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Multiple Sklerose ist eine chronisch verlaufende neurodegenerative Erkran-
kung, welche sich durch herdförmige Läsionen des ZNS manifestiert und zur
progredienten Behinderung führt. Die kraniale MR-Bildgebung und die
Bestimmung der Läsionslast in T2-gewichteten Sequenzen ist das wichtigste
paraklinische Verfahren zur Diagnostik und Verlaufskontrolle der MS. Diese
wird in der klinischen Praxis durch visuellen Vergleich zweizeitiger MR-
Untersuchungen ermittelt und ist zeitaufwendig und fehleranfällig, weshalb
eine automatisierte Erkennung erstrebenswert ist.
In dieser Arbeit wurde ein auf Subtraktionsbildern basierter Algorithmus zur
semi-automatischen Erfassung von Veränderungen der Läsionslast in T2w,
sowie von kontrastverstärkten T1w Datensätzen von Patienten mit einer
chronisch demyelinisierenden Erkrankungen des ZNS mit der üblichen
visuellen Befundung verglichen.
Die hier präsentierte Methode erreicht im T2w Bild die Zuverlässigkeit der
üblichen visuellen Befundung. Dahingegen ist sie bei kontrastverstärkten
T1w Datensätzen unterlegen. Des Weiteren findet der präsentierte
Algorithmus nicht nur neue, subtile Läsionen und geringe
Volumenänderungen, sondern auch Signalalterationen ohne
Volumenzunahme in vorbestehenden Läsionen, die bisher nicht Bestandteil
der Diagnose- und Monitoringsysteme sind und bezüglich dessen einer
Evaluation bedürften.
In Hinblick auf T2w Datensätze könnte die präsentierte Methode die radio-
logische Befundung unterstützen und eine schnellere und sicherere Befun-
dung ermöglichen und so die Verlaufsbeobachtung der Krankheit
erleichtern.
In Zukunft könnten verbesserte Algorithmen, höhere Feldstärken und selbst-
lernende Programme eine schnelle und verlässliche Alternative zur zeit-
aufwendigen und fehlerbehafteten radiologischen Befundung darstellen und
so Diagnose und Verlaufsbeobachtung bei Patienten mit Multipler Sklerose
verbessern.
Die vorliegende Arbeit ist im Bereich der parameterfreien Statistik anzusiedeln und beschäftigt sich mit der Anwendung von ordinalen Verfahren auf Zeitreihen und Bilddaten. Die Basis bilden dabei die sogenannten ordinalen Muster in ein bzw. zwei Dimensionen. Der erste Hauptteil der Arbeit gibt einen Überblick über die breiten Einsatzmöglichkeiten ordinaler Muster in der Zeitreihenanalyse. Mit ihrer Hilfe wird bei simulierten gebrochenen Brownschen Bewegungen der Hurst-Exponenten geschätzt und anhand von EEG-Daten eine Klassifikationsaufgabe gelöst. Des Weiteren wird die auf der Verteilung der ordinalen Muster beruhende Permutationsentropie eingesetzt, um in Magnetresonanztomographie (MRT)-Ruhedaten Kopfbewegungen der Probanden zu detektieren. Der zweite Hauptteil der Arbeit befasst sich mit der Erweiterung der ordinalen Muster auf zwei Dimensionen, um sie für Bilddaten nutzbar zu machen. Nach einigen Betrachtungen an fraktalen Oberflächen steht eine automatisierte und robuste Einschätzung der Qualität struktureller MRT-Daten im Vordergrund.
High-Intensity Zones (HIZs) der lumbalen Wirbelsäule sind ein Phänotyp der Bandscheibe in der Magnetresonanztomographie (MRT) und potenzielle diagnostische Marker für diskogene Rückenschmerzen. Aufgrund ihrer Inzidenz in der asymptomatischen Bevölkerung ist die klinische Relevanz aktuell umstritten.
Ziel dieser Arbeit ist es Häufigkeit, Verteilungsmuster der HIZ und retrospektiv die HIZ als diagnostischen Marker für diskogenen Rückenschmerz zu untersuchen.
