Effects of tubers of the Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus) and potatoes (Solanum tuberosum) on the intestinal microbiota of pigs and evaluation of a procedure for quantification of microbial mass in pig faeces

Die Mikrobiota im Gastrointestinaltrakt (GIT) spielt eine bedeutende Rolle beim Fermentationsprozess im Bezug auf die Nährstoffversorgung sowie die Gesundheit des Darms und des gesamten Organismus. Inulin und resistente Stärke (RS) konnten als präbiotisch wirksame Substanzen identifiziert werden und sind jeweils auch in den Knollen der Topinamburpflanze (Helianthus tuberosus) und in Kartoffeln (Solanum tuberosum) enthalten. Da sie ebenfalls energiereiche Futtermittel für Schweine sind, war es das Ziel der ersten beiden Studien, die Auswirkungen der Aufnahme von Topinamburknollen und Kartoffeln auf die intestinale Mikrobiota und Parameter des Immunsystems bei Endmastschweinen zu bestimmen. In der dritten Studie wurde die mikrobielle Biomasse quantitativ mit einem Verfahren zur Isolation von Bakterien in einer Flüssigkeit durch Hochgeschwindigkeits-Zentrifugation erfasst und der bakteriell gebundene Stickstoff (MP-N) mit dem bakteriellen und endogenem Kotstickstoff (BEDN) verglichen. Im ersten Versuch wurden 72 Endmastschweine in einem Freilandhaltungssystem in eine Kontroll- (CT), die mit Kraftfutter entsprechend des Bedarfs der Tiere für ein Leistungsniveau von 700 g täglichem Lebendmassezuwachs versorgt wurde, und eine Versuchsvariante (ET) aufgeteilt. In der Versuchsvariante erhielten die Tiere nur 70% der Kraftfuttermenge der Kontrollvariante, hatten aber Zugang zu einer abgeteilten Fläche, auf der Topinamburknollen angebaut waren. Die freie Aufnahme von Topinamburknollen wurde auf 1•24 kg Trockenmasse (TM)/Tag bestimmt, entsprechend einer Inulinaufnahme von durchschnittlich 800 g/Tag. Während sich die Wachstumsleistung in der Kontrollvariante auf 0•642 ± 0•014 kg/Tag belief, war sie in der Versuchsvariante mit 0•765 ± 0•015 kg/Tag (P=0•000) höher. Die freie Verfügbarkeit von Inulin und Fructo-oligosacchariden (FOS) im GIT der Schweine erhöhte die Keimzahlen der anaeroben Bakterien (P=0•000), Laktobazillen (P=0•046) und Hefen (P=0•000) signifikant und verringerte das Vorkommen von Clostridium perfringens im Schweinekot erheblich von lg 5•24 ± 0•17 kolonie-bildende Einheiten pro g Frischmasse (KbE/ g FM) in der Kontrollvariante auf lg 0•96 ± 0•20 KbE/ g FM in der Versuchsvariante (P=0•000). C-reaktives Protein (CRP) und Antikörper gegen Lipopolysaccharide (LPS) von Escherichia coli J5 ließen keine Unterschiede zwischen den Fütterungsvarianten erkennen. In der zweiten Untersuchung wurden 58 Endmastschweine einer Kontrollvariante (CT), die bedarfsgerecht mit einer Kraftfuttermischung für ein Leistungsniveau von 700 g Tageszunahmen gefüttert wurde, und zwei Versuchsvarianten zugeteilt. Die Versuchsvarianten erhielten eine Menge von 1•2 kg TM gedämpften Kartoffeln (potato treatment, PT) oder gedämpften und einsilierten Kartoffeln (silage treatment, ST) pro Tag und nur 46% bzw. 43% der Menge des Kraftfutters der