Stimulationsexperimenten konnte gezeigt werden, dass sich auch dieses Gesetz zur Beurteilung der Stimulationswirkung oszillierender magnetischer Felder in der MRT eignet. Ergebnisse aus der Elektrostimulation lassen sich also auf die Beschreibung der Stimulation peripherer Nerven durch magnetische Felder in der MRT übertragen. Die Literatur der Elektrostimulation bietet jedoch kein umfassendes Modell an, das die Stimulation einer beliebigen Schaltung von magnetischen Feldern beschreiben kann. Auf den Kenntnissen der Elektrostimulation aufbauend wurde ein umfassendes Modell programmiert, das einer Verallgemeinerung des Weiss-Gesetzes von konstanten zu zeitlich veränderlichen Strömen entspricht und das die Stimulation einer beliebigen Gradientenschaltung vorhersagen soll. Dem Modell liegt zugrunde, dass Ströme, die durch geschaltete Magnetfelder induziert werden, eine Ladung auf der Nervenmembran aufbauen. Überschreitet diese Ladung einen bestimmten Wert, wird die Erregung des Nerven ausgelöst. Das Modell wurde in entsprechenden Algorithmen umgesetzt, die aus der Gradientenschaltung ein Stimulationspotential berechnen. In mehreren Stimulationsexperimenten, in denen verschiedene Parameter der Gradientenschaltungen variiert wurden, wurde das Modell getestet. Die Simulationen des Modells konnten stets die Ergebnisse der Experimente reproduzieren. Da in das Modell die neurophysiologischen Parameter Chronaxie und Rheobase eingehen, konnte das Modell darüber hinaus auch das Stimulationsverhalten individueller Probanden vorhersagen. Eine optimale Ausnutzung der technischen Möglichkeiten zur schnellen MR-Bildgebung bei uneingeschränktem Komfort für den Patienten wird durch den Einsatz dieses sogenannten GSF-Modells möglich. Die Parameter Chronaxie und Rheobase sind auch für das Myokard bekannt. Durch einen Austausch der Parameter für periphere Nerven mit den Parametern des Myokards im GSF-Modell konnten Stimulationsschwellen des Herzens reproduziert werden, wie sie von einer anderen Forschungsgruppe an Hunden experimentell bestimmt wurden. Mit dem GSF-Modell für das Herz ließ sich zeigen, dass selbst mit den zur Zeit leistungsfähigsten Gradientensystemen keine Gefahr der Erregung des Myokards besteht. Aus der Kombination von zwei etablierten diagnostischen Verfahren, der schnellen MR-Bildgebung und der Aufzeichung elektrophysiologischer Signale, und durch die Lösung der in der Kombination auftretenden methodischen Schwierigkeiten, ließen sich in den vorgestellten Studien aktuelle wissenschaftliche Ergebnisse im Bereich der Magnetresonanztomographie erarbeiten, die von klinischer und sicherheitstechnischer Relevanz sind.

MIPs (major intrinsic proteins) sind eine Gruppe von Transport-Proteinen, die ubiquitär in Archaea, Pro- und Eukaryoten zu finden sind. Neben spezifischen Wasserkanalproteinen (Aquaporine) sind einige Mitglieder dieser Familie permeabel für andere kleine und ungeladene Moleküle, wie z.B. Glycerin. Als Grundlage zur Funktionsaufklärung der 38 MIP-Mitglieder in A. thaliana wurden ihre transkriptionellen Reaktionen untersucht. Dazu wurde ein DNA-Array mit Sonden aus dem 3´-untranslatierten Bereich dieser Gene entwickelt, der die Unterscheidung der oft hoch homologen Mitglieder auf Transkript-Ebene zuließ, wozu längere cDNA-Sonden nicht geeignet sind. Eine TIP1;2 cDNA-Sonde, die Teile der kodierenden Sequenzen enthielt, zeigte in einem Hybridisierungsexperiment eine 40 %-ige Kreuzhybridisierung