Medizin
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Die vorliegende Arbeit beinhaltet die tierexperimentelle Evaluierung von zwei Fragestellungen innerhalb eines Tiermodels. a) Zum einen sollten die Möglichkeiten der vaskulären MR-gesteuerten Interventionen am Model der Carotis-PTA in vivo evaluiert und optimiert, und zum anderen b) die Auswirkungen von intrakraniellen CO2-Embolien bei Herzoperationen unter CO2-Protektion evaluiert werden. Insgesamt wurden an 22 Hausschweinen Gefäßinterventionen unter MRT-Kontrolle durchgeführt. Die Punktion der A. iliaca communis, als Voraussetzung für beide Fragestellungen erfolgte im Angiographieraum. Hier erfolgte auch die Positionierung der Interventionsmaterialien im Zielgefäß, der A. carotis communis. Über das Hybridsystem erfolgte der Transport in den MRT, in dem die unterschiedlichen Interventionsmaterialien getestet und die MRT-Sequenzen angepasst werden konnten. Im zweiten Teil der Arbeit wurden über einen in der A. carotis communis liegenden Katheter unterschiedliche Mengen CO2 oder Luft intracerebral appliziert. Durch eine Diffusionssequenz (DWI) konnten die hierdurch verursachten Effekte auf das Gehirngewebe beobachtet werden. Eine lokale hyperintense Zunahme in der DWI um mehr als 20% wurde als signifikant, in Bezug auf das Vorliegen einer Gehirnischämie bezeichnet. Im Rahmen der 22 Tierexperimente des interventionell, radiologischen Teils konnten die Interventionsmaterialien gut über die entwickelte Echtzeitsequenz dargestellt werden. Durch die Weiterentwicklung dieser Sequenz konnten letztendlich sowohl die Bewegungen, als auch die Öffnungsvorgänge der Ballonkatheter mittels Echtzeitbildgebung dargestellt werden. Darüber hinaus konnten Inteventionsmaterialien bezüglich ihrer Eignung für die MR-Angiographie bewertet werden. Unsere Studie konnte zeigen, dass Interventionen im Bereich der A.carotis communis unter MR-Kontrolle möglich sind. Dies gelingt bislang jedoch nur durch passive Darstellung der Intervenionsmaterialien durch deren Suszeptibilitätsartefakte. Allerdings bedarf es noch der Entwicklung von Interventionsmaterialien, hier vor allem Führungsdrähte, welche nicht magnetisch leitend sind um eine Gefährdung des Patienten auszuschließen. Im herzchirurgischen Teil konnten 16 Tiere eingeschlossen werden. Diese wurden je nach Aplikationsgas und -menge in 3 Gruppen unterteilt: Gruppe I: Gruppe II: Gruppe III: Bei allen Tieren wurden Signalanhebungen in der Diffusionssequenz in der ipsi- und kontralateralen Hemisphäre, deren Persistenz über 25 Minuten, sowie klinische Symptome registriert. Herauszustellen sind die deutlich unterschiedlichen klinischen Reaktionen der Gruppe I zu den Gruppen II und III in unserer Studie. Die Kreislaufreaktionen, die in der Gruppe I bei 4 von 5 Tieren bis zum Kreislaufstillstand reichten, wurden von deutlichen, bilateralen Signalveränderungen in der DWI begleitet. In diesen Fällen muss von einem irreversiblen, großen cerebralen Insult ausgegangen werden. Lediglich bei 2 von 11 Tieren der beiden CO2 Gruppen, waren die Signalanhebungen progredient und dehnten sich in den späten Messungen auch auf die kontralaterale Hemisphäre aus. Bei allen übrigen Tieren dieser Gruppen waren nur leichte Signalanhebungen nach 10 Minuten zu erkennen. Daraus ist zu schließen, dass mit keinen bleibenden Schädigungen der Gehirnzellen zu rechnen ist, da die Ischämiezeit deutlich unter 15 Minuten lag.
