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WISS 202

Experimentelle Radiologie I - Die neuesten Forschungsideen

Experimentelle Radiologie I - Die neuesten Forschungsideen
Donnerstag, 18. Mai 2023 · 10:30 bis 11:15 Uhr
18
Mai

Donnerstag, 18. Mai 2023

10:30 bis 11:15 Uhr · Raum: RöntgenFORUM  in Kalender übernehmen:   iCal  ·  Google

Veranstaltungsdetails

Veranstalter
Deutsche Röntgengesellschaft e.V.
Art
Wissenschaftliche Sitzung
Thema
Experimentelle Radiologie

Zertifizierungen

Der RÖKO WIESBADEN wird im Rahmen einer Kongresszertifizierung durch die LÄK Hessen bewertet. Bitte beachten Sie die Hinweise unter A bis Z.

Informationen

Moderation
Tobias Bäuerle (Erlangen)
Teresa Nolte (Aachen)

Ablauf

10:30 - 10:35

Vortrag (Wissenschaft)

Diffusionsgewichtete MRT mittels oszillierender Gradienten zur Detektion spezifischer Zellpopulationen innerhalb des inflammatorischen Tumormikromilieus

Emily Hoffmann (Münster)

weitere Autoren

Mirjam Gerwing (Münster) / Stephan Niland (Münster) / Rolf Niehoff (Münster) / Max Masthoff (Münster) / Enrica Wilken (Münster) / Philipp Berger (Münster) / Thomas Vogl (Münster) / Johannes A. Eble (Münster) / Bastian Maus (Münster) / Anne Helfen (Münster) / Moritz Wildgruber (München) / Cornelius Faber (Münster)

Zielsetzung

Immunzellen sind charakteristische Bestandteile des Tumormikromilieus (TME) und zentrale Mediatoren von Tumorprogression und Metastasierung. Zielsetzung dieser Studie ist die nicht-invasive in vivo Charakterisierung des TME zur frühzeitigen Evaluation von Tumorprogression und Therapieansprechen.

Material und Methoden

Diffusionsgewichtete MRT mittels Oszillierender Gradienten Spin-Echo-Sequenzen (OGSE-DWI) ermöglicht mithilfe des IMPULSED-Modells (Imaging Microstructural Parameters Using Limited Spectrally Edited Diffusion) die Quantifizierung von Zellgrößen, hier untersucht an einem präklinischen 9,4 T MRT. Nach Validierung der MRT-Technik über in vitro Sphäroide aus entweder Tumorzellen, T-Zellen oder Makrophagen folgte die in vivo Untersuchung der murinen Mammakarzinome 4T1 und 67NR im Hinblick auf Veränderungen des Immunzellinfiltrats während der Tumorprogression und nach Therapie mit Immuncheckpoint-Inhibitoren.

Ergebnisse

Die in vitro Experimente bestätigten, dass der Fit von OGSE-DWI an das IMPULSED-Modell eine zellgrößen-basierte Unterscheidung zwischen Tumorzellen, T-Zellen und Makrophagen vornehmen kann: T-Zell-Sphäroide wiesen im Vergleich zu Tumor-Sphäroiden signifikant kleinere und Makrophagen-Sphäroide signifikant größere IMPULSED-bestimmte Zellradien auf. Entsprechend konnten abnehmende mittlere Zellradien während der Progression der 4T1-Tumore auf zunehmende Infiltration von T-Zellen und ansteigende mittlere Zellradien während der Progression der 67NR-Tumore auf zunehmende Infiltration von Makrophagen zurückgeführt werden. Die therapieinduzierte T-Zell-Infiltration nach Immuncheckpoint-Inhibitor-Therapie konnte in beiden Tumormodellen bereits drei Tage nach Therapiebeginn durch eine Reduktion der mittleren Zellradien erfasst werden.

Schlussfolgerungen

OGSE-DWI ermöglicht eine in vivo Charakterisierung des tumoralen Immunzellinfiltrats. Als nicht-invasive Bildgebungsmethode erlaubt es die repetitive Evaluation von Immuntherapien, essenzielle Grundlage für individuell optimierte Therapieentscheidungen.