Die Gesamtkohorte umfasste 2.099 Probanden aus der populationsbasierten Kohortenstudie Study of Health in Pomerania (SHIP). Die Erhebung der Daten erfolgte mittels MRT Untersuchung und einem Fragebogen. Es wurden erstmals lumbosakrale Übergangswirbel zur spezifischen segmentalen Einteilung der HIZs berücksichtigt. Wir beobachteten bei 8,4% der Probanden eine numerische Variante der freien Bandscheibensegmente der Wirbelsäule, die auf eine HIZ untersucht werden musste. Bei 35,3% der Probanden konnte mindestens eine HIZ nachgewiesen werden. Die höchste relative Häufigkeit der HIZ im Verhältnis zur Gesamtstichprobe fanden wir im Segment L5/S1 mit 15,59% gefolgt vom Segment L4/L5 mit 13,24%. Wir zeigten einen Anstieg der relativen Häufigkeit der HIZs mit dem Alter. Dieser Zusammenhang zeigte sich in den regulären lumbalen Bandscheibensegmenten statistisch signifikant (p < 0,001). Wir konnten jedoch keine signifikante Korrelation zwischen den Prädiktoren Alter, Geschlecht und BMI und der segmentalen Häufigkeit und Verteilung einer HIZ feststellen. Eine regionsspezifische Verteilung der HIZs innerhalb der Bandscheibensegmente zeigte sich zwischen anterioren und posterioren HIZs. Wir konnten in keinem Bandscheibensegment eine klinisch signifikante Assoziation zwischen dem Vorliegen einer HIZ im MRT und Rückenschmerzen nachweisen (p > 0,05). In der von uns untersuchten Population zeigt die HIZ eine große Häufigkeit und ein regionsspezifisches Verteilungsmuster. Mangels Nachweises einer signifikanten Assoziation zwischen dem Vorliegen einer HIZ im MRT und Rückenschmerz, muss die Relevanz der HIZ als alleinigem diagnostischem Marker für diskogene Rückenschmerzen in Frage gestellt werden. Weitere Studien, wie beispielsweise eine longitudinale Kohortenstudie, sollten die Aussagekraft der High-Intensity Zone bezüglich lumbaler Rückenschmerzen prüfen.
Ziel: Beurteilung der Hirnreifung bei Frühgeborenen am Termin mittels MRT Bildgebung und Korrelation zu peripartalen pathologischen Einflüssen. Methode: Auswertung von 160 MRTs in Bezug auf Gyrierung/Sulcierung und Myelinisierung anhand des v. d. Knaap Scores und McArdle Scores durch zwei für die Krankengeschichte verblindete Auswerter. Korrelierung zu prospektiv festgelegten systemischen und neurogischen Pathologien sowie zu Einflüssen der neonatologischen Intensivmedizin. Ergebnisse: Die Hirnentwicklung der 37-42 Schwangerschaftswoche ist unabhängig vom Geburtsalter. Langzeitige Beatmungstherapien (Intubation, CPAP) verzögern die Myelinisierung sowie die Reifung des Cortex in bestimmten Hirnregionen. Diskussion:Nicht alleine das Alter bei Geburt sondern auch intensivmedizinische Einflüsse und peripartale Pathologien beeinflussen die Hirnentwicklung Frühgeborener signifikant. Insbesondere respiratorische Probleme haben einen ungünstigen Einfluss auf die Hirnreifung.
Die schnittbildgeführte perkutane Laserablation hat sich in den letzten Jahren zur Behandlung von malignen Lebertumoren besonders bei offen chirurgisch inoperablen Patienten etabliert. Die MRT bildet den Goldstandard zur Darstellung der Leberpathologie und bietet hervorragende Rahmenbedingungen für diese Intervention. Die native Bildgebung bleibt jedoch bei kleinen und schlecht sichtbaren Herden limitiert. Ziel der Arbeit war die Darlegung eines therapiebegünstigenden Effektes durch die zusätzliche Gabe von Gd-EOB-DTPA zur Kontrastverbesserung zwischen Leberparenchym, Tumor und Applikator während der Applikatorplatzierung im Rahmen der MR-geführten Laserablation maligner Leberherde. Eine Beeinflussung des T1-Signals durch Gd-EOB-DTPA während der Echtzeit-Thermometrie sollte ausgeschlossen werden. Insgesamt wurden 49 Laserablationen eingeschlossen. Davon erhielten die Patienten in 30 Interventionen 0,025 mmol/kg Körpergewicht Gd-EOB-DTPA als i.v.