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WISS 305

Experimentelle Radiologie II - Die neuesten Forschungsideen

Experimentelle Radiologie II - Die neuesten Forschungsideen
Freitag, 19. Mai 2023 · 14:00 bis 15:04 Uhr
19
Mai

Freitag, 19. Mai 2023

14:00 bis 15:04 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
Peter Bannas (Hamburg)
Thuy Duong Do (Heidelberg)

Ablauf

14:00 - 14:05

Vortrag (Wissenschaft)

Analyse von Fixierungsmaterialien im Mikro-CT: Es muss nicht immer Styropor sein.

Jan Scherberich (Gießen)

weitere Autoren

Anton G. Windfelder (Gießen) / Gabriele Krombach (Gießen)

Zielsetzung

Eine gute Fixierung von filigranen Proben für Mikro-CT Untersuchungen stellt oftmals eine Herausforderung dar. Es können leicht Bewegungsartefakte, Überstrahlungen oder sogar Quetschungen der Probe auftreten. Da verschiedenste Proben unterschiedliche Anforderungen stellen, haben wir 33 mögliche Fixierungsmaterialien unter gleichen Bedingungen im Mikro-CT gescannt, analysiert und verglichen.

Material und Methoden

Die Scans erfolgten mit einem SkyScan 1173 Mikro-CT. Zu testende Fixierungsmaterialien wurden in Zylinder mit 5 mm Durchmesser gestanzt und in 0,2 ml Reaktionsgefäße geklemmt. Alle Scans erfolgten mit 45 kV, 150 µA, vierfacher Mittelung und einer Belichtungszeit von 1150 ms. Es konnte eine Voxelgröße von 5,33 µm in einem 180° Scan in 0,3° Schritten erreicht werden. In Der Rekonstruktion wurde ein Dynamikumfang von 0 bis 0,03 verwendet.

Ergebnisse

Idealerweise sollten Fixierungsmaterialien im rekonstruierten Bild nicht sichtbar sein. Neben gängigen Mikro-CT Fixierungsmaterialien wie Styropor (-935 HU: Hounsfield Units) oder Basotect®-Schaumstoff ( 943 HU) haben sich vor allem Polyethylen-Luftkissen (-944 HU), Micropor®-Schaumstoff (-926 HU) und Gehörschutzstöpsel (-960 HU bis -470 HU) als interessante Alternativen herausgestellt. Weiterhin eignen sich auch eher röntgendichte Materialien, wie Paraffinwachs-Granulat (-640 HU) und Epoxidharz (-190 HU) als Fixierungsmaterial. Diese Stoffe lassen sich im rekonstruierten Bild durch Segmentierung einfach entfernen.

Schlussfolgerungen

Probenfixierungen in den Studien der letzten Jahre beschränken sich fast alle auf eine Fixierung in Parafilm®, Styropor, oder Basotect®-Schaumstoff, falls die Fixierungsart überhaupt erwähnt wird. Diese sind aber nicht immer sinnvoll, da beispielsweise Styropor in einigen gängigen Medien wie Methylsalycilat aufgelöst wird. Wir zeigen, dass Mikro-CT Labore mit einer Vielzahl an Fixierungsmaterialien ausgestattet sein sollten, um eine Bildqualität auf hohem Niveau zu erreichen.
14:05 - 14:10

Vortrag (Wissenschaft)

Dunkelfeld-Computertomographie - Erster Proof of Principle in einem Human CT

Jakob Häusele (Garching)

weitere Autoren

Manuel Viermetz (München) / Nikolai Gustschin (München) / Clemens Schmid (München) / Maximilian von Teuffenbach (München) / Pascal Meyer (Eggenstein-Leopoldshafen) / Frank Bergner (Hamburg) / Tobias Lasser / Roland Proksa (Hamburg) / Daniela Pfeiffer (München) / Thomas Koehler (Hamburg) / Franz Pfeiffer (München)

Zielsetzung

Die Dunkelfeldbildgebung mit Röntgenstrahlen ist ein neuartiges interferometrisches Verfahren, das eine
Visualisierung der Alveolarstruktur ermöglicht. Im klinischen Kontext ist das Verfahren bislang auf radiographische
Anwendungen beschränkt und konnte noch nicht für CT Bildgebung umgesetzt werden. In ersten Studien konnte bereits
gezeigt werden, dass die Dunkelfeld-Bildgebung des Thorax konventionelle Radiographie ergänzt und verbessert. Ziel dieser
technischen Machbarkeitsstudie ist es daher, einen Dunkelfeld-CT-Prototyp für Thorax Scans zu entwickeln. Für einen
potentiellen klinischen Einsatz muss ein solcher Scanner dosiskompatible und schnelle Messungen im Sekundenbereich
ermöglichen.

