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Im Rahmen eines assoziierten Projektes zur Study of Health in Pomerania wurde die Lage des Auges in der Orbita bestimmt. Wir arbeiteten dabei mit der Probandenkohorte SHIP-Trend. Insgesamt standen MRT-Datensätze von 2152 Probanden zu Verfügung. Die Daten lagen im DICOM-Format vor. Für die Bildauswertung nutzten wir den DICOM-Betrachter OsiriX (v3.9.2, 32-bit). Da eine große Achsenlänge des Sehorgans einen Exophthalmus vortäuschen kann, bestimmten wir neben der Lage des Bulbus oculi jeweils auch die Bulbusachsenlänge. Die Messung der Bulbusachsenlänge erfolgte ebenfalls anhand der MRT-Aufnahmen. Anschließend konnten die Messwerte auf eine Assoziation mit diversen weiteren gesundheitsbezogenen Parametern überprüft werden. Die transversale T1-gewichtete MRT-Serie mit einer Voxelgröße von 1mm x 1mm x 1mm erwies sich für die Datenerhebung als am besten geeignet. Die Messungen wurden an derjenigen Bildebene durchgeführt, in der das Auge die größte Ausdehnung aufwies und sowohl der Hornhautscheitel als auch der Sehnervenkopf am Bulbus oculi dargestellt waren. Da es sich bei geschlossenen Augenlidern oftmals schwierig gestaltete, den äußeren Rand der Hornhaut auf den radiologischen Schnittbildern zweifelsfrei zu erkennen, nutzten wir die Rückseite der Kornea als Bezugspunkt für unsere Messungen. Die Bulbusachsenlänge war durch eine Strecke definiert, die von der Rückseite der Kornea bis zum Krümmungsmittelpunkt am posterioren Pol des Bulbus oculi reichte. Für die Lageermittlung des Sehorgans wurden zwei verschiedenen Vorgehensweisen angewandt. Zunächst führten wir eine Verbindungslinie zwischen den seitlichen Begrenzungen beider Augenhöhlen (interzygomatische Linie) ein. Die vordere Exophthalmometrie beschrieb die Lage des Augapfels durch den senkrechten Abstand der interzygomatischen Linie von der Rückseite der Hornhaut. Die Messstrecke musste dabei auf Höhe des Hornhautapex liegen. Die hintere Exophthalmometrie war durch eine Strecke definiert, die sich zwischen der interzygomatischen Linie und dem posterioren Augenpol ausdehnte. Insgesamt konnten die Messdaten von 1808 Probanden in die darauffolgende statistische Analyse übernommen werden. Das Durchschnittsalter betrug 51,5 Jahre. In der vorderen Exophthalmometrie unterschieden sich die Mittelwerte beider Geschlechter signifikant (m.: r.: 16,4mm, l.: 16,3mm/w.: r.: 15,2mm, l.: 15,0mm). Auch bei der hinteren Exophthalmometrie ergaben sich geschlechtsspezifische Unterschiede (m.: rechts: 6,7mm, links: 6,8mm / w.: rechts: 7,3mm, links 7,4mm). Zwischen dem rechten und linken Auge war für keinen Parameter ein statistisch signifikanter Unterschied zu beobachten. Demgegenüber beeinflusst die Bulbusachsenlänge das Hervorstehen der Augen sehr wohl (p<0,001). Um einen Pseudoexophthalmus zukünftig sicher von einem Exophthalmus mit Krankheitswert unterscheiden zu können, führten wir einen Quotient aus dem Ergebnis der vorderen Exophthalmometrie und der Bulbusachsenlänge eines Auges ein (Quotient Ex/Al). Darüber hinaus besteht ein signifikanter Zusammenhang zwischen dem BMI eines Menschen und der individuellen Position des Auges innerhalb der Orbita. Studienteilnehmer mit einem BMI >30kg/m² wiesen im Vergleich zu Studienteilnehmern mit einem BMI <25kg/m² im Mittel eine rund 2 mm höhere Protrusion des Bulbus oculi auf. Mit dem gewählten Auswertungsalgorithmus konnte erstmals veranschaulicht werden, dass der Einfluss des BMI unabhängig von der Bulbusachsenlänge, dem Alter und Geschlecht besteht. Ebenso fand sich ein statistisch signifikanter Zusammenhang zwischen Taillen- bzw. Hüftumfang und der Augenposition. Steigt der Taillen- bzw. Hüftumfang um einen Zentimeter geht das mit einer Vorverlagerung des Bulbus oculi