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Forschungsbericht 2010 299 RADIOLOGIE Institut für Radiologie (bis 30.11.2010) Institut für diagnostische und interventionelle Radiologie (ab 01.12.2010) Direktor: Prof. Dr. Michael Galanski (bis 31.10.2010) Direktor: Prof. Dr. Frank K. Wacker (ab 01.11.2010) Tel.: 0511 / 532-3422 • E-Mail: [email protected] • www.mh-hannover.de/radiologie.html Forschungsprofil Die Forschungsaktivität des Institutes für Radiologie konzentriert sich auf vier Themenschwerpunkte: 1. Post-Processing von Bilddaten einschließlich der Computer-assistierten Diagnostik (CAD) 2. Quantifizierende Bildgebung von Organfunktionen 3. Experimentelle Radiologie / Kleintierbildgebung 4. Interventionelle Radiologie Die großen Datenmengen moderner Schnittbildverfahren, insbesondere der Computertomographie, verlangen neue Formen der Datenanalyse und -darstellung. Ziel ist es, dreidimensionale Darstellungsverfahren wie die Volume Rendering Technik über die bloße Befundpräsentation hinaus zu echten diagnostischen Werkzeugen weiterzuentwickeln. Darüber hinaus werden intelligente Algorithmen implementiert, die den Radiologen bei der Detektion von Pathologien unterstützen. Dadurch soll die Bildbeurteilung beschleunigt, die Reproduzierbarkeit von Verlaufsbeurteilungen verbessert und damit insgesamt die diagnostische Sicherheit erhöht werden. Quantifizierende Bildgebung von Organfunktionen: Die Quantifizierung von Organfunkti- onen betrifft die großen Organe: Herz/Gefäße, Lunge, Leber und Niere. Die kardiovaskuläre Diagnostik verfolgt die Quantifizierung der regionalen Myokardperfusion als Hilfsmittel zur Diagnostik der koronaren Herzerkrankung. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf die Diagnostik der Erkrankung kleiner Gefäße, wie sie nach Herztransplantation aber auch im Rahmen des Diabetes mellitus auftreten können. Die Quantifizierung von auf die Gefäßwand wirkenden Kräften soll es erlauben, frühzeitig eine Degeneration von Homograft-Prothesen zu erkennen oder aber eine individu- alisierte Beurteilung der Instabilität aortaler Aortenaneurysmata zu ermöglichen. In der Lunge wird an Algorithmen gearbeitet, die anhand von morphologischen Veränderungen in der In- und Exspirationsaufnahme Rückschlüsse auf die Lungenfunktion erlauben. Die Quantifizierung der Leberverfettung (global und regional) wird derzeit mit Hilfe der MRT durchgeführt und soll zur Abschätzung der Lebertoxizität von Medikamenten sowie bei der Planung von Leberteilresektionen klinisch eingesetzt werden. Eine Quantifizierung der Organfibrose in der Leber und Niere wird derzeit mit Hilfe der MRT angestrebt unter Ausnutzen innovativer bildgebender Strategien. Experimentelle Bildgebung / Kleintierbildgebung In einer Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin (Fh ITEM), werden verschiedene Bildgebungsstrategien an transgenen Kleintiermodellen erprobt. Das methodische Spektrum umfasst sowohl morphologische (microCT) als auch funktionelle / molekulare Verfahren (microPET, optische Bildgebung). Interventionelle Radiologie: Der Schwerpunkt der interventionell-radiologischen Forschungsaktivität liegt in der lokoregionären Therapie primärer und sekundärer Tumoren von Leber und Niere.