Kontrollvariante. Die Wachstumsleistung und Schlachtkörperzusammensetzung ließen keine signifikanten Unterschiede zwischen den Varianten erkennen. Im PT und ST waren gegenüber dem CT im Kot der pH-Wert sowie die Gehalte von TM, Neutral-Detergenz-Faser (NDF), unverdautem Futterstickstoff (UDN) und teilweise von Säure-Detergenz-Faser (ADF) signifikant niedriger (P=0•000) und die von Ammonium (NH4) und Ammoniumstickstoff (NH4-N) signifikant höher (P=0•000). Das hohe Angebot von hitzebehandelten Kartoffeln führte zu einer erheblichen Verringerung von E. coli (P=0•000), C. perfringens (P=0•000) und Immunoglobulin A gegen LPS von E. coli J5 (P=0•001). Darüber hinaus waren in der ersten Versuchsperiode im ST die aeroben und anaeroben Gesamtkeimzahlen sowie die Laktobazillen und Hefen gegenüber dem PT signifikant erhöht. Die Unterschiede in der Mikrobiota zwischen der Kontroll- und Versuchsvarianten weisen auf die positiven Auswirkungen von Topinamburknollen und hitzebehandelten Kartoffeln auf die Mikrobiota im hinteren Darmabschnitt hin. Das Ziel der dritten Untersuchung war die Modifizierung des Verfahrens zur Isolation von Bakterien in einer Flüssigkeit mittels verschiedener Zentrifugationsschritte, um ein mikrobielles Pellet (MP) zu erhalten, welches die quantitative Abtrennung und Erfassung der Bakterien in Schweinekot ermöglicht. Zusätzlich wurde der BEDN Anteil sowie die Gehalte der Aminozucker Galactosamin, Glucosamin, Mannosamin und Muraminsäure im Kot und im MP bestimmt. Die untersuchten Kotproben stammten von Schweinen eines Phosphor (P) Stoffwechselversuch. Zehn männlich-kastrierte Schweine mit einem durchschnittlichen Lebendgewicht von 51•1 ± 8•5 kg wurden einzeln in Stoffwechselkäfigen gehalten. Die Tiere wurden fünf Fütterungsvarianten zugeteilt, die dem Bedarf der Tiere für ein Leistungsniveau von 700 g Tageszunahmen entsprachen, in den Rationen 2 bis 5 jedoch eine P-Gehalt unter dem Tagesbedarf der Tiere aufwiesen und in den Rationen 3 bis 5 mit abgestuften Gehalten von 50, 100 sowie 200 mg/kg einer experimentellen Phytase ergänz waren. Die Absenkung des P Gehaltes im Futter verringerte den Asche- (P=0•024) und Trockenmassegehalt im Kot (P=0•017) sowie die P Konzentration im MP (P=0•000) signifikant. Die mikrobielle Biomasse im Kot wurde durch die Wiegung des MP auf durchschnittlich 467 g/kg TM bestimmt. Der Stickstoffgehalt im Kot betrug im Mittel 46•1 g/kg TM und der in die Bakterienmasse eingebaute Stickstoffanteil 27•1 g/kg TM bzw. 58% vom Gesamtstickstoffgehalt im Kot. Die BEDN Fraktion wurde auf 73% am Kotstickstoff bestimmt. Der P-Gehalt im Kot sowie der N Gehalt im MP mit durchschnittlichen 10•4 und 57•9 g/kg TM lagen im Bereich von Literaturangaben. Die P Gehalte im MP schwankten in Abhängigkeit von der Zugabe von Phytase signifikant (P=0•000) von 1•8 bis 4•8 g/kg TM. Die Aminozucker wiesen keine signifikanten unterschiede zwischen Fütterungsvarianten auf und lagen im Bereich von Werten von Rinderkot. Ergebnisse weisen darauf hin, dass die angewandte Methode zur direkten Quantifizierung der mikrobiellen Biomasse geeignet ist.