um 0,05 Millimeter einher. Die Körpergröße hatte innerhalb unserer Untersuchung keine Auswirkung auf die Position des Augapfels. Vielmehr war die Körpergröße mit der Bulbusachsenlänge der Probanden assoziiert. Die Zunahme der Körpergröße um einen Zentimeter ging mit einer rund 0,03 mm höheren Achsenlänge des Sehorgans einher. Innerhalb der Kohorte war eine gewisse Altersabhängigkeit der Bulbusachsenlänge zu beobachten. Im hohen Probandenalter nahm die Achsenlänge ab (0,008 mm/Jahr). Auch die Exophthalmometrie ließ Alterskorrelationen erkennen. Das Hervorstehen der Augen nahm bis zu einem Probandenalter von 50 Jahren zu, um anschließend auf einem Plateau zu verweilen. Als besondere Beobachtung fällt jedoch auf, dass die Resultate der hinteren Exophthalmometrie bei den über 70-Jährigen wieder ansteigen, während die Ergebnisse der vorderen Exophthalmometrie nahezu unverändert bleiben. Die statistische Analyse konnte keinen signifikanten Zusammenhang zwischen Schilddrüsenparametern und der Lage des Sehorgans aufzeigen. Für diesen Zweck wurden Interviewdaten, Sonografiebefunde der Schilddrüse sowie die TSH- und Anti-TPO-Konzentration im Blutplasma ausgewertet.

Die meisten der auf dem Markt befindlichen Arzneimittel sind so konzipiert, dass sie ihren Wirkstoff schnell und reproduzierbar im oberen Gastrointestinaltrakt abgeben, um die Absorption aus dem Dünndarm zu erlauben. Für das Zerfalls- und Freisetzungsverhalten dieser Arzneiformen spielt vor allem die gastrale Physiologie eine entscheidende Rolle. Das Zusammenspiel der Formulierung mit bestimmten Parametern des Magens, insbesondere der Magenentleerung, ist aber noch nicht völlig verstanden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde deshalb mit Hilfe von In vivo- und In vitro-Methoden untersucht, wie das Freisetzungsverhalten fester, oraler Arzneiformen nach nüchterner Applikation von der gastrointestinalen Physiologie beeinflusst wird. Im ersten Teil der Arbeit beschäftigten wir uns mit den Ergebnissen einer Bioäquivalenzstudie, in der von einem Industriepartner zwei schnell freisetzende N-Acetylcystein-Formulierungen untersucht wurden. Dabei wurde der Originator, eine schnell freisetzende Tablette eingenommen mit Wasser, mit einem Granulat verglichen, welches einmal mit Wasser und einmal trocken eingenommen wurde. In beiden Studienarmen der Granulat-Formulierung konnte die Bioäquivalenz zum Originator gezeigt werden. Darüber hinaus wurden die Bioäquivalenzkriterien ebenso für die beiden Granulat- Studienarme erfüllt. Aufgrund der guten Permeabilität und der hohen Wasserlöslichkeit des N-Acetylcysteins war ein Einfluss der begleitenden Wassergabe auf die Pharmakokinetik erwartet worden. Die Ursachen für das Abweichen von dieser Erwartung wurden mittels In vitro-Freisetzungsmethoden weiter untersucht. Um die komplexen Bedingungen des Magens In vitro simulieren zu können, wurde das von Garbacz und Weitschies entwickelte biorelevante Freisetzungsmodell Dynamic Open Flow-Through Test Apparatus zur Untersuchung der beiden Formulierungen angewendet. Dabei konnte durch Simulation von biorelevanten Magenentleerungsprofilen gezeigt werden, dass die Wassergabe einen geringen Beitrag zum Transport des Arzneistoffes in den Dünndarm hat. Aufgrund dieser In vitro-Versuche konnten die Ergebnisse der Bioäquivalenzstudie umfassender erklärt werden. Um die physiologischen Begebenheiten, welche für den Zerfall schnell freisetzender Arzneiformen kritisch sind, In vivo untersuchen zu können, wurde die Salivary Tracer Technique entwickelt. Diese Technik beruht auf der Einnahme einer geringen Dosis Koffein zusammen mit Wasser und anschließender Koffeinkonzentrationsmessung im Speichel. In einer MRT-Humanstudie konnten wir zeigen, dass die Entleerungskinetiken