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Bildgestützte zeitliche und regionale Analyse der Ventilations-Perfusionsverhältnisse in der Lunge / FOR 474

Image-Based Temporal and Regional Analysis of Ventilation – Perfusion Ratios within the Lung

15.09.2003

Programmbeschreibung / Programme Summary

Aufgabe der Forschergruppe, der Mediziner und Naturwissenschaftler angehören, ist es, die komplexe Funktion der menschlichen Lunge mit Hilfe neuartiger, selbst entwickelter Untersuchungsmethoden zu erforschen und diese Erkenntnisse direkt in die Behandlung von Patienten umzusetzen. Bisherige Einzelbeobachtungen zur Ventilation und Perfusion der Lunge und Ergebnisse der Forschungsaktivitäten in den einzelnen Teilprojekten werden in ein funktionelles Untersuchungskonzept integriert und validiert. In grundlegenden Arbeiten werden die neuen Darstellungsmöglichkeiten für die MR der Lunge erheblich verbessert. Parallel wird die Positronenemissionstomographie (PET) so weiterentwickelt, dass beta-Rezeptoren, die bei der Bronchokonstriktion eine wichtige Rolle spielen, selektiv abgebildet werden können. Die neuen radiologischen Verfahren zur funktionellen Untersuchung müssen ihre Eignung und Aussagekraft bei Messungen von zeitlicher und räumlicher Verteilung der Atemluft und Durchblutung in der Lunge, bei der Darstellung der Mikrostruktur des Lungengerüsts sowie der Messung der Sauerstoffkonzentration in Lunge und Blut nachweisen. Aus diesen Untersuchungen lässt sich dann der jeweilige Beitrag zum Gasaustausch bzw. deren Störung bestimmen. Durch den vergleichenden Einsatz von MR, PET und CT können die Vor- und Nachteile der jeweiligen Untersuchungstechniken definiert werden. Über die reine Bildaufnahme hinaus werden ausgefeilte Verfahren zur Bildverarbeitung eingesetzt, um charakteristische Kenngrößen von Ventilation und Perfusion quantitativ genau anzugeben. Die Forschergruppe soll die neuen radiologischen Untersuchungsstrategien als Routinemethoden zur Verfügung stellen. So werden Erkenntnisse zur Diagnose und Behandlung vieler Lungenerkrankungen wie chronische Bronchitis, Emphysem, Asthma, Lungenembolie und akutes Lungenversagen erheblich erweitert. Diese Verfahren werden auch in der Verlaufskontrolle nach Lungentransplantation eine wichtige Rolle spielen. Darüber hinaus stellt die Verbesserung der Beatmungstherapie, z.B. auf der Intensivstation, ein zusätzliches wichtiges Ziel dar. Die Umsetzung der neuen radiologischen Verfahren aus der Forschergruppe in die klinische Praxis einer Universitätsklinik macht deutlich, dass physiologische Zusammenhänge nicht nur bildgebend dargestellt und quantifiziert werden können, sondern auch zu Verbesserungen bei der Behandlung der Patienten führen.

Aim of the research unit which consists of physicians and natural scientists is twofold: (1) to investigate the complex function of the human lung with novel self-developed examination strategies and (2) to apply this knowledge directly to the benefit of patients. Recent individual studies of ventilation and perfusion of the lung and the results of the research activities within the workpackages of the research unit will be integrated as parts of a functional examination protocol and validated. In basic studies novel visualization techniques for MRI of the lung will be significantly improved. In parallel, positron emission tomography (PET) will be developed further in order to selectively visualize beta-receptors, which play an important role in bronchoconstriction. The new radiological techniques for functional studies have to prove their suitability and relevance for measurements of temporal and spatial distribution of ventilation and perfusion of the lung, of the visualization of the microstructure of the lung parenchyma and the measurement of oxygen partial pressure in lung and blood. From there the individual contribution to gas exchange and its impairment can be determined. By the comparative use of MRI, PET and CT their advantages and disadvantages can be defined. Beyond the mere acquisition of images sophisticated strategies for image post-processing will be applied to quantitate characteristic surrogates of ventilation and perfusion. The research unit will provide new radiological strategies which can be used in clinical routine. They will significantly enhance the knowledge for diagnosis and therapy of many pulmonary diseases, such as chronic bronchitis, emphysema, asthma, pulmonary embolism and acute lung failure, and also play an important role in the follow-up of patients after lung transplantation. Improvements of ventilation therapies, e.g. on the intensive care unit, are another important aim. The transfer of the new radiological strategies form the research unit into clinical routine of a university clinic makes clear that physiological relationships will not only be visualized and quantified, but they will also be applied to improve the therapy of patients.

Sprecher / Spokesperson:

Professor Dr. Manfred Thelen
Klinik und Poliklinik für Radiologie Klinikum der Universität Mainz
Langenbeckstraße 1 · 55131 Mainz
Tel.: (06131) 17-7370 · Fax.: (06131) 17-7359
E-Mail: thelen@radiologie.klinik.uni-mainz.de

Further Information: www.uni-mainz.de/FB/Medizin/Radiologie/FOR474