Teilnahme Young Investigator Award

10:35 - 10:40

Vortrag (Wissenschaft)

Reduzierung von ADC-Bias mittels Deep Learning-basierter Beschleunigung in der diffusionsgewichteten MRT: eine Validierung im Phantom

Teresa Nolte (Aachen)

weitere Autoren

Shuo Zhang (Hamburg) / Masami Yoneyama (Tokyo) / Chiara Morsch (Aachen) / Alexandra Barabasch (Aachen) / Maximilian Schulze-Hagen (Aachen) / Johannes Peeters (Best) / Christiane Kuhl (Aachen)

Zielsetzung

Der weiteren Beschleunigung der diffusionsgewichteten Bildgebung (DWI) stehen niedrige Signal-zu-Rausch Verhältnisse (SNR) und damit assoziierter Bias der quantitativen ADC-Werte entgegen, was Deep Learning-basierte Rekonstruktionstechniken (RT) beheben könnten. Ziel war ein Vergleich verschiedener RT im Diffusionsphantom hinsichtlich ADC-Genauigkeit und Präzision.

Material und Methoden

Der Effekt von Bildrauschen auf ADC-Werte wurde zunächst simuliert. Ein Diffusionphantom (CaliberMRI, Boulder, CO, USA;13 Proben;6 nominelle ADC-Werte [ADCnom]) wurde bei 3T (Elition X, Philips, Best, Niederlande) mittels konventioneller Echo-planar imaging DWI (FOV=240mm, Auflösung=1.9x1.9x1.0mm³, FA=90°, TR/TE=3500/64ms, b-Werte 50,400,1000s/mm²) in zwei Messreihen (M) vermessen. In M1 wurde das SNR sukzessive gesenkt, indem die b-Faktor-Averages von 1-2-4 auf 1-1-1 reduziert und der SENSE-Beschleunigungsfaktor von 3 bis 6 erhöht wurde. In M2 wurden für Beschleunigungsfaktoren von 3 und 6 drei RT verglichen: konventionelle parallele Bildgebung mittels SENSE, compressed sensing (C-SENSE) und C-SENSE ergänzt um künstliche Intelligenz (C-SENSE AI) basierend auf dem Adaptive-CS-Net. ADC-Karten wurden auf dem Scanner rekonstruiert und Bias und Präzision (Mittelwert und Standardabweichung [SD]) in ROIs (1.43cm²) bestimmt.

Ergebnisse

Die Simulationen sagten zu niedrigerem SNR und höherem ADCnom abnehmende ADC-Werte und zunehmende SD voraus. M1 bestätigte dies experimentell, wobei Bias und Präzision in der Mitte des Phantoms aufgrund dort reduzierter Spulensensitivität am höchsten bzw. niedrigsten waren. M2 zeigte visuell, das C-SENSE und mehr noch C-SENSE AI den zentralen SNR-Verlust der SENSE-RT bei hohem Beschleunigungsfaktor kompensierten, was sich quantitativ in einer Angleichung von Bias und Präzision zurück auf das Niveau des niedrigen Beschleunigungsfaktors manifestierte.

Schlussfolgerungen

C-SENSE AI verbessert ADC Bias und Präzision im Vergleich zu herkömmlichen RT und könnte DWI in der klinischen Praxis weiter beschleunigen.
10:40 - 10:45

Vortrag (Wissenschaft)

Künstliches Herzmuskelgewebe zur Myokardremuskularisierung

Christopher Hasenauer (Göttingen)

weitere Autoren

Tobias Nette (Göttingen) / Johannes Kowallick (Göttingen) / Ingo Kutschka (Göttingen) / Ahmad F. Jebran (Göttingen) / Stephan Ensminger (Lübeck) / Buntaro Fujita (Lübeck) / Amir Moussavi (Göttingen) / Wolfram H. Zimmermann (Göttingen) / Joachim Lotz (Göttingen)

Zielsetzung

Herzinsuffizienz in Folge eines Myokardinfarktes stellt eine weiter zunehmende Belastung für das Gesundheitssystem und die Lebenserwartung in Deutschland dar. Dies macht die Erforschung von Regeneration des zugrundeliegenden Verlustes von kontraktilem Myokard notwendig. Ziel war ein Proof of concept für die Remuskularisierung des Myokards mittels künstlichen Herzmuskelgewebes im Makakenmodell.