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Forschungsbericht 2010 299

RADIOLOGIE

Institut für Radiologie (bis 30.11.2010)Institut für diagnostische und interventionelle Radiologie (ab 01.12.2010)

Direktor: Prof. Dr. Michael Galanski (bis 31.10.2010) Direktor: Prof. Dr. Frank K. Wacker (ab 01.11.2010)

Tel.: 0511 / 532-3422 • E-Mail: [email protected] • www.mh-hannover.de/radiologie.html

Forschungsprofi l

Die Forschungsaktivität des Institutes für Radiologie konzentriert sich auf vier Themenschwerpunkte:1. Post-Processing von Bilddaten einschließlich der Computer-assistierten Diagnostik (CAD)2. Quantifi zierende Bildgebung von Organfunktionen3. Experimentelle Radiologie / Kleintierbildgebung4. Interventionelle RadiologieDie großen Datenmengen moderner Schnittbildverfahren, insbesondere der Computertomographie, verlangen neue Formen der Datenanalyse und -darstellung.Ziel ist es, dreidimensionale Darstellungsverfahren wie die Volume Rendering Technik über die bloße Befundpräsentation hinaus zu echten diagnostischen Werkzeugen weiterzuentwickeln. Darüber hinaus werden intelligente Algorithmen implementiert, die den Radiologen bei der Detektion von Pathologien unterstützen. Dadurch soll die Bildbeurteilung beschleunigt, die Reproduzierbarkeit von Verlaufsbeurteilungen verbessert und damit insgesamt die diagnostische Sicherheit erhöht werden. Quantifi zierende Bildgebung von Organfunktionen: Die Quantifi zierung von Organfunkti-onen betrifft die großen Organe: Herz/Gefäße, Lunge, Leber und Niere. Die kardiovaskuläre Diagnostik verfolgt die Quantifi zierung der regionalen Myokardperfusion als Hilfsmittel zur Diagnostik der koronaren Herzerkrankung. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf die Diagnostik der Erkrankung kleiner Gefäße, wie sie nach Herztransplantation aber auch im Rahmen des Diabetes mellitus auftreten können. Die Quantifi zierung von auf die Gefäßwand wirkenden Kräften soll es erlauben, frühzeitig eine Degeneration von Homograft-Prothesen zu erkennen oder aber eine individu-alisierte Beurteilung der Instabilität aortaler Aortenaneurysmata zu ermöglichen. In der Lunge wird an Algorithmen gearbeitet, die anhand von morphologischen Veränderungen in der In- und Exspirationsaufnahme Rückschlüsse auf die Lungenfunktion erlauben. Die Quantifi zierung der Leberverfettung (global und regional) wird derzeit mit Hilfe der MRT durchgeführt und soll zur Abschätzung der Lebertoxizität von Medikamenten sowie bei der Planung von Leberteilresektionen klinisch eingesetzt werden. Eine Quantifi zierung der Organfi brose in der Leber und Niere wird derzeit mit Hilfe der MRT angestrebt unter Ausnutzen innovativer bildgebender Strategien. Experimentelle Bildgebung / Kleintierbildgebung In einer Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin (Fh ITEM), werden verschiedene Bildgebungsstrategien an transgenen Kleintiermodellen erprobt. Das methodische Spektrum umfasst sowohl morphologische (microCT) als auch funktionelle / molekulare Verfahren (microPET, optische Bildgebung). Interventionelle Radiologie: Der Schwerpunkt der interventionell-radiologischen Forschungsaktivität liegt in der lokoregionären Therapie primärer und sekundärer Tumoren von Leber und Niere.

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Forschungsbericht 2010300

RADIOLOGIE

Abb.1: Nach Elimination der verschobenen Knochen und Fremdkörper wird der verbliebene, intakte Knochengerüst des Patienten mit einem Norm-Modell registriert. Grau hinterlegt sind die rekonstruierten Knochenanteile.

Forschungsprojekte

Automatische 3D-Modellierung fehlender / schadhafter Organteile durch eine nicht-rigide Registrierung von „Norm“-Organen Die Rekonstruktion fehlender/schadhafter Organteile und die Korrektur pathologischer Veränderungen, sind eine häufi ge chirurgische Fragestellung, die eine genaue präoperative Planung voraussetzt.

Aufgrund des komplexen Aufbaus des menschlichen Körpers und der großen anatomischen Variation ist diese Aufgabe sehr anspruchsvoll.