mit dem homologen TIP1;1. Die Spezifität der Sonden wurde in Zusammenarbeit mit dem Munich Information Center for Protein Sequences bioinformatisch überprüft. Das stringente Auswahlkriterium dieser Analysen, woraufhin eine Sonde bis zu einer 70 %-igen Homologie über 70 bp nicht kreuzhybridisiert, konnte auch experimentell gestützt werden. Der Vergleich der Signalintensitäten einer 172 bp langen, spezifischen Sonde mit einer 774 bp langen cDNA-Sonde ließ zudem darauf schließen, dass die Spezifität der verwendeten 3´-UTR-Sonden die Sensitivität nicht beeinträchtigte. Eine Organ-spezifische Expressions-Analyse zeigte, dass MIPs in allen untersuchten Organen (Wurzeln, Blätter, Stängeln, Blüten und Schoten) exprimiert werden. Die meisten MIPs (24 von 38) und die höchsten Expressionsniveaus wurden in der Wurzel detektiert. In Blättern konnten hingegen nur 11 von 38 MIP-Mitgliedern nachgewiesen werden. Die geringsten Expressionen zeigten die Mitglieder aus der NIP- und SIP-Subfamilie. Zu den am höchsten und in der Pflanze ubiquitär exprimierten MIPs zählten die PIP-Mitglieder PIP1;1, PIP1;2 und PIP2;1 sowie die TIP-Mitglieder TIP1;1 und TIP2;1, von denen bekannt ist, dass sie als Wasserkanal-Proteine fungieren. Die Möglichkeit, die Wasserpermeabilität von Membranen regulieren zu können, dürfte somit von zentraler Bedeutung in der ganzen Pflanze sein. Neben ubiquitär exprimierten MIPs sind einige nur ausschließlich oder bevorzugt in bestimmten Organen zu finden, z.B. PIP1;4, PIP2;6 und PIP2;7 in der Blüte und NIPs hauptsächlich in der Wurzel. Deren Funktion könnte neben einem Organ- oder Zell-spezifischen Wassertransport auch die Permeation anderer ungeladener Moleküle beinhalten, da die Transporteigenschaften dieser Mitglieder nicht geklärt sind. Das Expressionsprofil der MIP-Genfamilie in verschiedenen Organen sowie die unterschiedliche Reaktion auf Wasserstress (s.u.) lassen auf differenzielle Funktionen der einzelnen MIP-Mitglieder schließen. Lediglich TIP1;1 und TIP1;2 konnten nach diesen Kriterien nicht eindeutig unterschieden werden. Durch Zugabe von 100 mM NaCl und 200 mM Sorbiotol zu hydroponisch angezogenen A. thaliana-Pflanzen wurde über einen Zeitraum von 48 Stunden die transkriptionelle Reaktion der MIP-Familie auf diese Wasserstressbedingungen verfolgt. In Wurzeln wurde festgestellt, dass innerhalb der ersten 24 Stunden bei beiden Stressoren die hoch exprimierten PIP-Aquaporine PIP1;1 und PIP2;2 sowie PIP1;3 reprimiert, TIPAquaporine wie TIP1;1 und TIP2;1 zu diesem Zeitpunkt jedoch unbeeinflusst sind. Die Pflanze verringert demnach bei Wasserstress zuerst die Wasserpermeabilität der Plasmamembran, sofern sich die transkriptionelle Suppression auf Proteinebene widerspiegelt. Interessanterweise zeigte sich im Blatt eine frühe Repression der hoch exprimierten TIPAquaporine TIP1;1 und TIP2;1. Die in der Wurzel reagierenden Aquaporine aus der PIPSubfamilie zeigen im Blatt jedoch keine transkriptionellen Änderungen. Zusammenfassung 95 Diese frühen Repressionen von TIP1;1 und TIP2;1 lassen vermuten, dass es in Blättern wichtig ist, möglichst rasch unter Wasserstress die Wasserpermeabilität des Tonoplasten zu senken. Dies könnte der Stabilisierung des Zell-Turgors dienen und/oder mit einem verringerten Blattwachstum einhergehen. Die ähnlichen Transkriptionsantworten und Kinetiken der MIPs bei NaCl- und Sorbitolstress lassen zudem vermuten, dass MIPs auch unter NaCl-Stress primär auf die osmotische