Einführung Seit Einführung der Diffusionstensorbildgebung- (DTI) basierten Traktographie von zerebralen Bahnsystemen besteht der Verdacht einer zu dünnen Ausdehnung der Faserbahnen in der unmittelbaren Nachbarschaft von zerebralen Läsionen. Der gegenüber der tatsächlichen Ausdehnung verminderte Durchmesser verjüngt sich zusätzlich mit zunehmendem Abstand von dem sog. seed-Volume (“seed-VOI”). Die unterrepräsentierte Ausdehnung der Faserbahnen stellt in der neurochirurgischen Operationsplanung und intraoperativen Neuronavigation ein erhebliches Problem bei der Beurteilung der Resektionsgrenzen von Tumoren bzw. der Grenze dringlich zu erhaltender eloquenter Faserbahnen dar. Mit einem zusätzlichen, auf die Läsion fokussierten Traktographie-Algorithmus – Lesion-based Fibertracking (LBFT) – soll die Auswertbarkeit von Faserbahnen in der Umgebung von intrazerebralen Läsionen verbessert werden. Der Algorithmus von LBFT wird vorgestellt und das Verfahren anhand der Darstellung von Bahnen des Tractus corticospinalis (TCS) mit dem Standardverfahren verglichen. Methode In 40 Patienten mit intrazerebralen Läsionen in Nachbarschaft zu kortikospinalen Bahnen (Pyramidenbahn) wurde eine Diffusionstensor-bildgebung und fMRT basierte Faserbahndarstellung des Tractus corticospinalis auf Grundlage eines „tensor-deflection-Algorithmus“ (TEND) durchgeführt. Hierfür wurden Bahnen von den kortikalen motorischen Repräsentationen der Hand, des Fußes und der Zunge zum Hirnstamm visualisiert. Im Standardverfahren wird ein würfelförmiges Volumen – das sog. seed-Volume oder Ursprungsvolumen – im Gyrus praecentralis entsprechend der anatomischen und funktionellen Bildgebung definiert. Ein zweites würfelförmiges Volumen, lokalisiert im Hirnstamm selektiert ausschließlich Fasern welche durch beide Volumen verlaufen. Die resultierenden Fasern werden bezüglich ihres Verlaufes durch typische anatomische Landmarken kontrolliert und ggf. korrigiert. Anschließend wird das Faserbündel mittels einer Oberflächenrekonstruktionstechnik („surface rendering“) dreidimensional rekonstruiert (iPlan 2.5Cranial, BrainLab®, Feldkirchen, Germany). Für das neue Verfahren des LBFT wird die Region definiert, in welcher die Faserbahn des Standardverfahrens der Läsion am nächsten kommt und hier, um die Faserbahn des Standardverfahrens, ein neues seed-Volume platziert, welches das Standardfaserbündel um 10 mm überragt. Traktographie und Segmentierung werden analog dem Standardverfahren durchgeführt. Fasern, die nicht den Gyrus praecentralis erreichen oder nicht durch den Pedunculus cerebri verlaufen, werden eliminiert. Die Faserzahl, die Größe der Faserbahnen und die Größendifferenz zwischen den Bahnen des Standardverfahrens und LBFT werden verglichen und das Verfahren auf inter- und intra-rater Reliabilität geprüft. Ergebnisse Das Standardverfahren und LBFT waren in allen 40 Patienten durchführbar. Die Faserzahl bei LBFT erhöhte sich signifikant gegenüber dem Standardverfahren um 383,27% (p<0,0001). Der maximale Durchmesser in der Ebene, in welcher das Faserbündel der Läsion am nächsten kommt, sowie der Durchmesser in Richtung der Läsion erhöhen sich signifikant um 171,75 % bzw. 196,45 % (jeweils p<0.0001). Daraus folgt eine durchschnittliche Zunahme des Durchmessers in Richtung der Läsion um 4.48mm (± 2.35). Fazit Die Fehleinschätzung des Durchmessers und der Distanz des TCS zu subkortikalen Läsionen bei Anwendung des Standardverfahrens DTI-basierter Traktographie stellt ein erhebliches Problem in der funktionellen neurochirurgischen Operationsplanung und intraoperativen Neuronavigation dar. Durch den zusätzlichen Schritt des LBFT kann die Fehleinschätzung korrigiert und der in vorhergehenden Studien eingeforderte Sicherheitsabstand standardisiert robust und reliabel realisiert werden.