Die Planung komplexer chirurgischer Eingriffe erfolgt häufi g anhand von 3D-Modellen, die mit spezieller Software aus Volumendaten von Multischicht-Computertomographen oder Magnetresonanztomographen generiert werden.Derzeit ist keine universelle, automatische Methode für die Modellbildung bekannt.

In symmetrischen Organen ist bei einseitigen Defekten / Frakturen die Technik der Spiegelung anwendbar, bei der für die Modellbildung die gesunde Seite auf die pathologische Seite gespiegelt wird.

Bei beidseitigen Defekten / Frakturen ist eine manuelle Bearbeitung erforderlich, die zeitaufwendig und fehlerträch-tig ist. Die Qualität des entstehenden Modells ist stark von der Erfahrung des Operateurs abhängig. Eine mathematische Modellierung ist komplex und nicht universell einsetzbar. In dem hier beschriebenen Forschungsprojekt wird an einem universellen, automatischen Ansatz für die Modellbildung und der Prothesenherstellung gearbeitet.

Die Anpassung an die individuelle Patientenanatomie erfolgt durch elastische (nicht-rigide) Registrierung von „Norm“-Modellen aus einer Referenzdatenbank. Die Referenzdatenbank sollte dabei eine möglichst breite anatomische Variationsbreite abdecken.

Anwendung in der MittelgesichtschirurgieAus Volumen-CT Daten von Patienten mit komplexen Mittelgesichtsfrakturen werden die verschobenen Knochen-fragmente aus dem Bilddatensatz entfernt. Anschließend erfolgt die Anpassung eines „Norm“-Modells aus einer Referenzdatenbank an die individuelle Patientenanatomie durch eine geometrische Transformation (Registrierung).

Die Registrierung ist in 2 Schritte unterteilt. Die Anpassung des „Norm“-Modells an die individuelle Anatomie des Patienten erfolgt zunächst durch eine affi ne Transformation (Größenskalierung und Korrektur durch Translation, Rotation und Scherung). Im 2. Schritt erfolgt die elastische (nicht-rigide) Modellierung an die individuelle Anatomie des Patienten durch Transformation mit B-Splines.

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Forschungsbericht 2010 301

RADIOLOGIE

Als Ergebnis werden fehlende / defekte Knochenfragmente durch Anpassen des „Norm“-Modells an die individuelle Anatomie automatisch rekonstruiert.

Projektleitung: Shin, Hoen-oh (PD Dr. med.); Kooperationspartner: Essig, Harald (Dr. med. Dr. med. dent.), Mund-, Kiefer-und Gesichtschirurgie; Förderung: AO Foundation: C-09-4E

Weitere Forschungsprojekte

Core Lab für die multizenter-Studie PERFECT (intramyokardiale Stammzelleninjektion Projektleitung: Hartung, Dagmar (PD Dr. med.); Kooperationspartner: HTTG-Chirurgie, Klinik für Herz- Thorax-

Chirurgie, Univ. Göttingen, Univ. Rostock; Förderung: BMBF (im Rahmen der PERFECT-Studie)

Characterization of Bronchiolitis-obliterans syndrome (BOS) following Lung Transplantation Projektleitung: Shin, Hoen-oh (PD Dr. med), Gottlieb, Jens (Dr. med.); Kooperationspartner: Klinik für Pneumologie;

Förderung: IFB Transplantation

CT-Gesteuerte Radiofrequenzablation Projektleitung: Ringe, Kristina I. (Dr. med.), Kaschinski, Stanislav (Dr. med.), Shin, Hoen-oh (PD Dr. med.); Förderung:

Rudolf-Bartling-Stiftung

Evaluation spezifi scher hepatobiliärer Kontrastmittel in der biliären Diagnostik Projektleitung: Ringe, Kristina I. (Dr. med.); Kooperationspartner: Department Radiology, Duke University Durham,