Veränderung in der Nährlösung reagieren bzw. über ähnliche Signalwege reguliert werden. Die parallele Untersuchung transkriptioneller Änderungen von bekannten Stress-Markergenen und Genen des Sekundärmetabolismus unter NaCl- und Sorbitolstress ergab zusätzliche Hinweise auf überlappende und Stressor-spezifische Reaktionen in Wurzeln und Blättern. Eine bekannte Reaktion auf Salz- und osmotischen Stress ist die Bildung von reaktiven Sauerstoff-Spezies, die sowohl als Signalmoleküle fungieren als auch Schädigungen verursachen können. Die Induktionen der beiden Peroxidasen GPX1 und PRXCB in Blättern und Wurzeln deuten auf eine Beteiligung bei Entgiftungsreaktionen von H2O2 unter Wasserstress hin. Einzelne Mitglieder aus der Familie der UDP-Glycosyltransferasen und Cytochrom P450-Monooxygenasen, wie UGT74F2 und CYP81D1, zeigten bei Salz- und Sorbitolstress überlappende Reaktionen, was darauf hindeutet, dass spezifische Teile des Sekundärstoffmetabolismus ähnlich beeinflusst werden. Daneben zeigten andere Mitglieder aus diesen Gen-Familien spezifische Reaktionen auf die beiden Stressoren. So waren in der Wurzel nach 48 Stunden Sorbitolstress viele CYPs und UGTs reprimiert. Die Pflanze scheint also exklusiv bei Sorbitolstress spezifische, in ihrer genauen Funktion noch unbekannte Teile des Sekundärmetabolismus zu supprimieren. Die unterschiedlichen Reaktionen einer Reihe weiterer Gene auf Salz oder Sorbitol in Blättern und Wurzeln identifizierten zudem differenzielle Stress-Antworten innerhalb der Pflanze. Es wurden zwei Insertionsmutanten in den MIP-Genen PIP2;1 und PIP1;4 isoliert. Transkript-Untersuchungen dieser Mutanten zeigten, dass durch das Ausschalten dieser PIPs alle anderen MIP-Mitglieder, sowohl bei ungestressten als auch unter NaCl-Stress- Bedingungen, keine Änderungen in ihrer Transkriptionsantwort im Vergleich zum Wildtyp zeigen. Möglicherweise besitzen die untersuchten PIP-Mitglieder eine spezifische Funktion, die andere MIPs nicht kompensieren können, oder möglicherweise kommt es in der Pflanze zu veränderten Reaktionen, die anhand der vorliegenden Untersuchungen nicht erkennbar waren.

Anhand von 466 Patienten, die im Zeitraum 2/96 bis 3/96 eine SPIO gestütze MRT-Untersuchung der Leber erhalten haben, wurde die diagnostische Leistungsfähigkeit der MRT und SPIO-MRT mit dem korrespondierenden biphasischen Spiral-CT verglichen. Dabei ergaben sich insbesondere bezüglich der Lebermetastasendiagnostik folgende Sensivitäten: CT 74,4%, native MRT 88,9%, SPIO-MRT 86,5%, Zusammenschau von MRT und SPIO-MRT 85,9%; und Spezifitäten: CT 49,6%, native MRT 62,8%, SPIO-MRT 62,5%, Zusammenschau von MRT und SPIO-MRT 62,0%. Die MRT zeigt sich der Spiral-CT also überlegen, zwischen MRT und SPIO-MRT ergab sich jedoch kein signifikanter Unterschied. Bei unserer Studie standen den Auswertern keinerlei klinische Hintergrundinformationen zur Verfügung, um jede Beeinflussung zu vermeiden. Die Diagnose konnte also nur aufgrund von Kontrastphänomenen allein gestellt werden, was zur exakten Läsionszuordnug in der MRT allein wohl doch nicht ausreicht. Die quantitative Auswertung der Signal zu Rausch-Verhältnisse für die MRT-Aufnahmen vor und nach SPIO-Gabe ergab einen signifikanten Signalabfall des normalen Lebergewebes nach Kontrastmittelapplikation, bei nicht signifikanter Änderung der Signalintensität der Läsionen, was zu einer deutlichen Zunahme des Leber-Läsions-Kontrastes vor allem auf T2-Aufhahmen führt.