Trotz der rasanten Weiterentwicklung moderner, nichtinvasiver, bildgebender Verfahren hat die Angiographie in DSA - Technik immer noch in der heutigen Zeit einen wichtigen Stellenwert bei der Abklärung und Behandlung der stenosierenden, arteriosklerotischen Gefäßerkrankungen, obwohl sie mit dem höchsten Behandlungsrisiko behaftet ist. Neben allgemeinen Komplikationen sind insbesondere die punktions- und katheterassoziierten Komplikationen zu nennen. In der vorliegenden Arbeit wurde das Risiko der klinisch stummen Hirnembolie anhand der MRT - Diffusionsbildgebung - Techniken nach transbrachialer Angiographie in der DSA -Technik bei ambulanten Patienten untersucht. Das Ziel dabei war nachzuweisen, dass die transbrachiale Angiographie eine sichere Methode darstellt. Hierzu wurden 200 Patienten, 144 Männer und 56 Frauen, in einer prospektiven Studie eingeschlossen. Die diffusionsgewichtete MRT - Untersuchung in Echoplanartechnik erfolgte mit Diffusionswichtungsfaktoren b = 0 s/mm² und b = 1000 s/mm² im kurzen zeitlichen Abstand jeweils vor und nach der Angiographie an einem 1,5 Tesla –MR - Scanner. Die diffusionsgewichtete MRT-Aufnahme ist eine sensitive Methode, mit der eine akute zerebrale Ischämie nachgewiesen werden kann. Eine akute zerebrale Ischämie erkennt man als ein signalreiches Areal auf den diffusionsgewichteten MRT - Aufnahmen durch Verminderung des scheinbaren Diffusionskoeffizienten ADC. Diese Verminderung des ADC wird durch ein zytotoxisches Hirnödem verursacht. Um eine Fehlinterpretationen durch „T2 shine-through-Effekt“ zu vermeiden, haben wir gleichzeitig T2-gewichtete Aufnahmen und nachverarbei¬tete, diffusionsgewichtete MRT - Aufnahmen (ADC-Karte) analysiert. Die ADC-Karte zeigt grauwertkodiert den ADC an, sie ist frei von überlagerten T2-Effekten. Vor der Angiographie wurden bei drei Patienten auf den diffusionsgewichteten MRT - Aufnahmen frische und alte Diffusionsstörungen im Gehirn festgestellt. Die Diffusionsuntersuchungen nach Angiographie zeigten bei keinem Patienten neu aufgetretene Diffusionsstörungen, dies auch unter Hinzuziehung der Auswertung nicht nur der b-Faktor 1000 DWI - Aufnahmen sondern auch unter dem Hinzuziehen der ADC-Karten und der T2-gewichteten Aufnahmen. Die Rate zerebrovaskulärer Komplikationen ist minimal, sie betrug in unserem Krankengut 0 %, wobei das 95 % Konfidenzintervall für die Wahrscheinlichkeit, dass bei 200 Patienten eine postangiographische, klinisch stumme Hirnembolie auftritt, von 0 % - 1.5 % ist. Das heißt man kann mit 95 % Sicherheit sagen, dass die Inzidenz einer Hirnembolie nicht größer als 1.5 % ist. Mehrere Studien haben bewiesen, dass die diffusionsgewichteten MRT-Sequenzen das sensitivste diagnostische Verfahren zur Erkennung von ischämischen Läsionen sind. Ferner können sie den objektiven und quantitativen Nachweis für Thromboembolien assoziert mit endovaskulären Katheterunter¬suchungen und interventionen erbringen. Die im dritten Gliederungspunkt der Zielsetzung gestellten Fragen können folgendermaßen beantwortet werden: • Die Rate der apparenten zerebrovaskulären Komplikationen nach transbrachialer Angiographie ist minimal, sie betrug in unserem Krankengut 0%. • Bei keinem Patienten trat im postangiographischen zerebralen Diffusionsbild eine neue Diffusionsstörung innerhalb des 3 Stundenfensters auf. Für die Häufigkeit von klinisch stummen Hirnembolien, die mit Hilfe der Diffusionsbildgebung aufgezeigt werden können, ergibt sich daraus ein Konfidenzintervall von 0 – 1,5%. • Unsere Ergebnisse zeigen im Bezug auf die zerebrovaskuläre Komplikationsrate bei den transbrachialen diagnostischen und therapeutischen Interventionen keinen Unterschied. • Insgesamt wurde keinerlei Abhängigkeit der zerebralen Komplikationen von der Prozedur, dem verwendeten Schleusen- und Kathetersdesign, der intravasalen Katheterverweildauer oder dem Punktionsort festgestellt. • Die Rate lokaler Komplikationen nach transbrachialer Angiographie in DSA-Technik beträgt bei entsprechender Erfahrung des Untersuchers weniger als 1 %. • Die Ergebnisse unserer Arbeit zeigen, dass die Katheterdiagnostik und -intervention über die Arteria brachialis als Zugangsort eine sichere Prozedur mit geringer Komplikationsrate ist. Dieser Zugangsweg kann daher uneingeschränkt für die Praxis empfohlen werden, da sie insbesondere im Kontext ambulanter Untersuchungen vergleichbar sicher, jedoch kostengünstiger als der transfemorale Zugangsweg ist.