des eingenommenen Wassers aus dem Magen eng mit den Koffeinprofilen im Speichel korrelieren. Je nach Kinetik der Magenentleerung, erreichte gelöstes Koffein den Dünndarm und wurde dort schnell resorbiert und über das Blut in die Speicheldrüsen transportiert. Damit war die Magenentleerung der geschwindigkeitsbestimmende Schritt für das Anfluten von Koffein im Speichel. Somit war es möglich, indirekt, einfach und wenig kostenintensiv, die Magenentleerung einer akalorischen Flüssigkeit zu bestimmen, ohne auf die MRT mit entsprechend geschultem Personal zurückgreifen zu müssen. In einem nächsten Schritt wurde die Salivary Tracer Technique genutzt, um die In vivo-Zerfallszeiten von Hartgelatinekapseln zu bestimmen. Als Referenz- und Goldstandardmethode diente wiederum die MRT, da es durch die Zugabe von Eisenoxid im MRT möglich war, die Hartgelatinekapseln sichtbar zu machen und deren Integrität zu beurteilen. Um parallel den Zerfall mit der Salivary Tracer Technique zu bestimmen, wurden die Kapseln zusätzlich mit 50 mg Koffein befüllt. In einer Humanstudie wurden die mit den beiden Markersubstanzen beladenen Kapseln auf nüchternen Magen appliziert. Direkt im Anschluss wurden die Probanden im MRT platziert und Messungen in kurzen Zeitintervallen durchgeführt. Nach jeder Messung mussten die Probanden selbständig eine Speichelprobe von geringem Volumen abgeben. Sobald eine Koffeinkonzentration, die größer als die dreifache Bestimmungsgrenze der analytischen Methode war, in einer Speichelprobe nachgewiesen werden konnte, wurde dieser Zeitpunkt als Zerfallszeitpunkt bestimmt. Der statistische Vergleich der Zerfallszeitpunkte der beiden Methoden zeigte eine robuste Korrelation der Werte. Ein geringer Versatz der Zerfallszeitpunkte bei der Salivary Tracer Technique ließ sich dadurch erklären, dass mittels MRT der Zerfall direkt im Magen bestimmt wurde, während für den Koffeinnachweis im Speichel noch das Verteilen, das Lösen und/oder die Entleerung des Koffeins aus dem Magen mit anschließender Resorption im Dünndarm erfolgen muss. Trotz des Versatzes der beiden Methoden von circa 4 min konnte die Studie belegen, dass die Salivary Tracer Technique geeignet ist, mit einer robusten Korrelation zu etablierten Methoden und mit moderatem Studienaufwand den Zerfall schnell freisetzender Arzneiformen zu bestimmen. Besonders der relative Vergleich mehrerer verschiedener Formulierungen in einem Cross-over-Design erscheint mit der Salivary Tracer Technique sinnvoll, da hierbei der Einfluss der Magenentleerung auf die Zerfallszeiten der verschiedenen Formulierungen gleichbleibend sein sollte. Da eine In vivo-Testung von (Entwicklungs-)Formulierungen, trotz der vereinfachten Methodik, nicht immer möglich und angemessen ist, wurde das Fed Stomach Model als In vitro-Freisetzungsmodell im Rahmen dieser Arbeit weiterentwickelt. Die wesentlichen Modifizierungen des GastroDuos gegenüber dem Fed Stomach Model sind die dünnwandige, transparente Magenzelle, welche geringe Volumina von bis zu 25 mL simulieren kann sowie biorelevante Temperaturprofile des eingebrachten Mediums. Weiterhin wurde die Möglichkeit geschaffen, diese Medien anzusäuern und so verschiedene pH-Profile zu simulieren. Eine weitere Neuheit des GastroDuo ist die Fähigkeit der kontinuierlichen Konzentrationsmessung direkt am Ausgang über ein UV- Lichtleitersystem. Das System eignet sich somit dazu, Druck, Bewegung, pH-Wert, Temperatur und Hydrodynamik in physiologisch relevanter Weise zu simulieren. Diese Parameter werden in sechs Testprogrammen, welche sowohl die mittleren Bedingungen im Magen simulieren als auch die physiologischen Extrema berücksichtigen, in unterschiedlicher Weise abgebildet. In einer ersten Studie wurde das GastroDuo genutzt, um das