Material und Methoden

14 Makaken in zwei Kohorten erhielten künstliches Herzmuskelgewebe aus IPS-Zellen in Form von funktionsfähigen Herzpflastern operativ epikardial midventrikulär des linken Ventrikels implantiert. Quantifizierung der Herzfunktion mittels 3T MRT. Nach zwei Baseline-Messungen erhielt die erste Kohorte eine einfache Dosis (1mm-Zellverbund) und monatlich Follow-Up-Messungen für drei Monate. Die zweite Kohorte erhielt eine fünffache Dosis und zusätzlich eine vierte Follow-Up-Messung nach 6 Monaten. Die Auswertung erfolgte durch zwei unabhängige Untersucher. Die Tierversuche erfolgten im Rahmen einer genehmigten Studie.

Ergebnisse

Es konnte eine systolisch als auch diastolisch nach 3 Monaten gesteigerte Wanddicke des linken Ventrikels aller Versuchstiere (7,3±1,6 mm auf 10,4±3,6 mm p= 0,001) nachgewiesen werden. Auch die linksventrikuläre Masse zeigte sich am Ende des Follow-Up gesteigert (27,3±5,4 g/m² auf 31,2±7,9 g/m², p=0,11). Die linksventrikuläre Ejektionsfraktion zeigte eine dauerhafte Steigerung (von 58±4% auf 64±4% p=0,001) ohne signifikante Änderung des Herzzeitvolumens. Die rechtsventrikuläre Ejektionsfraktion und Wanddicke veränderten sich nicht signifikant. Der longitudinale Strain im 4-Kammerblick und der vertikalen Längsachse zeigte sich im Beobachtungszeitraum ohne signifikante Änderungen.

Schlussfolgerungen

Nach Implantation von aus Stammzellen hergestellten künstlichen funktionellem Herzgewebe konnte bei gesunden Tieren eine nachhaltige Steigerung der linksventrikulären Masse und Wanddicke ohne adverse Effekte auf die Herzfunktion demonstriert werden.

Teilnahme Young Investigator Award

10:45 - 10:50

Vortrag (Wissenschaft)

Kombinierte Kalium-39-/Natrium-23-Magnetresonanztomographie am Ultrahochfeld zur Analyse der intramuskulären Ionenbilanz bei hypokaliämischer periodischer Paralyse

Claudius Sebastian Mathy (Erlangen)

weitere Autoren

Armin Michael Nagel (Erlangen) / Matthias Türk (Erlangen) / Michael Uder (Erlangen) / Rafael Heiß (Erlangen) / Marc-André Weber (Rostock) / Lena Vanessa Gast (Erlangen)

Zielsetzung

Bestimmung der intramuskulären Natrium-/Kaliumgewebekonzentration (TSC/TPC) bei hypokaliämischer periodischer Paralyse (HypoPP), einer muskulären Ionenkanalerkankung.

Material und Methoden

3 HypoPP-Patienten (2w, 1m, 54±10 Jahre) und 3 Kontrollen (1w, 2m, 50±18 Jahre) wurden eingeschlossen. Untersucht wurde der linke Unterschenkel mittels 1H-MRT bei 3T (T1-gewichtete Turbospinechosequenzen, T2-gewichtete STIR-Sequenzen) und mittels kombinierter Kalium-39/Natrium-23-MRT (39K/23Na-MRT, akquisitionsgewichtete Stack-of-Stars-Sequenzen) bei 7T, und zur Wichtung zu intrazellulärem 23Na, eine Inversion-Recovery-(IR)-Sequenz. Die 39K/23Na-MRT wurde zusätzlich nach Kühlung (Provokationsfaktor der HypoPP) gemessen.