Quantifizierung des pulmonal-arteriellen Drucks im Truncus pulmonalis des Schweins. Methode: Künstliche Induktion einer pulmonalen Hypertonie mittels Thromboxan A2 in verschiedenen Schweregraden. Quantifizierung des Blutflusses anhand magnetresonanztomographischer Flussmessung im T.p., hieraus Bestimmung des zeitlichen Flussprofils und Akzelerationszeit (AT). Korrelation der AT mit den simultan erhobenen Daten einer invasiven Druckmessung (Pulmonalis-Katheter).
Ziel der Arbeit war die Verifizierung der MR-Thermometrie mit verschiedenen MR Sequenzen für die laserinduzierte Thermotherapie mittels fluoroptischer Temperaturmessung bei 0,2 und 1,5 Tesla, bei Temperaturen bis 80 Grad Celsius. Bei ex-vivo Schweineleber und Agarose-Phantomen wurde unter MR-Bildgebung eine laserinduzierte Thermotherapie (LITT) durchgeführt. Die Messungen erfolgten pro Tomograph mit zwei verschiedenen Empfangsspulen. Die Temperaturdarstellung basierte auf der Änderung der Protonenresonanzfrequenz (PRF) und der longitudinalen Relaxationszeit (T1). Die PRF wurde mit vier verschiedenen MR-Sequenzen gemessen: zwei Gradientenecho-Sequenzen (FLASH), einer TurboFLASH- und einer Multiecho-TRUFI-Sequenz. Bei der T1-Methode wurden ebenfalls vier verschiedene MR-Sequenzen eingesetzt: eine konventionelle Gradientenecho-Sequenz (FLASH), eine TrueFISP-Sequenz (TRUFI), eine Saturation Recovery Turbo-FLASH-Sequenz (SRTF) und eine Inversion Recovery Turbo-FLASH-Sequenz (IRTF). Die Temperatur wurde mit einem faseroptischen Thermometer kontrolliert und mit der MRT-Temperatur korreliert. Es wurde eine gute lineare Korrelation zwischen der am MRT geschätzten und der faseroptisch gemessenen Temperatur erreicht. Bei 1,5 Tesla unter Einsatz einer Kopfspule erwies sich bei Messungen an der Schweineleberprobe PRF-FLASH von Siemens mit einer mittleren Temperaturabweichung von 5,09°C als optimal. Mit einem Bodyarray ergab hier IRTF die präzisesten Temperaturbestimmungen mit einer mittleren Abweichung von 8,02°C. Die Genauigkeiten und die Linearitäten von SRTF und PRF-TFL unterschieden sich davon nur geringfügig, sie können also als gleichwertig betrachtet werden. Bei 0,2 Tesla mit einer Kopfspule ergab die Messung mit SRTF mit 6,4°C die geringste mittlere Temperaturabweichung, mit einer Multipurpose-Coil erwiesen sich TRUFI und FLASH als optimal mit einer mittleren Temperaturabweichung von 15,62°C. bzw. 14,48°C. Mit den erreichten Temperaturgenauigkeiten kann der Thermoeffekt der LITT in Echtzeitnähe kontrolliert werden. Bei 1,5 T sind PRF-FLASH oder TFL aufgrund der Exaktheit und der Gewebeunabhängigkeit vorzuziehen. PRF-TRUFI mit einer Akquisitionszeit von 1,09 s ist die schnellste implementierte Sequenz. Bei 0,2 T sind die T1-Sequenzen genauer.