Freisetzungsverhalten von vier schnell freisetzenden Arzneiformen genauer zu untersuchen. Weiterhin wurden vergleichende Freisetzungsdaten mittels kompendialer Methoden erhoben. In diesem Screening wurde der Zerfall und die Freisetzung von Koffein aus einer Hartgelatinekapsel, zwei verschiedenen HPMC-Kapseln sowie einer Filmtablette verglichen. Die Auswertung der Freisetzungsuntersuchungen zeigte, dass manche Formulierungen empfindlich gegenüber bestimmten Parametern waren, während eine andere Formulierung dies für diesen Parameter nicht war. Im erstellten Datensatz ergab sich so ein sehr heterogenes Bild der Freisetzungsdaten, das abhängig vom Testprogramm und der jeweiligen Formulierung war. Im Folgenden sollte untersucht werden, ob die in vitro generierten Daten prädiktiv für das Verhalten der Arzneiformen im Menschen waren. Dafür wurden dieselben vier Formulierungen in einer „4-Wege cross-over“- Humanstudie, mit Hilfe der Salivary Tracer Technique, auf ihr In vivo-Verhalten untersucht. Es ließ sich feststellen, dass das GastroDuo in der Lage war zwischen den Arzneiformen zu unterscheiden, die auch in vivo Unterschiede aufweisen. Dies war mit kompendialen Methoden nicht immer möglich. Der signifikante Vorteil des GastroDuo gegenüber anderen Systemen ist die Möglichkeit, physiologische Extrema getrennt voneinander darzustellen und ihren Einfluss zu quantifizieren. Daher bietet das GastroDuo ein wertvolles Werkzeug, um den Zerfall und die Freisetzung von schnell freisetzenden Arzneiformen besser zu verstehen. Abschließend lässt sich sagen, dass es uns in der vorliegenden Arbeit gelungen ist, wichtige Hilfsmittel für das Verständnis des Zerfalls- und Freisetzungsverhalten von schnell freisetzender Arzneiformen im nüchternen Magen weiterzuentwickeln. Es ist uns gelungen, bestehende In vitro-Modelle technisch zu verbessern, eine neue In vivo-Methode zu entwickeln und zu valideren, welche eine sinnvolle Ergänzung zu bereits bestehenden In vivo- Methoden darstellt.

In dieser kumulativen Dissertation wird erörtert, welche Rolle die Bildgebung mittels MRT bei der Beantwortung von wichtigen Fragen im Hinblick auf die Erholung nach einem Schlaganfallereignis spielt. Da Schlaganfälle gerade in Deutschland noch immer die Hauptursache von längerfristigen Behinderungen und Einschränkungen darstellen, ist es von großem Interesse, zu ergründen, inwiefern ein einzelner Patient wieder volle Funktionsfähigkeit und somit eine Wiederintegration in den Alltag erlangen kann. Ein frühzeitiger Einsatz bildgebender Verfahren kann die Vorhersage der motorischen Fähigkeiten eines Patienten wesentlich verbessern. Dieses Vorgehen ist jedoch mit zahlreichen Schwierigkeiten versehen, die im Übersichtsartikel [Horn et al., 2016a] erläutert werden und der somit Gründe liefert, weshalb eine solche Prädiktion nicht bereits in den Klinikalltag integriert werden konnte. Im Artikel werden strukturelle und funktionelle Bildgebungsparameter hinsichtlich ihrer Eignung als Biomarker für die Vorhersage der motorischen Fähigkeiten nach dem Schlaganfall bewertet. Begleitend dazu werden in der vorliegenden Arbeit Beispiele für eine solche Vorhersage anhand eines weiteren Artikels erläutert [Lindow et al., 2016]. Es zeigen sich deutliche Unterschiede in der Prädiktionskraft struktureller Parameter im Vergleich zu funktionellen Parametern. Neben den zahlreichen Faktoren, die die Bildgebung und die Vorhersage daraus beeinflussen, fehlen auch grundsätzlich die Datenmengen, die ein strukturiertes Abarbeiten verschiedener Hypothesen ermöglichen. In der vorliegenden Arbeit wird beschrieben, weshalb zunächst bereits erforschte Parameter erhoben werden müssten, um Patienten diesbezüglich zu gruppieren. Erst dann können neue Bildgebungsparameter in den Vorhersage- oder