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Analytische Näherungsverfahren zur Beschreibung der nuklearen Spin-Dephasierung

Analytical Approaches for the Description of Nuclear Spin Dephasing

Bauer, Wolfgang Rudolf

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SWD-Schlagwörter:		Biologisches System , NMR-Bildgebung , Spinrelaxation , Näherungsverfahren
Freie Schlagwörter (Deutsch):		Spin Relaxation , Magnetresonanz , MR, Herz , Durchblutung
Freie Schlagwörter (Englisch):		spin dephasing , magnetic resonance , perfusion , T2 , cardiac imaging
PACS - Klassifikation:		82.56.-b
Institut:		Physikalisches Institut
Fakultät:		Fakultät für Physik und Astronomie
DDC-Sachgruppe:		Physik
Dokumentart:		Dissertation
Erstgutachter:		Haase, Axel (Prof. Dr.)
Sprache:		Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung:		09.12.2002
Erstellungsjahr:		2002
Publikationsdatum:		06.03.2003
Kurzfassung auf Deutsch:		Die Dynamik der Kernspindephasierung in lebenden Systemen enhält relevante Informationen über biologisch wichtige Parameter, wie Sauerstoffversorgung, Mikrozirkulation, Diffusion etc.. Ursächlich für die Dephasierung sind Interaktionen des Spins mit fluktuierenden Magnetfeldern. Notwendig sind also Modelle, welche diese Interaktionen mit den biologisch relevanten Parametern in Beziehung setzen. Problematisch ist, daß fast alle analytische Ansätze nur in extremen Dynamikbereichen der Störfeldfluktuationen (motional narrowing - , static dephasing limit) gültig sind. In dieser Arbeit zeigen wir einen Ansatz, mit dem man die Dynamik der Störfeldfluktuationen erheblich vereinfachen und trotzdem noch deren wesentliche Eigenschaften beibehalten kann. Dieser Ansatz ist nicht auf einen speziellen Dynamikbereich festgelegt. Angewendet wird dieses Näherungsverfahren zur Beschreibung der Spin Dephasierung im Herzmuskel. Die Relaxationszeiten erhält man als Funktion der Kapillardichte und Blutoxygenierung. Vergleiche mit numerisch errechneten Daten anderer, eigenen Messungen am menschlichen Herzen und experimentellen Befunden in der Literatur, bestätigen die theoretischen Vorhersagen.
Kurzfassung auf Englisch:		The dynamics of nuclear spin dephasing in living objects contains relevant information about important parameters as oxygen supply, microcirculation, and diffusion. Spin dephasing is induced by interaction of spins with fluctuating perturbation fields. Desirable are models which relate these interactions to the biological parameters. Unfortunately most analytical approaches are restricted to certain motion regimes, e.g. the motional narrowing or static dephasing limit. In this work we present an analytical approach, which simplifies the perturbation field dynamics but still conserves its relevant properties. This approach is not restricted to any motion regime. As an application we describe spin dephasing in the cardiac muscle. We obtain the relaxation time as a function of capillary density and blood oxygenation. Data are in excellent agreement with numerical simulations of others, own measurements in humans, and experimental data in the literature.