Biomarkers for oxidative stress in acute lung injury induced in rabbits submitted to different strategies of mechanical ventilation

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Discretizing the deformation parameter in the su(q)(2) quantum algebra

Inspired in recent works of Biedenham [1, 2] on the realization of the q-algebra su(q)(2), We show in this note that the condition [2j + 1](q) = N-q(j) = integer, implies the discretization of the deformation parameter alpha, where q = e(alpha). This discretization replaces the continuum associated to ct by an infinite sequence alpha(1), alpha(2), alpha(3),..., obtained for the values of j, which label the irreps of su(q)(2). The algebraic properties of N-q(j) are discussed in some detail, including its role as a trace, which conducts to the Clebsch-Gordan series for the direct product of irreps. The consequences of this process of discretization are discussed and its possible applications are pointed out. Although not a necessary one, the present prescription is valuable due to its algebraic simplicity especially in the regime of appreciable values of alpha.

Detection of cavitated approximal surfaces using cone beam CT and intraoral receptors

Objectives: The aim of this study was to compare cone beam CT (CBCT) in a small field of view (FOV) with a solid-state sensor and a photostimulable phosphor plate system for detection of cavitated approximal surfaces. Methods: 257 non-filled approximal surfaces from human permanent premolars and molars were recorded by two intraoral digital receptors, a storage phosphor plate (Digora Optime, Soredex) and a solid-state CMOS sensor (Digora Toto, Soredex), and scanned in a cone beam CT unit (3D Accuitomo FPD80, Morita) with a FOV of 4 cm and a voxel size of 0.08 mm. Image sections were carried out in the axial and mesiodistal tooth planes. Six observers recorded surface cavitation in all images. Validation of the true absence or presence of surface cavitation was performed by inspecting the surfaces under strong light with the naked eye. Differences in sensitivity, specificity and agreement were estimated by analysing the binary data in a generalized linear model using an identity link function. Results: A significantly higher sensitivity was obtained by all observers with CBCT (p,0.001), which was not compromised by a lower specificity. Therefore, a significantly higher overall agreement was obtained with CBCT (p,0.001). There were no significant differences between the Digora Optime phosphor plate system and the Digora Toto CMOS sensor for any parameter. Conclusions: CBCT was much more accurate in the detection of surface cavitation in approximal surfaces than intraoral receptors. The differences are interpreted as clinically significant. A CBCT examination performed for other reasons should also be assessed for approximal surface cavities in teeth without restorations. © 2013 The British Institute of Radiology.

How large is the lung recruitability in early acute respiratory distress syndrome: a prospective case series of patients monitored by computed tomography

Introduction: The benefits of higher positive end expiratory pressure (PEEP) in patients with acute respiratory distress syndrome (ARDS) have been modest, but few studies have fully tested the "open-lung hypothesis". This hypothesis states that most of the collapsed lung tissue observed in ARDS can be reversed at an acceptable clinical cost, potentially resulting in better lung protection, but requiring more intensive maneuvers. The short-/middle-term efficacy of a maximum recruitment strategy (MRS) was recently described in a small physiological study. The present study extends those results, describing a case-series of non-selected patients with early, severe ARDS submitted to MRS and followed until hospital discharge or death. Methods: MRS guided by thoracic computed tomography (CT) included two parts: a recruitment phase to calculate opening pressures (incremental steps under pressure-controlled ventilation up to maximum inspiratory pressures of 60 cmH(2)O, at constant driving-pressures of 15 cmH(2)O); and a PEEP titration phase (decremental PEEP steps from 25 to 10 cmH2O) used to estimate the minimum PEEP to keep lungs open. During all steps, we calculated the size of the non-aerated (-100 to +100 HU) compartment and the recruitability of the lungs (the percent mass of collapsed tissue re-aerated from baseline to maximum PEEP). Results: A total of 51 severe ARDS patients, with a mean age of 50.7 years (84% primary ARDS) was studied. The opening plateau-pressure was 59.6 (+/- 5.9 cmH(2)O), and the mean PEEP titrated after MRS was 24.6 (+/- 2.9 cmH(2)O). Mean PaO2/FiO(2) ratio increased from 125 (+/- 43) to 300 (+/- 103; P < 0.0001) after MRS and was sustained above 300 throughout seven days. Non-aerated parenchyma decreased significantly from 53.6% (interquartile range (IQR): 42.5 to 62.4) to 12.7% (IQR: 4.9 to 24.2) (P < 0.0001) after MRS. The potentially recruitable lung was estimated at 45% (IQR: 25 to 53). We did not observe major barotrauma or significant clinical complications associated with the maneuver. Conclusions: MRS could efficiently reverse hypoxemia and most of the collapsed lung tissue during the course of ARDS, compatible with a high lung recruitability in non-selected patients with early, severe ARDS. This strategy should be tested in a prospective randomized clinical trial.