-Bolusinjektion und wurden einer MR-geführten Laserablation ohne Kontrastmittelunterstützung gegenübergestellt. Die Planung und Platzierung der Applikatoren erfolgte unter multiplanarer Rekonstruktion mit GRE-T1-Flash-3D-Sequenzen. Noch während der Therapiephase konnte die Ausbreitung der Ablationszone mit GRE-T1-Flash-2D-Serien überwacht werden. SNR-, CR- und CNR wurden berechnet und ermöglichten die Bestimmung von Signal- und Kontrastveränderungen zwischen Leberparenchym, Tumor, Applikator und Ablationszone im zeitlichen Verlauf nach KM-Gabe. Die statistische Auswertung erfolgte mit dem Wilcoxon-Test für verbundene Stichproben. Nach KM-Gabe erfolgten signifikante Signal- und SNR-Veränderungen sowohl im Leberparenchym als auch im Tumor verglichen mit einer Applikatorplatzierung ohne KM-Unterstützung. Eine statistisch signifikante Steigerung des Kontrastes zwischen Leberparenchym, Tumor und Applikator lag spätestens 25 Minuten nach KM-Gabe vor und überdauerte die restliche Zeit der Applikatorplatzierung. Interventionsablauf, Therapiezeit und T1-Thermometriesignal wurden durch die Gabe von Gd-EOB-DTPA nicht zum Nachteil beeinflusst. Die MR-geführte Laserablation maligner Lebertumoren profitiert von der zusätzlichen Gabe von Gd-EOB-DTPA. Eine exaktere Standortverfolgung und Platzierung der Applikatoren war auch 40 Minuten nach KM-Gabe möglich. Der Einsatz von Gd-EOB-DTPA führte zu einem gesteigerten Therapieerfolg mit annähernd dreimal weniger Tumorrezidiven drei Monate postinterventionell im Vergleich mit einer Behandlung ohne Gd-EOB-DTPA zur Applikatorplatzierung. Vorteile und eine nachhaltige Verbesserung von Sicherheit und Effizienz der MR-geführten Laserablation finden sich insbesondere bei der Behandlung kleiner und schlecht sichtbarer Tumoren. Die Ergebnisse lassen sich prinzipiell auf jede andere MR-geführte instrumentäre Leberintervention übertragen.
Tod kardiovaskulärer Ursache ist laut Statistiken der WHO zum Zeitpunkt dieser Arbeit wie auch in den Jahren zuvor die Haupttodesursache weltweit. Hypertension und konsekutive myokardiale Hypertrophie sind jeweils unabhängige Risikofaktoren für kardiovaskuläre Mortalität. Im Umkehrschluss geht eine Reduktion myokardialer Hypertrophie mit einer verbesserten kardialen Leistungsfähigkeit und gesteigerten Überlebensraten einher. In dieser Arbeit vorangegangenen Studien ergaben sich erste Hinweise, dass bestimmte Arzneistoffe unabhängig von deren Wirkung auf den Blutdruck eine Regression myokardialer Hypertrophie erreichen können. Die vorliegenden Studien zeigten jedoch Schwächen in ihren Designs, insbesondere durch die Wahl der jeweils genutzten Hypertrophiemodelle. Zur Untersuchung Blutdruck-unabhängiger Effekte auf die myokardiale Hypertrophie ist die Wahl des Hypertrophiemodells jedoch entscheidend. In der vorliegenden Arbeit konnte mit der cyp1a1ren-2 transgenen Ratte ein Phänotyp von hohen Proreninspiegeln mit Bluthochdruck und kardialer Hypertrophie in vollständig reversibler Weise induziert werden. Mit der gewählten Dosis von 0,167 % des zur Induktion des Transgens notwendigen sekundären Pflanzenstoffs Indol-3-Carbinol über eine Gabedauer von vier Wochen war es möglich, eine konzentrische Hypertrophie des linken Ventrikels mittels der MRT-Bildgebung dokumentiert zu induzieren. Die Hypertrophie wie auch die Hypertonie waren nach Ablauf der vierwöchigen Substitutionsdauer im Verlauf der folgenden Wochen der Untersuchung vollkommen reversibel. Im Gegensatz zu vorhergehenden Studien mit höheren Dosen von I3C ergab sich kein Hinweis auf einen bleibenden Endorganschaden, insbesondere war die kardiale Funktion unbeeinträchtigt. Ferner gestattet die in vivo-Bildgebung mit den Versuchstieren Langzeitstudien über eine ausgedehnte Dauer, bei der im Gegensatz zu Versuchen ohne Bildgebungsverfahren keine Ergebnisse jeweils durch Sektion der Tiere erhoben werden müssen. Durch das bildgebende Verfahren wird demnach die Anzahl der notwendigen Versuchstiere erheblich reduziert. Zudem wird durch den Verzicht auf invasive Maßnahmen bei den hinsichtlich der Hypertrophie im MRT untersuchten Tiere ein proinflammatorischer und konsekutiv potentiell die Untersuchungsergebnisse verfälschender Einfluss vermieden. Im Rahmen dieser Arbeit konnte außerdem eine Zeitfenster isoliert werden, in dem sich das Potential für weitergehende Studien von Arzneistoffen hinsichtlich derer etwaigen Blutdruck-unabhängigen antihypertrophen Wirkung auf das Myokard ergibt.
Bildgebung zur Vorhersage und Verlaufsbetrachtung der motorischen Restitution nach Schlaganfall
(2019)
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