Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Bildqualität der MRT des Auges und der Orbita im Rahmen der technischen Möglichkeiten zu optimieren und den Einsatz innovativer Sequenzen hinsichtlich des klinischen Nutzens zu evaluieren. Die systematischen Untersuchungen mittels Empfangsspulen und Spulenkombinationen an Phantomen und 20 Patienten konnten zeigen, dass kleine Oberflächenringspulen das höchste SRV im Auge und der Orbita erzielen (Originalarbeit 1 und 2). Das Hinzuschalten der Kopfspule für eine Untersuchung des Auges sollte vermieden werden, da Kopplungseffekte das gemessene SRV und damit die Bildqualität negativ beeinflussen können. Das höchste mittlere SRV von 13,1 wurde mit der kleinsten Oberflächenspule (4 cm) bei 3 Tesla erzielt, gefolgt von 1,5 Tesla (9,6). Die in der Arbeit erzielten quantitativen und qualitativen Ergebnisse zeigen, dass die Oberflächenspule einen höheren Einfluss auf die Bildqualität hat, als die Feldstärke, d.h. optimale Bildqualität kann auch bei niedrigerer Feldstärke (1,5 Tesla) unter Einsatz einer kleinen Oberflächenspule erreicht werden (Originalarbeit 2). Mittels hochaufgelöster T1- und T2-gewichteter Datensätze von insgesamt 62 Patientenaugen konnte ein PLS (Partial least square) -Regressionsmodell entwickelt werden, welches einen statistischen Zusammenhang zwischen biometrischen Parametern des Augapfels und der Linsengröße herstellt. Die Linsengröße ist mit herkömmlichen Methoden präoperativ nicht genau bestimmbar, allerdings für Kataraktoperationen eine entscheidende Größe (Originalarbeit 3). Der Einsatz diffusionsgewichteter Sequenzen (DWI) beim Aderhautmelanom machte erstmals eine quantifizierbare Unterscheidung zur häufig vergesellschafteten Netzhautablösung möglich. Die quantitative Auswertung von DWI-Datensätzen von 40 Aderhautmelanomen ergab einen mittleren ADC-Wert von 891 (172) * 10-6 mm2/s (Originalarbeit 4). Zudem gelang es mit dem Einsatz von dynamischen, kontrastmittelgestützten Sequenzen (DCE) das Signalverhalten nach Kontrastmittelgabe von Aderhautmelanomen zu quantifizieren. Es wurde erstmals an einem großen Kollektiv (n = 40) demonstriert, dass Aderhautmelanome ähnlich zu anderen malignen Veränderungen einen raschen Signalanstieg nach Kontrastmittelgabe aufweisen und anschließend eine ‚Washout‘- oder ‚Plateau- Phase‘ zeigen. Zudem beobachteten wir bei jenen Patienten ein signifikant höheres Signal nach Kontrastmittelgabe, welche auch im Verlauf ein schlechteres klinisches Ergebnis (Lebermetastasen oder extraokuläres Wachstum) zeigten (Originalarbeit 5). Der vorteilhafte Einsatz der multiparametrischen Bildgebung (DWI und DCE) bei der Einordnung orbitaler Raumforderungen in benigne und maligne konnte in der vorliegenden Arbeit im Rahmen einer prospektiven Studie unter Einschluss von 65 Patienten demonstriert werden. Der ADC zeigte zwischen benignen und malignen Läsionen statistisch signifikante Unterschiede (1258 (577) * 10-6 mm2/s bei benignen Läsionen und 825 (437) * 10-6 mm2/s bei malignen Läsionen, p=0,001). Auch die Auswertung der DCE- Datensätze ergab signifikante Unterschiede und zeigte bei malignen Läsionen deutlich höhere Ktrans-, kep-, und iAUC-Werte (p < 0,01). Auch nahm die Übereinstimmung der Radiologen untereinander bei Hinzunahme der DWI und DCE deutlich zu (κ = 0,644). Es wird daher die Ergänzung von DWI- und DCE- Sequenzen im Routineprotokoll zur Diagnostik okulärer und orbitaler Pathologien empfohlen (Originalarbeit 6). Die in der vorliegenden Arbeit gewonnenen Ergebnisse der morphologischen Analyse des sogenannten ‚dritten' oder 'parietalen' Auges, der Glandula pinealis bei Patienten mit Retinoblastom können als Größenreferenz bei der diagnostischen Aufarbeitung hinsichtlich eines Pineoblastoms dienen (Originalarbeit 7). Insgesamt liefert diese Habilitationsschrift einen wissenschaftlichen Beitrag zu technischen Einflussgrößen zur Optimierung der Bildqualität und demonstriert den klinischen Nutzen der multiparametrischen Bildgebung bei der MRT-Diagnostik des Auges und der Orbita.