Die Magnetresonanztomographie wird in der derzeitigen Literatur als diagnostisches Mittel der Wahl bei Pathologien der Rotatorenmanschette und als wichtigstes Diagnostikum in der Evaluation von rekonstruierten Rotatorenmanschetten angesehen. Präoperativ kann die Magnetresonanztomographie Aussagen über die Grösse und Lage der Rotatorenmanschettenruptur und den qualitativen Zustand des Muskel- und Sehnengewebes liefern. In der vorliegenden Arbeit wurden bei 32 in die Studie eingeschlossenen Patienten mit 32 Schultern die kernspintomographisch prognostischen Faktoren ermittelt, welche zusammen mit den erhobenen klinischen und operativen Befunden eine entscheidende Rolle für eine erfolgreiche Rekonstruktion der Rotatorenmanschette darstellen. Im postoperativen Nachuntersuchungszeitraum, der insgesamt acht Monate betrug wurde jeweils drei und acht Monate nach der Operation eine kernspintomographische und eine klinische Kontrolluntersuchung durchgeführt. Durch die detailgetreue Darstellung der gesamten Rotatorenmanschette mittels standardisierter MRT-Aufnahmen kann nicht nur eine exakte Diagnose gestellt werden, sondern z.B. bei grossen RM-Defekten eine direkte therapeutische Konsequenz abgeleitet werden. Bei Massendefekten wird die Abwägung zwischen rekonstruierenden Therapieoptionen (Sehnennaht, Muskeltransposition) und palliativen Massnahmen (arthroskopisches Debridement, Tuberkuloplastik) entscheidend erleichtert. Auch im postoperativen Beobachtungszeitraum stellt die Magnetresonanztomographie ein nichtinvasives, reproduzierbares diagnostisches Mittel von hoher Sensitivität und Spezifität dar, was in dieser Arbeit gezeigt werden konnte. Durch die Anwendung von zwei postoperativen MR-Kontrolluntersuchungen drei und acht Monate nach der Operation konnte so eine Aussage über den Verlauf des Einheilungsprozeßes der rekonstruierten Rotatorenmanschette gemacht werden. Besonders eignet sich die Magnetresonanztomographie im postoperativen Zeitraum zur Differenzierung der Patienten mit Rerupturen von den Patienten mit intakten Rotatorenmanschetten, welche klinisch symptomatisch sind. Dies ist allein durch eine klinische Untersuchung nicht möglich. Die vorliegende Studie zeigte, daß vor allem die ersten Monate nach der Operation eine entscheidende Phase für die Einheilung der rekonstruierten Rotatorenmanschette darstellen. 49 Mit Hilfe der Magnetresonanztomographie können pathologische Veränderungen der Rotatorenmanschette, welche mit klinischen Symptomen einhergehen, als auch morphologische Veränderungen der Gewebe diagnostiziert werden, die noch klinisch asymptomatisch sind. Obwohl diese subklinischen Zustände meist noch keine klinische Relevanz besitzen, sind sie doch von prognostischer Bedeutung für die stufenweise voranschreitende Pathogenese der Rotatorenmanschettenruptur. Die Verwendung von zwei postoperativen Kontroll- untersuchungen drei und acht Monate nach der Operation ermöglicht eine Verlaufsbeobachtung des Einheilungsprozeßes der rekonstruierten Rotatorenmanschette anhand der ermittelten prognostisch wichtigen MRParameter in Korrelation mit den zugehörigen klinischen Befunden. So konnten Rotatorenmanschettenrerupturen im postoperativen Zeitraum frühzeitig erkannt werden und ein weiteres konservatives oder operatives Procedere rechtzeitig festgelegt werden. Ein signifikanter Rückgang der Signalintensität der rekonstruierten Rotatorenmanschette in der T1- und der T2-Wichtung (p

Magnetresonanztomographische Untersuchung an 300 beschwerdefreien Probanden. Hierbei wurde die Signalintensitätsminderung, die Formveränderung der Bandscheibe sowie vorliegende Sequester und Stenosen und desweiteren die Rückenform untersucht. Fazit: Es wurde eine Altersabhängigkeit und eine Abhängigkeit der Segmenthöhe hinsichtlich der Bandscheibendegeneration heraus gefunden.