USA, Klinik für Gastro-, Hepato-, und Endokrinologie, MHH, Becker, Thomas (PD Dr. med.), Abdominalchirurgie, Gratz, Klaus F (Prof. Dr. med.), Nuklearmedizin

Evaluation der mikro-CT und mikro-PET zur Beurteilung der Tumorlast und des Tumormetabolismus in transgenen Mausmodellen des Adenocarcinoms der Lunge. Projektleitung: Rodt, Thomas (Dr. med.), von Falck, Christian (Dr. med.); Kooperationspartner: Fraunhofer Institut

für Toxikologie und experimentelle Medizin (ITEM)

Abb.2: a.) Patient mit komplexer Fraktur, b.) nach Elimination verschobener Knochen und Fremdkörper, c.) Rekonstruierter Schädel nach Registrierung mit einem “Norm”-Modell

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Forschungsbericht 2010302

RADIOLOGIE

Diagnostik von kardialer Transplantatvaskulopathie und Transplantatfunktion: Multislice-CT (MSCT) und Magnetresonanztomographie (MRT) versus konventionelle Koronarangiographie Projektleitung: Hartung, Dagmar (PD Dr. med.); Kooperationspartner: Bara, Christoph (Dr. med.)

Originalpublikationen

Alzen G, Basedow J, Luedemann M, Berthold LD, Zimmer KP. Partial splenic embolization as an alternative to splenectomy in hypersplenism-single center experience in 16 years. Klin Padiatr 2010;222(6):368-373

Blum KS, Wiebking U, Rosenthal H. Spontane Gasbrandinfektion mit Clostridium septicum. Röfo 2010;182(6):529-531

Boethig D, Ernst F, Sarikouch S, Norozi K, Lotz J, Opherk JP, Meister M, Breymann T. Physical stress testing of bovine jugular veins using magnetic resonance imaging, echocardiography and electrical velocimetry. Interact Cardiovasc Thorac Surg 2010;10(6):877-83; discussion 883

Dettmer S, Tschernig T, Galanski M, Pabst R, Rieck B. Teaching surgery, radiology and anatomy together: the mix enhances moti-vation and comprehension. Surg Radiol Anat 2010;32(8):791-795

Edelmann-Schäfer B, Berthold LD, Stracke H, Lührmann PM, Neuhäuser-Berthold M. Identifying Elderly Women with Osteopo-rosis by Spinal Dual x-ray Absorptiometry, Calcaneal Quantitative Ultrasound and Spinal Quantitative Computed Tomography: A Comparative Study. Ultrasound Med Biol 2010;37(1):29-36

Gösling T, Probst C, Länger F, Rosenthal H, Brunnemer U, Krettek C. Diagnostik und Therapie primärer Knochentumoren. Chirurg 2010;81(7):657-678, quiz 679-680

Gupta RT, Brady CM, Lotz J, Boll DT, Merkle EM. Dynamic MR imaging of the biliary system using hepatocyte-specifi c contrast agents. AJR Am J Roentgenol 2010;195(2):405-413

Gutberlet M, Geier O, Stäb D, Ritter C, Beer M, Hahn D, Köstler H. SNR-optimized myocardial perfusion imaging using parallel acqui-sition for effective density-weighted saturation recovery imaging. Magn Reson Imaging 2010;28(3):341-350

Herold C, Reichelt A, Stieglitz LH, Dettmer S, Knobloch K, Lotz J, Vogt PM. MRI-Based Breast Volumetry-Evaluation of Three Different Software Solutions. J Digit Imaging 2010;23(5):603-610

Hesse E, Kluge G, Atfi A, Correa D, Haasper C, Berding G, Shin HO, Viering J, Langer F, Vogt PM, Krettek C, Jagodzinski M. Repair of a segmental long bone defect in human by implantation of a novel multiple disc graft. Bone 2010;46(5):1457-1463

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Ringe KI, Husarik DB, Sirlin CB, Merkle EM. Gadoxetate disodium-enhanced MRI of the liver: part 1, protocol optimization and lesion appearance in the noncirrhotic liver. AJR Am J Roentgenol 2010;195(1):13-28