Material und Methoden

Ein klinischer State-of-the-Art CT Scanner (Philips Brilliance iCT) wurde modifiziert und ein für die
Dunkelfeld-Bildgebung nötiges Talbot-Lau Interferometer in die Gantry integriert. Hierdurch werden erstmals Dunkelfeld CT
Messungen im Sekundenbereich und mit klinisch relevantem Field-of-View für Thoraxmessungen möglich. Mit diesem
Dunkelfeld-CT-Prototyp wurden erste Proof-of-Concept Phantomstudien durchgeführt. Hierfür wurde unter anderem ein
anthropomorphes Thoraxphantom untersucht, welches mit einer beatmeten Schweinelunge gefüllt wurde.

Ergebnisse

Mit dem präsentierten Dunkelfeld-CT-Prototyp kann erstmals die Machbarkeit eines Dunkelfeld CT Scanners für
klinische Anwendungen demonstriert werden. In der durchgeführten Phantomstudie zeigt sich das Potential der Dunkelfeld
Tomographie für die Lungenbildgebung. Auch kann die Komplementarität der Dunkelfeld Modalität und des konventionellen
Abschwächungsbildes in den Phantomstudien demonstriert werden.

Schlussfolgerungen

Mit dem entwickelten Prototyp System konnten bisherige technische Hindernisse überwunden werden
womit die Dunkelfeld CT Bildgebung einen bedeutenden Schritt näher an die klinische Anwendung rückt.

Teilnahme Young Investigator Award

14:10 - 14:15

Vortrag (Wissenschaft)

Genauigkeit der Iodquantifzierung mittels Spectral Detektor CT in der klinischen Routine - A real world study

Nils Große Hokamp (Köln)

Zielsetzung

Iodkarten aus der Spektral Detektor CT (SDCT) erlauben die Visualisierung und Quantifizierung von iodhaltigem Kontrastmittel. Studien zur Iodquantifizierung unter experimentellen und optimierten Bedingungen haben die Genauigkeit dieser Technik mehrfach beweisen können. Untersuchungen zur Genauigkeit der Iodquantifzierung unter Routinebedingungen fehlen bislang und sollten in dieser Studie untersucht werden.

Material und Methoden

Eine Verdünnungsreihe einer Kalium-Iodid-Lösung wurde in 5 Falcon-Röhrchen gefüllt und die Konzentration unter optimierten Bedingungen im 32cm-Wasserbad anhand von Iodkarten (IM) und Regions-of-interest (ROI)-basierter Messungen bestimmt. Nach Genehmigung durch die Ethikkommission dienten die Röhrchen als Referenzobjekt und wurden an zufälligen Positionen und Orientierungen auf insgesamt 60 Patienten platziert, die eine SDCT-Untersuchung von Abdomen und/oder Becken erhielten. Auch hier erfolgte die Berechnung von IM und die ROI-basierte Messung. Die Differenz zwischen Messung unter optimierten Bedingungen und unter Routinebedingungen diente als Indikator der Ungenauigkeit der Iodquantifizierung (∆IC). Ein Matlab-script errechnete automatisch a.p.- und lat-Durchmesser des Patienten in der Messschicht sowie den Anteil von Knochen, Fett und Weichgewebe in dieser. Der Effekt sämtlicher Parameter auf ∆IC wurde untersucht.

Ergebnisse

Iodkarten zeigten eine hohe Genauigkeit (durchschnittliches ∆IC = 0,01±0,12mg/ml). ∆IC war in niedrigen Konzentrationen größer als in höheren Konzentrationen (0,8/4,8mg/ml: +6,5% / 1%). Der Einfluss der verschiedenen Parameter auf ∆IC war in der mutivariaten Regression zufällig, den größten Einfluss hatte der Anteil von Knochen und der Gesamtquerschnitt.

Schlussfolgerungen

Die Genauigkeit der Iodquantifizierung mittels SDCT ist auch unter Routinebedingungen gegeben. Eine Zunahme der Quantifizierungs-Ungenauigkeit ist bei großem Patientenquerschnitt und in Gegenwart von viel Knochen zu beachten, was a.E. an einer relevanten Zunahmen an Streustahlung (cross-scatter) liegt.