Klassifizierungsprozess eingefügt werden. Ist das nicht der Fall, sind kleine Stichproben mit verschiedenen Vorhersage- und Outcome-Parametern nur schwer vergleichbar und die Forschung bewegt sich wenig voran in Richtung einer individuellen Vorhersage. Es kann zudem durchaus vorteilhaft sein, eine Prädiktion nicht nur datengetrieben durchzuführen, sondern zusätzlich Modelle zu entwickeln, wieso gewisse Prädiktionen so gut funktionieren und auf welchem Wege gewisse Parameter diese Vorhersage ermöglichen. Ein weitergehendes Verständnis und eine Verfeinerung dieser Prädiktion würde eventuell irgendwann dazu führen, dass man anhand diverser Messungen eines Patienten eine Art Simulation durchführen könnte, wie sich dessen Gehirn über die Zeit entwickeln wird und so individuelle Vorhersagen ermöglichen. Hier braucht es jedoch nicht nur entsprechende biophysikalische Modelle der Interaktion der verschiedenen hierarchischen Ebenen sondern auch grundlegende Forschung, die alle Faktoren bestimmt, die einen Einfluss auf die Bildgebungsergebnisse haben. Das Verständnis für die zugrundeliegenden strukturellen und funktionellen Veränderungen während der Erholung ist wesentlich für eine verbesserte Vorhersage der Endzustände solcher Plastizitätsprozesse. Aus diesem Grund ist eine andere sinnvolle Herangehensweise an die Gesamtproblematik Schlaganfallforschung mittels longitudinaler Studien zu bewerkstelligen. Hierbei können während mehrfacher Messungen Prozesse abgebildet werden, die ausgehend von einem Initialzustand des geschädigten Netzwerks vonstattengehen. Auch dabei gilt es, sich auf bestimmte Patienten zu beschränken, damit so viele Faktoren wie möglich konstant gehalten werden können, die für eine gewisse Varianz zwischen Patienten verantwortlich sind. In einer weiteren hier beschriebenen Studie [Horn et al., 2016b] geschah dies durch eine Beschränkung auf eine Gruppe, die schon bestimmte motorische Fertigkeiten aufwies und dementsprechend lediglich eine mäßige Schädigung des motorischen Systems. Die Veränderungen der Gehirnaktivierung beschränkten sich auf eine spezifische Region, den ventralen prämotorischen Kortex, dessen Aktivität mit der Zeit zunahm. Die funktionellen Veränderungen dieses Areals, das vermehrt für Objektmanipulation aktiviert wird, konnten zudem mittels einer Analyse der Verbindungsstärken ergänzt werden. Zahlreiche weitere Untersuchungen sind notwendig, um zu verstehen, wie diese verschiedenen Ebenen der Reorganisation miteinander interagieren und welche Faktoren einen Einfluss auf diese Messungen haben. Dies muss bereits an Gesunden erforscht werden, um die pathologischen Prozesse in Patienten von weiteren Faktoren abzugrenzen, die einen Einfluss auf die Bildgebungsergebnisse

Die Beurteilung zervikaler Lymphknoten ist klinisch von zentraler Bedeutung. Dies gilt besonders für die Fortleitung von entzündlichen als auch tumorösen Prozessen, da sie das weitere therapeutische Vorgehen entscheidend beeinflussen. Der Großteil wissenschaftlicher Studien beschäftigt sich mit Lymphknoten in Assoziation zu Tumoren, metastatischem Befall oder anderweitigen Pathologien (vorselektiertes Patientengut). Gerade deshalb besteht ein Mangel an Daten zur physiologischen Beurteilung der Form, der Größe und der topographischen Verteilung von zervikalen Lymphknoten. In dieser Arbeit versuchen wir den Grundstein dafür zu legen, diese wissenschaftliche Lücke zu schließen. Daten wie der Längs- und Querdurchmesser, die sagittale und transversale Lagebeziehung, sowie der Einfluss des Alters und Geschlechts des größten zervikalen Lymphknotens auf beiden Halsseiten wurden an einer annähernd bevölkerungsrepräsentativen Kohorte mit 1451 Probanden (Teil der SHIP – Study of Health in Pomerania) durchgeführt.