Improvement in ARDS experimental model installation: Low mortality rate and maintenance of hemodynamic stability

Introduction: Many experimental models using lung lavage have been developed for the study of acute respiratory distress syndrome (ARDS). The original technique has been modified by many authors, resulting in difficulties with reproducibility. There is insufficient detail on the lung injury models used, including hemodynamic stability during animal preparation and drawbacks encountered such as mortality. The authors studied the effects of the pulmonary recruitment and the use of fixed tidal volume (Vt) or fixed inspiratory pressure in the experimental ARDS model installation. Methods: Adult rabbits were submitted to repeated lung lavages with 30 ml/kg warm saline until the ARDS definition (PaO2/FiO(2) <= 100) was reached. The animals were divided into three groups, according to the technique used for mechanical ventilation: 1) fixed Vt of 10 ml/kg; 2) fixed inspiratory pressure (IP) with a tidal volume of 10 ml/kg prior to the first lung lavage; and 3) fixed Vt of 10 ml/kg with pulmonary recruitment before the first lavage. Results: The use of alveolar recruitment maneuvers, and the use of a fixed Vt or IP between the lung lavages did not change the number of lung lavages necessary to obtain the experimental model of ARDS or the hemodynamic stability of the animals during the procedure. A trend was observed toward an increased mortality rate with the recruitment maneuver and with the use of a fixed IP. Discussion: There were no differences between the three study groups, with no disadvantage in method of lung recruitment, either fixed tidal volume or fixed inspiratory pressure, regarding the number of lung lavages necessary to obtain the ARDS animal model. Furthermore, the three different procedures resulted in good hemodynamic stability of the animals, and low mortality rate. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Association Between Use of Lung-Protective Ventilation With Lower Tidal Volumes and Clinical Outcomes Among Patients Without Acute Respiratory Distress Syndrome A Meta-analysis

Context Lung-protective mechanical ventilation with the use of lower tidal volumes has been found to improve outcomes of patients with acute respiratory distress syndrome (ARDS). It has been suggested that use of lower tidal volumes also benefits patients who do not have ARDS. Objective To determine whether use of lower tidal volumes is associated with improved outcomes of patients receiving ventilation who do not have ARDS. Data Sources MEDLINE, CINAHL, Web of Science, and Cochrane Central Register of Controlled Trials up to August 2012. Study Selection Eligible studies evaluated use of lower vs higher tidal volumes in patients without ARDS at onset of mechanical ventilation and reported lung injury development, overall mortality, pulmonary infection, atelectasis, and biochemical alterations. Data Extraction Three reviewers extracted data on study characteristics, methods, and outcomes. Disagreement was resolved by consensus. Data Synthesis Twenty articles (2822 participants) were included. Meta-analysis using a fixed-effects model showed a decrease in lung injury development (risk ratio [RR], 0.33; 95% CI, 0.23 to 0.47; I-2, 0%; number needed to treat [NNT], 11), and mortality (RR, 0.64; 95% CI, 0.46 to 0.89; I-2, 0%; NNT, 23) in patients receiving ventilation with lower tidal volumes. The results of lung injury development were similar when stratified by the type of study (randomized vs nonrandomized) and were significant only in randomized trials for pulmonary infection and only in nonrandomized trials for mortality. Meta-analysis using a random-effects model showed, in protective ventilation groups, a lower incidence of pulmonary infection (RR, 0.45; 95% CI, 0.22 to 0.92; I-2, 32%; NNT, 26), lower mean (SD) hospital length of stay (6.91 [2.36] vs 8.87 [2.93] days, respectively; standardized mean difference [SMD], 0.51; 95% CI, 0.20 to 0.82; I-2, 75%), higher mean (SD) PaCO2 levels (41.05 [3.79] vs 37.90 [4.19] mm Hg, respectively; SMD, -0.51; 95% CI, -0.70 to -0.32; I-2, 54%), and lower mean (SD) pH values (7.37 [0.03] vs 7.40 [0.04], respectively; SMD, 1.16; 95% CI, 0.31 to 2.02; I-2, 96%) but similar mean (SD) ratios of PaO2 to fraction of inspired oxygen (304.40 [65.7] vs 312.97 [68.13], respectively; SMD, 0.11; 95% CI, -0.06 to 0.27; I-2, 60%). Tidal volume gradients between the 2 groups did not influence significantly the final results. Conclusions Among patients without ARDS, protective ventilation with lower tidal volumes was associated with better clinical outcomes. Some of the limitations of the meta-analysis were the mixed setting of mechanical ventilation (intensive care unit or operating room) and the duration of mechanical ventilation. JAMA. 2012;308(16):1651-1659 www.jama.com