The aim of this study was to optimize the image quality of magnetic resonance imaging (MRI) of the eye and orbit and to evaluate the clinical benefit of innovative pulse sequences. The application of various coils and coil combinations was evaluated on phantoms and 20 patients. Small surface coils were found to yield the highest signal-to-noise ratio (SNR) in the eye and orbit (Original papers 1 and 2). Adding the head coil for eye examinations should be avoided as coupling effects decrease the SNR and therefore may adversely affect image quality. The highest average SNR of 13.1 was achieved with the smallest surface coil (4 cm) at 3 Tesla, followed by 1.5 Tesla (9.6). Both quantitative and qualitative results indicate that the surface coil has a higher influence on image quality than magnetic field strength, showing that optimal image quality can also be achieved at lower field strength (1.5 Tesla) when a small surface coil is used (Original paper 2). High-resolution T1- and T2-weighted datasets of 62 patient eyes were used to develop a partial least square (PLS) regression model, which establishes a statistical relationship between biometric parameters of the eye and lens size. The lens size cannot be determined precisely with conventional methods preoperatively although it is crucial in cataract surgery (Original paper 3). The use of diffusion-weighted imaging (DWI) sequences in uveal melanoma for the first time enabled quantifiable differentiation from retinal detachment, which is frequently associated with this malignancy. Quantitative analysis of DWI datasets of 40 uveal melanomas revealed a mean apparent diffusion coefficient (ADC) of 891 (172) * 10-6 mm2 / s (Original paper 4). Furthermore, dynamic contrast- enhanced (DCE) MRI was used to quantify the signal behavior of uveal melanoma after contrast medium administration. This was the first study in a large population (n = 40) demonstrating that uveal melanomas show similar dynamic contrast behavior as other malignancies with a rapid initial increase in signal intensity followed by washout or a plateau phase. Moreover, we observed that patients with significantly higher signal intensity after contrast medium administration had a poorer clinical outcome (liver metastases or extraocular tumor spread) (Original paper 5). The benefit of multiparametric MRI (DWI and DCE) in differentiating benign and malignant orbital masses was demonstrated in a prospective study including 65 patients. Benign and malignant orbital lesions had statistically significant different ADC values (1258 (577) * 10-6 mm2 / s for benign lesions versus 825 (437) * 10-6 mm2 / s for malignant lesions; P = 0.001). Analysis of the DCE datasets also revealed significant differences, showing significantly higher Ktrans, kep, and iAUC values for malignant lesions (p <0.01). Interobserver variability among the radiologists classifying the lesions improved markedly when DWI and DCE were added (κ = 0.644). Therefore, adding DWI and DCE sequences to the routine MRI protocol for imaging patients with ocular and orbital pathology is recommended (Original paper 6). The results of the morphological analysis of the so-called 'third' or 'parietal' eye, i.e., the pineal gland, in patients with retinoblastoma may serve as a size reference in the diagnostic work-up of pineoblastomas (Original paper 7). Overall, this habilitation thesis contributes scientific evidence for optimizing image quality and demonstrates the clinical benefit of multiparametric imaging in MRI of the eye and orbit.