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Ringe KI, Waalkes S, Herrmann T, Galanski M, Rosenthal H. Trans-arterielle superselektive Coil-Embolisation zur Therapie des High-fl ow-Priapismus: Ein Fallbericht. Urologe A 2010;49(6):747-749

Rodt T, von Falck C, Dettmer S, Halter R, Maus R, Ask K, Kolb M, Gauldie J, Laenger F, Hoy L, Welte T, Galanski M, Maus UA, Borlak J. Micro-computed tomography of pulmonary fi brosis in mice induced by adenoviral gene transfer of biologically active transforming growth factor-beta1. Respir Res 2010;11(1):181

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Stephan M, Radicke A, Leutloff S, Schmiedl A, Pabst R, von Hörsten S, Dettmer S, Lotz J, Nave H. Dipeptidyl peptidase IV (DPP4)-defi ciency attenuates diet-induced obesity in rats: possible implications for the hypothalamic neuropeptidergic system. Behav Brain Res 2011;216(2):712-718

Tutarel O, Meyer GP, Lotz J, Westhoff-Bleck M. Serial evaluation of the thoracic aorta in patients with a bicuspid aortic valve: A magnetic resonance angiography study. Vasa 2010;39(2):140-144

von Falck C, Galanski M, Shin HO. Informatics in radiology: sliding-thin-slab averaging for improved depiction of low-contrast lesions

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Forschungsbericht 2010 303

RADIOLOGIE

with radiation dose savings at thin-section CT. Radiographics 2010;30(2):317-326

von Falck C, Meier S, Jördens S, King B, Galanski M, Shin HO. Se-miautomated Segmentation of Pleural Effusions in MDCT Datasets. Acad Radiol 2010;17(7):841-848

Wech T, Gutberlet M, Greiser A, Stäb D, Ritter CO, Beer M, Hahn D, Köstler H. Hochaufgelöste funktionelle Herz-MR Bildgebung mithilfe dichtegewichteter Echtzeit-Datenaufnahme und einer Kombination von Compressed Sensing und paralleler Bildgebung in der Rekonstruktion. Röfo 2010;182(8):676-681

Westhoff-Bleck M, Girke S, Breymann T, Lotz J, Pertschy S, Tutarel O, Roentgen P, Bertram H, Wessel A, Schieffer B, Meyer GP. Pulmonary valve replacement in chronic pulmonary regurgitation in adults with congenital heart disease: Impact of preoperative QRS-duration and NT-proBNP levels on postoperative right ventricular function. Int J Cardiol 2010;DOI: 10.1016/j.ijcard.2010.05.064

Winkler C, Hüper K, Wedekind AC, Rochlitzer S, Hartwig C, Müller M, Braun A, Krug N, Hohlfeld JM, Erpenbeck VJ. Surfactant protein D modulates pulmonary clearance of pollen starch granules. Exp Lung Res 2010;36(9):522-530

Übersichtsarbeiten Ringe KI, Weidemann J, Ringe BP, Weismüller TJ. Advances in Biliary Imaging: CT and MR cholangiography. AGH 2010;1(2):1-9

Buchbeiträge, Monografi en Galanski M, Dettmer S, Keberle M, Opherk JP, Ringe K. Thoracic imaging : direct diagnosis in radiology. Stuttgart;New York, NY: Thieme, 2010. IX, 357 S. (Dx-direct!)

Abstracts 2010 wurden 26 Abstracts publiziert.

PromotionenGolafshan, Zahra (Dr. med.): Messung der Streustrahlung bei Ein- und Mehrschicht-CT-Geräten.

WissenschaftspreiseRodt, T., von Falck, C., Halter, R., Shin, H.O., Ringe, K., Galanski, M., Borlak, J.: Mikro-CT basierte Region Growing Segmentation zur Verlaufsbeurteilung des multifokalen Adenocarcinoms der Lunge in SPC-raf transgenen Mäusen.