Rationale, study design, and analysis plan of the Alveolar Recruitment for ARDS Trial (ART): Study protocol for a randomized controlled trial

Background: Acute respiratory distress syndrome (ARDS) is associated with high in-hospital mortality. Alveolar recruitment followed by ventilation at optimal titrated PEEP may reduce ventilator-induced lung injury and improve oxygenation in patients with ARDS, but the effects on mortality and other clinical outcomes remain unknown. This article reports the rationale, study design, and analysis plan of the Alveolar Recruitment for ARDS Trial (ART). Methods/Design: ART is a pragmatic, multicenter, randomized (concealed), controlled trial, which aims to determine if maximum stepwise alveolar recruitment associated with PEEP titration is able to increase 28-day survival in patients with ARDS compared to conventional treatment (ARDSNet strategy). We will enroll adult patients with ARDS of less than 72 h duration. The intervention group will receive an alveolar recruitment maneuver, with stepwise increases of PEEP achieving 45 cmH(2)O and peak pressure of 60 cmH2O, followed by ventilation with optimal PEEP titrated according to the static compliance of the respiratory system. In the control group, mechanical ventilation will follow a conventional protocol (ARDSNet). In both groups, we will use controlled volume mode with low tidal volumes (4 to 6 mL/kg of predicted body weight) and targeting plateau pressure <= 30 cmH2O. The primary outcome is 28-day survival, and the secondary outcomes are: length of ICU stay; length of hospital stay; pneumothorax requiring chest tube during first 7 days; barotrauma during first 7 days; mechanical ventilation-free days from days 1 to 28; ICU, in-hospital, and 6-month survival. ART is an event-guided trial planned to last until 520 events (deaths within 28 days) are observed. These events allow detection of a hazard ratio of 0.75, with 90% power and two-tailed type I error of 5%. All analysis will follow the intention-to-treat principle. Discussion: If the ART strategy with maximum recruitment and PEEP titration improves 28-day survival, this will represent a notable advance to the care of ARDS patients. Conversely, if the ART strategy is similar or inferior to the current evidence-based strategy (ARDSNet), this should also change current practice as many institutions routinely employ recruitment maneuvers and set PEEP levels according to some titration method.

Entwicklung eines leistungsstarken Polarisators und Kompressors für 3 He für medizinische MR Tomographie

Zusammenfassung: Michael EbertEntwicklung eines leistungsstarken Polarisators und Kompressorsfür 3-He für medizinische MR Tomographie Durch Optisches Pumpen von metastabilem3-He*--Gas bei einem Druck von 1 mb und Spinübertrag mittels Metastabileraustauschstöße aufden Grundzustand, wird 3-He auf 53 % bei einemmittleren Fluß von f = 58 bar*liter/Tag aufpolarisiert. Bei einem Fluß von f = 122bar*l/Tag wird immer noch eine Polarisation von 30 % erzielt. DurchSteigerung der Laserleistung von derzeit 12 Watt aufwünschenswerte 30 Watt, könnten beigleichem Fluß Kernspinpolarisationen des Heliums von 70 % erreicht werden. Mittels einer eigens entwickelten Ganzmetall--Titan--Kolbenpumpeerfolgt die Kompression in zwei Stufen. Zuerst wird einZwischenvolumen auf Drücke 200 bis 800 mb,je nach Anwendung gefüllt. Mit dem selben Kompressor könnenanschließend abnehmbare, verschließbare Experimentierzellen ausdiesem Zwischenvolumen auf Drücke 1 bis 6 bar gefüllt werden. Auf Grund des großen Hubvolumens von 15,4 Liter können große Gasmengen proKompressionszyklus verdichtet werden. Wegen des großen Verhältnisaus Kompressionshub h = 100 cm undKompressordurchmesser 14 cm kommt es imKompressionsraum zu keinen meßbaren Polarisationsverlusten.Zusammen mit dem großen Kompressionsfaktor von K = 10000sind diese konstruktiven Maßnahmen für den vollständigen Erhaltder Polarisation bei der Kompression des polarizierten 3-He--Gasesverantwortlich. Diese großen Gasmengen an hyperpolarisiertem 3-He haben ersteklinische Studien funktioneller Lungen--MRT ermöglicht. DurchMessung des Sauerstoffpartialdrucks und dessen Abnahmerate, derBestimmung der Ventillation und Messung der DiffusionskonstantenADC in der Lunge, können die Funktionen dieses Organs lokalquantitativ beurteilt werden.