Zielsetzung: Der Weite des Ventrikelsystems kommt in der neuroradiologischen Diagnostik eine zentrale Bedeutung zu. Doch auch heute mangelt es noch an validen Daten zum physiologischen Alterungsprozess der Ventrikel. Das Volumen der Seitenventrikel soll mit einem neuen Ansatz einer semiautomatischen Volumetrie anhand von MRT-Daten der SHIP-Studie an einer großen Studienpopulation bestimmt werden. Anhand der erhobenen Daten sollen altersspezifische Normwerte generiert, sowie epidemiologische Einflussfaktoren untersucht werden. Die Gültigkeit bereits etablierter Indices (Evans Index, Frontal and Occipital Horn Ratio) zur Beurteilung der Weite des Ventrikelsystems soll überprüft und für die FOHR ein Schwellenwert definiert werden. Methodik: Es wurden 2988 gesunde Probanden aus dem Kollektiv der SHIP-Studie mittels kranialer MRT-Aufnahmen untersucht. Mit Hilfe der semiautomatischen Volumetrie mittels FSL FAST und ALVIN-Maske wurden die Volumina der Seitenventrikel, der grauen und weißen Hirnsubstanz, das gesamte Liquorvolumen, sowie komplettes Hirn- und Schädelvolumen bestimmt und mit Alter, Geschlecht, Größe, Gewicht und BMI korreliert. Des Weiteren wurden bei den Probanden EI und FOHR bestimmt und mittels einer ROC-Analyse die Schwellenwerte für ein erhöhtes Ventrikelvolumen (VV) beurteilt. Ergebnisse: Das durchschnittliche VV betrug für alle Probanden 22,8 ± 11,0 ml. Frauen hatten dabei ein signifikant geringeres VV als Männer (im Mittel 20,0 ± 9,5 vs. 26,0 ± 11,7 ml; p<0,001), zeigten jedoch eine stärkere relative Zunahme des VV mit zunehmendem Alter (153,7% vs. 134,9%). Das VV und das gesamte Liquorvolumen nahmen kontinuierlich mit zunehmendem Alter zu, während sich die Volumina der grauen und weißen Hirnsubstanz konstant verringerten. EI und FOHR erreichten als Testparameter eine hohe Spezifität (97,2% vs. 96,9%). Die Sensitivität war bei beiden Indices mäßig und bei der FOHR höher als beim EI (70,1% vs. 55,4%). Schlussfolgerungen: Der vorgestellte neue Ansatz der semiautomatischen Volumetrie von Hirngewebe als Kombination von FSL FAST und der ALVIN-Maske ist in der Lage ein großes Probandenkollektiv zeitlich effektiv, mit überschaubarem Aufwand und validen Ergebnissen auszuwerten. Anhand der SHIP-Daten konnten erstmals valide Normwerte für das Volumen der Seitenventrikel in einer gesunden Normalbevölkerung für alle Altersklassen erhoben werden. Es zeigte sich eine signifikante Korrelation des VV mit dem Alter, die bei Männern stärker ausgeprägt war als bei Frauen. Die weiteren Parameter Größe, Gewicht und BMI stellten keine relevanten Einflussfaktoren für das VV dar. Die Indikatoren EI und FOHR sind beide auf Grund ihrer hohen Spezifität gute Screening-Parameter im klinischen Alltag und gut geeignet, um eine Ventrikulomegalie auszuschließen. Die FOHR ist dabei ein besserer Parameter als der EI, wobei als Indikator für ein dilatiertes Ventrikelsystem ein Schwellenwert von FOHR>0,4 genutzt werden sollte.