Ergebnisse

Das Ausmaß der Verfettung/ödematöser Veränderungen der Unterschenkelmuskulatur der HypoPP-Patienten zeigte eine hohe intermuskuläre und interindividuelle Varianz, am stärksten betroffen war der Musculus gastrocnemicus medialis (GM). Die TSC/TPC war abhängig von der Beteiligung des Muskels: In dem am stärksten betroffenem GM reduzierte sich die TSC und die TPC bei vollständiger muskulärer Verfettung, wohingegen intaktere GM eine Tendenz zu einer Erhöhung der TSC und einer geringeren Erniedrigung der TPC im Vergleich zu gesunden Kontrollen zeigten (TSC/TPC= 14,1/9,4, 30,1/93,2, 43,8/90,9; Mittelwert der Kontrollen= 26,9±7,4/104,4±4,5 mM), letzteres zeigte sich auch in 1H-MRT-intakterer Muskulatur. Nur bei dem 23Na-IR-Kontrast war eine Änderung des Signals (hier Erhöhung) nach Kühlung bei 2 Patienten nachweisbar, mit in einem Fall konkordanter, geringgradiger Muskelschwächung der Fußstreckung nach Kühlung, sonst bei allen Patienten vor/nach Kühlung normale Kraft.

Schlussfolgerungen

Die 7T 39K-MRT-Bildgebung scheint eine Analyse der Änderung der intramuskulären TPC-Gewebekonzentration bei hypokaliämischer periodischer Paralyse in 1H-MRT-morphologisch geschädigter und in weitgehend 1H-MRT-intakter Muskulatur zu ermöglichen und könnte in Kombination mit der 23Na-MRT das pathophysiologische Verständnis verbessern.

Teilnahme Young Investigator Award

10:50 - 10:55

Vortrag (Wissenschaft)

Einfluss von Fremdkörpern auf die Bildqualität in der Dunkelfeld-Thorax-Radiographie

Sandra Karl (Garching)

weitere Autoren

Theresa Urban / Florian Gassert / Manuela Frank / Henriette Bast / Rafael Schick / Thomas Koehler (Hamburg) / Andreas Sauter / Daniela Pfeiffer / Franz Pfeiffer

Zielsetzung

Die Dunkelfeld-Radiographie ist eine neuartige Röntgenmethode, die die mikrostrukturellen Eigenschaften des untersuchten Objekts sichtbar machen kann. Sie wird derzeit in klinischen Studien auf ihren diagnostischen Wert untersucht. Aus dem konventionellen Röntgen und CT ist bekannt, dass Fremdkörper wie Metallimplantate zu Artefakten führen können und damit die Bildqualität beeinträchtigen. Daher wird hier der Einfluss von Fremdkörpern in Dunkelfeld-Thorax-Röntgenbildern ausgewertet.

Material und Methoden

Die Experimente wurden an einem Prototyp für klinische Dunkelfeld-Thorax-Radiographie durchgeführt. Aus einer Aufnahme können hier sowohl Dunkelfeld- als auch das bekannte Schwächungsbild gewonnen werden. Zur Modellierung des menschlichen Thorax wurde das Thorax-Phantom "LUNGMAN" von Kyoto Kagaku verwendet. Messungen von diesem Phantom wurden mit und ohne Fremdkörper durchgeführt und miteinander verglichen. Als Fremdkörper wurden Brustimplantate, medizinische Kompressen, sowie ein Herzschrittmacheraggregat verwendet.

Ergebnisse

Es zeigte sich, dass der Einfluss des Fremdkörpers materialabhängig ist: Brustimplantate erzeugen aufgrund ihrer homogenen Materialeigenschaft kein zusätzliches Dunkelfeldsignal. Materialien mit Mikrostruktur, wie die Kompressen, erzeugen hingegen selbst ein Dunkelfeldsignal. Die umliegenden Bereiche werden davon jedoch nicht beeinflusst. Stark absorbierende Materialien, wie im Falle des Herzschrittmacheraggregats, erzeugen ein starkes Signal im Schwächungsbild. Gleichzeitig führen sie trotz fehlender Mikrostruktur zu Artefakten im Dunkelfeldbild. Auch Bereiche umliegend des Fremdkörpers sind davon betroffen. Sowohl bei den Kompressen als auch bei dem Herzschrittmacheraggregat kann das Dunkelfeldsignal von Gewebe im gleichen Strahlengang nicht mehr zuverlässig ausgewertet werden.

Schlussfolgerungen

Fremdkörper können ein starkes artifizielles oder echtes Dunkelfeldsignal verursachen, was die Bildqualität sowie die Auswertung von Dunkelfeld-Radiographien beeinflussen kann.
10:55 - 11:15

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