Diffusionsgewichtete Helium-3 Magnetresonanztomographie zur Untersuchung der Lunge

Die diffusionsgewichtete Magnetresonanztomographie (MRT) mit dem hyperpolarisierten Edelgas-Isotop 3He ist ein neues Verfahren zur Untersuchung von Erkrankungen der Atem-wege und der Lunge. Die Diffusionsbewegung der 3He-Atome in den Luftwegen der Lunge wird durch deren Wände begrenzt, wobei diese Einschränkung sowohl von den Dimensionen der Atemwege als auch von den Messparametern abhängt. Man misst daher einen scheinbaren Diffusionskoeffizienten (Apparent Diffusion Coefficient, ADC) der kleiner ist als der Diffusionskoeffizient bei freier Diffusion. Der ADC gestattet somit eine qualitative Abschät-zung der Größe der Luftwege und deren krankhafte Veränderung, ohne eine direkte Abbil-dung der Luftwege selbst. Eine dreidimensionale Abbildung der räumlichen Verteilung von Lungenschädigungen wird dadurch möglich. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, ein tieferes physikalisch fundiertes Verständnis der 3He-Diffusionsmessung zu ermöglichen und die Methode der diffusionsgewichteten 3He-MRT hin zur Erfassung des kompletten 3He-Diffusionstensors weiterzuentwickeln. Dazu wurde systematisch im Rahmen von Phantom- und tierexperimentellen Studien sowie Patientenmes-sungen untersucht, inwieweit unterschiedliche Einflussfaktoren das Ergebnis der ADC-Messung beeinflussen. So konnte beispielsweise nachgewiesen werden, dass residuale Luftströmungen am Ende der Einatmung keinen Einfluss auf den ADC-Wert haben. Durch Simulationsrechnungen konnte gezeigt werden, in welchem Maße sich die durch den Anregungspuls hervorgerufene Abnah-me der Polarisation des 3He-Gases auf den gemessenen ADC-Wert auswirkt. In einer Studie an lungengesunden Probanden und Patienten konnte die Wiederholbarkeit der ADC-Messung untersucht werden, aber auch der Einfluss von Gravitationseffekten. Diese Ergebnisse ermöglichen genauere Angaben über systematische und statistische Messfehler, sowie über Grenzwerte zwischen normalem und krankhaft verändertem Lungengewebe. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die bestehende diffusionsgewichtete Bildgebung methodisch zur Erfassung des kompletten Diffusionstensors von 3He in der Lunge weiterentwickelt. Dies war wichtig, da entlang der Luftwege weitestgehend freie Diffusion vorherrscht, während senkrecht zu den Luftwegen die Diffusion eingeschränkt ist. Mit Hilfe von Simulationsrech-nungen wurde der kritische Einfluss von Rauschen in den MRT-Bildern auf die Qualität der Messergebnisse untersucht. Diese neue Methodik wurde zunächst an einem Phantom beste-hend aus einem Bündel aus Glaskapillaren, deren innerer Durchmesser mit dem des mensch-lichen Azinus übereinstimmt, validiert. Es ergab sich eine gute Übereinstimmung zwischen theoretischen Berechnungen und experimentellen Ergebnissen. In ersten Messungen am Menschen konnten so unterschiedliche Anisotropiewerte zwischen lungengesunden Proban-den und Patienten gefunden werden. Es zeigte sich eine Tendenz zu isotroper Diffusion bei Patienten mit einem Lungenemphysem. Zusammenfassend tragen die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zu einem besseren Ver-ständnis der ADC-Messmethode bei und helfen zukünftige Studien aufgrund des tieferen Verständnisses der die 3He Messung beeinflussenden Faktoren besser zu planen.