Teilnahme Young Investigator Award

14:15 - 14:20

Vortrag (Wissenschaft)

Benchmarking a novel intravascular Tantalum Oxide-based CT Contrast agent in a multiphase protocol: preliminary results of a preclinical study

Maurice M. Heimer (München)

weitere Autoren

Yuxin Sun (San Francisco) / Nikki Okwelogu (San Francisco) / Peter J. Bonitatibus (New York) / Dan E. Meyer (New York) / Brian Bales (New York) / Sina Houshmand (San Francisco) / Benjamin M. Yeh (San Francisco)

Zielsetzung

To compare the CT imaging performance of a novel intravenous carboxybetaine zwitterionic–coated tantalum oxide (TaCZ) nanoparticle CT contrast agent with that of a conventional iodinated (Iopamidol) contrast agent in a rabbit model

Material und Methoden

Four rabbits were serially placed inside an adipose-equivalent encasement emulating normal abdominal girth of 102 cm and scanned on a Spectral CT scanner (Philips IQon, Best, Netherlands) at arterial and venous delays after intravenous injection of 540 mg element (Ta or I) per kilogram of body weight of TaCZ or Iopamidol. For each time point, contrast enhancement of the aorta, portal- and hepatic veins, as well as the liver parenchyma were measured in Hounsfield Units (HU) by placing circular regions of interest. Effective Z-numbers were also measured for the aorta and liver parenchyma. Findings were compared using a paired T-test for independent samples.

Ergebnisse

Mean peak enhancement for both arterial and venous phases were higher for TaCZ than for Iopamidol in the aorta (365 vs. 264 HU p=0,62; and 227 vs. 142 HU p<0,001), portal vein (406 vs. 220 HU p=0,01; and 251 vs. 145 HU p=0,001), hepatic vein (227 vs. 168 HU p=0,34; and 257 vs. 145 HU p<0,001) and liver parenchyma (166 vs. 112 HU p=0,049; and 147 vs. 110 HU p=0,029). Effective-Z measurements were significantly lower in both the aorta (6,72 vs. 9,94 p=0,019; and 7,04 vs. 8,79 p<0,001) and liver parenchyma (7,01 vs. 8,24 p=0,002; and 7,07 vs. 8,14 p<0,001) after injection of TaCZ compared to Iopamidol.

Schlussfolgerungen

An experimental tantalum nanoparticle–based intravenous contrast agent showed greater contrast enhancement compared with Iopamidol at arterial and venous delay phases in a rabbit model; spectral decomposition algorithms allow differentiation of tantalum and iodine which indicates valuable applications for multi-energy CT imaging.
14:20 - 14:25

Vortrag (Wissenschaft)

BODIPY nanostructures as a contrast agent for Multispectral Optoacoustic Tomography (MSOT)

Max Masthoff (Muenster)

weitere Autoren

Shivadharshini Kuberasivakumaran (Münster) / Antonia Albers (Münster) / Jonas Matern (Münster) / Gustavo Fernández (Münster) / Christiane Geyer (Münster) / Anne Helfen (Münster) / Max Masthoff (Münster)

Zielsetzung

Endothelial permeability is regulated in health and disease, and may be distinctly altered during inflammation, especially during systemic infections such as sepsis. Currently established contrast agents that used to display endothelial permeability are fixed in size and configuration, and mostly restricted to one diagnostic modality. In this project, we evaluate newly designed, so called BODIPY dye, which can self-assemble into nanostructures of varying size and shape, as contrast agent for multispectral optoacoustic tomography (MSOT).

Material und Methoden

Two BODIPY nanostructures with varying alkyl chain (C12 and C8) were synthesised, ranging from 200 – 300 nm in size. For all in vitro measurements BODIPY dissolved in aqueous solution containing <1% tetrahydrofluorane (THF) was used. In vitro photoacoustic measurements in agarose phantoms at different concentrations (0.5, 1, 5, 10 and 15 µM) were performed in wavelengths ranging from 680 – 900 nm. The signal stabilities of nanostructures were studied by measuring the MSOT signal in fetal bovine serum (FBS) and water at 0 h and 24 h. To evaluate BODIPY toxicity, cell viability tests were performed using colorimetic assay by incubation of 1x104 human gingival fibroblast (hGF) cells with 5 µM and 10 µM of BODIPY solutions.

Ergebnisse

Both BODIPYs C12 and C8 showed a strong, concentration-dependent photoacoustic signal at 795 nm with stability in both water and FBS for 24 hours. Simultaneous toxicity studies showed no relevant toxicity on hGF cells after 48 hours of incubation.

Schlussfolgerungen

The designed BODIPY agents showed excellent MSOT signal, sufficient stability and a good toxicity profile. Thereupon, the created BODIPY platform will be expanded to other imaging modalities as well as for in vivo studies to assess endothelial permeability in health and disease.

Teilnahme Young Investigator Award

14:25 - 14:45

Diskussion

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