Degenerative Gelenkerkrankungen (Osteoarthrose) gehören zu den am weitesten verbreiteten chronischen Erkrankungen der älteren Bevölkerungsschicht. Die vorliegende Arbeit hatte zum Ziel, Bildverarbeitungsmethoden zu entwickeln, die eine frühzeitige Diagnose degenerativer Veränderungen des Knorpels oder eine Prognose über die Erkrankungswahrscheinlichkeit bzw. ihren Verlauf ermöglichen. Dies ist notwendig, um rechtzeitig mit einer geeigneten Therapie beginnen zu können. Dreidimensionale Rekonstruktion der Knorpelplatten aus MRT-Schichtbildern Als erster Schritt wurde eine Technik für die 3D-Rekonstruktion der Knorpelplatten aus den segmentierten Schichtbildern entwickelt. Das rekonstruierte Knorpelmodell bietet die Möglichkeit, die Gelenkflächengröße und die Größe der Knorpelknochengrenze exakt und reproduzierbar zu ermitteln. In der Gelenkflächengröße wird ein wichtiger Parameter für die Lastverteilung innerhalb der Gelenke gesehen. Zum anderen dient sie als Basis zur ortsaufgelösten Berechnung und Visualisierung der Gelenkflächenkrümmung und Signalintensität. Die Methode zur 3D-Rekonstruktion lässt sich in verschiedene Phasen unterteilen. In der ersten Phase werden die Konturen des segmentierten Bereiches jeder Schicht berechnet und die Reihenfolge der einzelnen Konturpunkte im mathematisch positiven Sinn geordnet. Unter Verwendung von "a priori"-Wissen über die Knorpelform wird die Gesamtkontur jeder Schicht in einen Gelenkflächen- und einen Knorpelknochengrenzen- Anteil unterteilt. Die Konturen, die gemeinsam einer Knorpelfläche (Gelenkfläche oder Knorpelknochengrenze) zugeordnet wurden, werden über ein Dreiecksnetz zu einem dreidimensionalen Modell der Fläche verbunden. Das Dreiecksnetz kann in unterschiedlichen Auflösungen erzeugt werden, je nachdem ob jeder Konturpunkt in dieses Netz einbezogen oder eine vom Benutzer definierte Anzahl übersprungen wird. Dadurch wird eine Glättung der Oberfläche möglich. Durch Summation der einzelnen Dreiecksflächen wird die Gesamtgröße der beiden Knorpelflächen berechnet. Die Bestimmung der Gelenkflächen- und Knorpelknochengrenzengröße wurde an verschiedenen Testkörpern (Kugel, Zylinder, Ebene) validiert. Die Abweichung von der theoretischen Flächengröße der Testkörper lag zwischen 0 und 4%. Die Präzision (CV%) der Messung verschiedener Gelenkflächen des Kniegelenks bei 14 Probanden (WE-FLASH Sequenz, Auflösung 1;5x0;31x0;31mm3, 4-fach Messung) lag zwischen 2,0 und 3,6 %. Es ergab sich ein Verhältnis zwischen der biologischen Variabilität und dem Messfehler von 3,7:1 (Patella, Knorpelknochengrenze) bis 7,7:1 (Femur, Knorpelknochengrenze). Dies zeigt, dass mit der Methode verlässlich zwischen Individuen mit großen und kleinen Gelenkflächen unterschieden werden kann. Der Vorteil dieses Verfahren gegenüber vergleichbaren Ansätzen besteht darin, dass der segmentierte Bereich automatisch in einen Gelenkflächen- und Knorpelknochengrenzen-Anteil aufgeteilt wird. Auf dieseWeise wird eine getrennte Analyse beider Flächenanteile möglich. Die 3D-Rekonstruktion ist weitgehend unabhängig von der ursprünglichen Schichtorientierung und ermöglicht somit morphologische Untersuchungen der Gelenkfläche, wie z.B. eine Krümmungsanalyse. Krümmungsanalyse des Gelenkknorpels In einem nächsten Schritt wurden Techniken für eine Analyse der Gelenkflächenkrümmung entwickelt. Die Krümmung dient als Maß zur Beurteilung von Inkongruenzen zwischen patellofemoraler bzw. tibio-femoraler Gelenkfläche. Da das Ausmaß der Inkongruenz zwischen zwei Gelenkflächen Einfluss auf die Größe der Kontaktfläche zwischen diesen hat, wird hierdurch die Lastverteilung im Gelenk entscheidend bestimmt. Es wurde eine regionale Gaußsche und eine indirekte Krümmungsanalyse entwickelt. Um die Gaußsche Krümmungsanalyse durchzuführen, wurde eine B-Spline-Fläche durch definierte Oberflächenpunkte des 3D-Modells der Gelenkfläche interpoliert. Da für die B-Spline-Fläche eine mathematische Beschreibung existiert, war eine Bestimmung der beiden Hauptkrümmungen jedes Punktes auf der Fläche möglich. Auf diese Weise konnte für jeden Flächenpunkt die mittlere, maximale, minimale und Gaußsche Krümmung berechnet werden. Die Verfahren wurde an 5 Testkörpern mit bekannten Krümmungseigenschaften (Kugel, Zylinder, Ebene, Paraboloid, Hyperbolisches Paraboloid) validiert. Die maximale Abweichung vom theoretischen Krümmungswert betrug ca. 2%. Die Präzision [1m] der Gaußschen Krümmungsanalyse an den Kniegelenken gesunder Probanden lag zwischen 2,9 und 10,5 1m. Ergänzend zur exakteren Gaußschen Krümmungsanalyse wurde die indirekte Krümmungsanalyse entwickelt. Hierbei wurde durch eine Flächenexpansion des 3D-Modells die relative Flächenvergrößerung berechnet. Auf Basis dieser relativen Änderung wurde eine Krümmungsmaßzahl bestimmt. Die Anwendung auf Testkörper zeigte, dass dieses Verfahren eher eine qualitative Aussage über die Gesamtkrümmung einer Fläche liefert und daher eine exakte Gaußsche Analyse vorzuziehen ist. Das in dieser Arbeit entwickelte Gaußsche Verfahren zur Krümmungsbestimmung von Gelenkflächen hat das Potential, ein quantitatives Maß der Inkongruenz von Gelenken zu liefern. Dadurch wird es möglich, Punkte maximaler Belastung zu ermitteln, was Hinweise auf die Initiation und Progression von Knorpelschäden liefern kann. Darüberhinaus kann ein Zusammenhang zwischen der lokalen Belastung und daraus folgenden biochemischen Eigenschaften des Knorpels hergestellt werden. Globale und regionale Signalintensitätsanalyse In einem dritten Schritt wurden die Voraussetzungen für eine detailierte Strukturanalyse des Knorpelgewebes mit der MRT geschaffen. Zu diesem Zweck wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem sich die globale und regionale Signalintensität spezieller MRT-Sequenzen quantitativ und visuell (projiziert auf das 3D-Knorpelmodell) auswerten lassen. Je nach MRT-Sequenz lassen sich potentiell Aussagen über den Wasser-, Kollagen- oder Proteoglykangehalt des Knorpels in unterschiedlichen Regionen treffen. Dazu wird der segmentierte Knorpel automatisch in eine vom Benutzer definierte Anzahl von Tiefenzonen (Oberfläche - Knorpelknochengrenze) und Regionen (z.B. medial - lateral) eingeteilt. Die Signalintensität kann global über den gesamten Knorpel oder regional in den Tiefenzonen und Regionen ausgewertet werden. An 15 Probanden wurde für die Protonendichte ein signifikant (p < 0,001) höherer Wert des patellaren Knorpels gegenüber der lateralen Tibia festgestellt. Insgesamt konnte eine hohe Variabilität zwischen den Probanden beobachtet werden. Zwischen den männlichen und weiblichen Probanden ergab sich kein signifikanter Unterschied. Die Variation zwischen den Schichten war geringer als diejenige zwischen verschiedenen Individuen. Beim MT-Koeffizienten war eine signifikant niedrigere Signalintensität (p < 0,01) des Knorpels der medialen Tibia gegenüber der Patella und der lateralen Tibia zu beobachten. Es wurde ebenfalls eine hohe inter-individuelle Variabilität festgestellt. Auch beim MT-Koeffizienten war die Variation zwischen den Schichten geringer als diejenige zwischen verschiedenen Individuen. An 3 Probanden und 3 Präparaten wurde eine regionale Signalintensitätsanalyse der Protonendichte und einer Wasseranregungssequenz durchgeführt. Die Analyse der Protonendichte in den Tiefenzonen des Knorpels der Probanden ergab eine erwartete Abnahme hin zu tiefer gelegenen Knorpelbereichen. Insgesamt konnten konsistente Ergebnisse bei den untersuchten Probanden und Präparaten festgestellt werden. Sowohl die inter-individuellen Unterschiede als auch die signifikanten Unterschiede zwischen einzelnen Knorpelplatten korrelieren mit Ergebnissen aus der Literatur. Diese könnten in Zusammenhang mit unterschiedlichen mechanischen Belastungen der einzelnen Knorpelplatten stehen. Die konsistente Signalintensitätsverteilung bei den Probanden und Präparaten unterstützt die Vermutung, dass tatsächlich bestimmte Strukturkomponenten des Knorpels durch diese erfasst werden. Basierend auf den entwickelten Methoden sind verschiedene Untersuchungen zu den folgenden Themenkomplexen möglich: - Untersuchung funktioneller Anpassungsprozesse. - Dokumentation von Altersveränderung in der Knorpelzusammensetzung. - Diagnose der Osteoarthrose im Frühstadium. - Verlaufskontrolle bei Osteoarthrose. - Beurteilung des Therapieerfolgs und Evaluation neuer Medikamente. - Screening der Gewebezusammensetzung bei der In-vitro-Züchtung von Knorpelgewebe zur späteren Implantation.