Charakterisierung atherosklerotischer Plaques am Beispiel der A. carotis mittels Histologie, CT und semiautomatischer Farbcodierung

Auf der Suche nach dem „vulnerablen Plaque“, der ein besonders hohes Risiko für Schlaganfall und Herzinfarkt besitzt, findet momentan ein Paradigmenwechsel statt. Anstelle des klassischen Stenosegrades gewinnt die Darstellung der Plaquemorphologie zunehmend an Bedeutung. Fragestellung: Ziel dieser Arbeit ist es, die Fähigkeiten eines modernen 16-Kanal-CT hinsichtlich der Auflösung des Plaqueinneren bei Atherosklerose der Karotiden zu untersuchen und den Halo-Effekt in vivo zu erforschen. Methoden: Für die Studie wurden von 28 Patienten mit bekannter, symptomatischer Karotisstenose vor der gefäßchirurgischen Intervention CT-Bilder angefertigt, die nachfolgend mit der Histologie der Gefäßpräparate korreliert wurden. Auf diese Weise konnten die mikroskopisch identifizierten Lipidkerne im CT-Bild eingezeichnet und hinsichtlich ihrer Fläche und Dichtewerte evaluiert werden. In einem weiteren Schritt führten 2 Radiologen in Unkenntnis der histologischen Ergebnisse unabhängig voneinander eine Befundung durch und markierten mutmaßliche Lipidkerne. Zudem wurden sowohl in der verblindeten als auch in der histologiekontrollierten Auswertung die Plaquetypen anhand der AHA-Klassifikation bestimmt. Ein dritter Befundungsdurchgang geschah unter Zuhilfenahme einer von uns entwickelten Software, die CT-Bilder farbkodiert um die Detektion der Lipidkerne zu verbessern. Anhand der Farbkodierung wurde zudem ein Indexwert errechnet, der eine objektive Zuordnung zur AHA-Klassifikation ermöglichen sollte. Von 6 Patienten wurde zusätzlich noch eine native CT-Aufnahme angefertigt, die durch MPR exakt an die Kontrastmittelserie angeglichen wurde. Auf diese Weise konnte der Halo-Effekt, der die Plaqueanteile im lumennahen Bereich überstrahlt, quantifiziert und charakterisiert werden. Ergebnisse: Während die Einstufung in die AHA-Klassifikation sowohl durch den Befunder als auch durch den Softwarealgorithmus eine hohe Korrelation mit der Histologie aufweist (Typ IV/Va: 89 %, Typ Vb: 70 %, Typ Vc: 89 %, Typ VI: 55 %), ist die Detektion der Lipidkerne in beiden Fällen nicht ausreichend gut und die Befunderabhängigkeit zu groß (Cohens Kappa: 18 %). Eine Objektivierung der AHA-Klassifikation der Plaques durch Indexberechnung nach Farbkodierung scheint möglich, wenn auch dem Befunder nicht überlegen. Die fibröse Kappe kann nicht abgegrenzt werden, da Überstrahlungseffekte des Kontrastmittels dessen HU-Werte verfälschen. Dieser Halo-Effekt zeigte sich im Median 1,1 mm breit mit einer Standardabweichung von 0,38 mm. Eine Abhängigkeit von der Kontrastmitteldichte im Gefäßlumen konnte dabei nicht nachgewiesen werden. Der Halo-Effekt fiel im Median um -106 HU/mm ab, bei einer Standardabweichung von 33 HU/mm. Schlussfolgerung: Die CT-Technologie zeigt sich, was die Darstellung von einzelnen Plaquekomponenten angeht, den bekannten Fähigkeiten der MRT noch unterlegen, insbesondere in Bezug auf die fibröse Kappe. Ihre Fähigkeiten liegen bisher eher in der Einstufung von Plaques in eine grobe Klassifikation, angelehnt an die der AHA. Die klinische Relevanz dessen jedoch gilt es in Zukunft in größeren Studien weiter zu untersuchen. Auch lässt die Weiterentwicklung der Computertomographie auf eine zukünftig höhere Auflösung der Plaquemorphologie hoffen.

CT perfusion image processing: analysis of liver tumors

Perfusion CT imaging of the liver has potential to improve evaluation of tumour angiogenesis. Quantitative parameters can be obtained applying mathematical models to Time Attenuation Curve (TAC). However, there are still some difficulties for an accurate quantification of perfusion parameters due, for example, to algorithms employed, to mathematical model, to patient’s weight and cardiac output and to the acquisition system. In this thesis, new parameters and alternative methodologies about liver perfusion CT are presented in order to investigate the cause of variability of this technique. Firstly analysis were made to assess the variability related to the mathematical model used to compute arterial Blood Flow (BFa) values. Results were obtained implementing algorithms based on “ maximum slope method” and “Dual input one compartment model” . Statistical analysis on simulated data demonstrated that the two methods are not interchangeable. Anyway slope method is always applicable in clinical context. Then variability related to TAC processing in the application of slope method is analyzed. Results compared with manual selection allow to identify the best automatic algorithm to compute BFa. The consistency of a Standardized Perfusion Index (SPV) was evaluated and a simplified calibration procedure was proposed. At the end the quantitative value of perfusion map was analyzed. ROI approach and map approach provide related values of BFa and this means that pixel by pixel algorithm give reliable quantitative results. Also in pixel by pixel approach slope method give better results. In conclusion the development of new automatic algorithms for a consistent computation of BFa and the analysis and definition of simplified technique to compute SPV parameter, represent an improvement in the field of liver perfusion CT analysis.

Applicability of Tableside Flat Panel Detector CT Parenchymal Cerebral Blood Volume Measurement in Neurovascular Interventions: Preliminary Clinical Experience

CBV is a vital perfusion parameter in estimating the viability of brain parenchyma (eg, in cases of ischemic stroke or after interventional vessel occlusion). Recent technologic advances allow parenchymal CBV imaging tableside in the angiography suite just before, during, or after an interventional procedure. The aim of this work was to analyze our preliminary clinical experience with this new imaging tool in different neurovascular interventions.

Postmortem ventilation: A new method for improved detection of pulmonary pathologies in forensic imaging

Postmortem imaging has gained prominence in the field of forensic pathology. Even with experience in this procedure, difficulties arise in evaluating pathologies of the postmortem lung. The effect of postmortem ventilation with applied pressures of 10, 20, 30 and 40mbar was evaluated in 10 corpses using simultaneous postmortem computed tomography (pmCT) scans. Ventilation was performed via a continuous positive airway pressure mask (n=5), an endotracheal tube (n=4) and a laryngeal mask (n=1) using a portable home care ventilator. The lung volumes were measured and evaluated by a segmentation technique based on reconstructed CT data. The resulting changes to the lungs were analyzed. Postmortem ventilation at 40mbar induced a significant (p<0.05) unfolding of the lungs, with a mean volume increase of 1.32l. Small pathologies of the lung such as scarring and pulmonary nodules as well as emphysema were revealed, while inner livores were reduced. Even though lower ventilation pressures resulted in a significant (p<0.05) volume increase, pathologies were best evaluated when a pressure of 40mbar was applied, due to the greater reduction of the inner livores. With the ventilation-induced expansion of the lungs, a decrease in the heart diameter and gaseous distension of the stomach was recognized. In conclusion, postmortem ventilation is a feasible method for improving evaluation of the lungs and detection of small lung pathologies. This is because of the volume increase in the air-filled portions of the lung and reduced appearance of inner livores.

Influence of exertional oscillatory ventilation on exercise performance in heart failure

BACKGROUND: Exertional oscillatory ventilation (EOV) in heart failure may potentiate the negative effects of low cardiac output and high ventilation on exercise performance. We hypothesized that the presence of EOV might, per se, influence exercise capacity as evaluated by maximal cardiopulmonary exercise test. METHODS AND RESULTS: We identified 78 severe chronic heart failure patient pairs with and without EOV. Patients were matched for sex, age and peak oxygen consumption (VO2). Patients with EOV showed, for the same peak VO2, a lower workload (WL) at peak (DeltaWatts=5.8+/-23.0, P=0.027), a less efficient ventilation (higher VE/VCO2 slope: 38.0+/-8.3 vs. 32.8+/-6.3, P<0.001), lower peak exercise tidal volume (1.49+/-0.36 L vs. 1.61+/-0.46 L, P=0.015) and higher peak respiratory rate (34+/-7/min vs. 31+/-6/min, P=0.002). In 33 patients, EOV disappeared during exercise, whereas in 45 patients EOV persisted. Fifty percent of EOV disappearing patients had an increase in the VO2/WL relationship after EOV regression, consistent with a more efficient oxygen delivery to muscles. No cardiopulmonary exercise test parameter was associated with the different behaviour of VO2/WL. CONCLUSION: The presence of EOV negatively influences exercise performance of chronic heart failure patients likely because of an increased cost of breathing. EOV disappearance during exercise is associated with a more efficient oxygen delivery in several cases.