@phdthesis{Haddad2003,
  author    = {Haddad, Daniel},
  title     = {Hochfeld 1H-NMR-Mikroskopie zur biophysikalischen Grundlagenforschung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-12449},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2003},
  abstract  = {Dank der mit modernen NMR-Spektrometern (Kernspintomographen) routinem{\"a}ßig realisierbaren isotropen r{\"a}umlichen Aufl{\"o}sungen von wenigen Mikrometern, ergeben sich f{\"u}r die 1H NMR-Mikroskopie zahlreiche neue Anwendungsgebiete. Allerdings sind die M{\"o}glichkeiten und Grenzen der NMR-Mikroskopie bez{\"u}glich ihrer praktischen Anwendbarkeit bisher nur wenig untersucht worden. Die vorliegende Arbeit ist im Bereich der biophysikalischen Grundlagenforschung angesiedelt und soll die praktische Anwendbarkeit der NMR-Mikroskopie auf neuen medizinischen und biologischen Anwendungsgebieten anhand von ausgew{\"a}hlten Beispielen aus diesen Bereichen demonstrieren. Die einzelnen Projekte besitzen deswegen immer auch den Charakter von Machbarkeitsstudien, die aufzeigen sollen, welche M{\"o}glichkeiten und Vorteile die NMR-Mikroskopie im Vergleich zu etablierten Untersuchungsmethoden bietet. Im Detail wurden unterschiedliche lebende und fixierte biologische Proben mittels NMR-Mikroskopie zerst{\"o}rungsfrei und r{\"a}umlich hochaufgel{\"o}st dargestellt. Dabei variierte die spezielle Zielsetzung von der Visualisierung der Invasion eines Tumorsph{\"a}roiden in ein Zellaggregat anhand von T2-Parameterkarten (Zeitkonstante der Spin-Spin-Relaxation) {\"u}ber die dreidimensionale Darstellung des Gehirns der Honigbiene in der intakten Kopfkapsel bis hin zur nicht-invassiven Abbildung der Anatomie prenataler Delphine. F{\"u}r alle durchgef{\"u}hrten Projekte war der nicht-invasive Charakter der NMR-Experimente von entscheidender Bedeutung. Die zu beobachtende Tumorinvasion durfte nicht durch die Messung beeinflusst werden, das Bienengehirn sollte m{\"o}glichst naturgetreu abgebildet werden, und die untersuchten Delphine sind seltene Museumsst{\"u}cke, die nicht zerst{\"o}rt werden durften. Die verschiedenen Proben wurden mit der jeweils bestm{\"o}glichen r{\"a}umlichen Aufl{\"o}sung visualisiert, die sich entweder durch das minimal n{\"o}tige Signal-zu-Rausch-Verh{\"a}ltnis (SNR) oder durch die zur Verf{\"u}gung stehende Messzeit ergab. Um einzelne feine Strukturen in den Bildern aufl{\"o}sen zu k{\"o}nnen, mussten sowohl das SNR, als auch das Kontrast-zu-Rausch-Verh{\"a}ltnis optimiert werden. Die Messungen wurden an Hochfeld-NMR-Spektrometern bei 500 und 750 MHz durchgef{\"u}hrt, um das f{\"u}r die hohe Aufl{\"o}sung notwendige SNR zu gew{\"a}hrleisten. Mit den Experimenten konnten zahlreiche Fragen bez{\"u}glich mikroskopischer Details der verschiedenen untersuchten Proben nicht-invasiv beantworten werden. Gleichzeitig f{\"u}hrten sie zu neuen interessanten Fragestellungen bez{\"u}glich der NMR-Mikroskopie an fixierten Proben. Dar{\"u}ber hinaus konnte die praktische Anwendbarkeit der NMR-Mikroskopie als Alternative bzw. Erg{\"a}nzung zu herk{\"o}mmlichen Untersuchungsmethoden wie der konfokalen Lasermikroskopie bei der Visualisierung des Bienengehirns und der konventionellen Histologie bei der Untersuchung der Anatomie der prenatalen Delphine demonstriert werden. Durch die Untersuchung der speziellen Vorteile und der Grenzen der Anwendung der NMR-Mikroskopie gegen{\"u}ber den herk{\"o}mmlichen Untersuchungsmethoden konnte konkret der praktische Nutzen ihres Einsatzes aufgezeigt und Ergebnisse erzielt werden, die sonst nicht erzielbar w{\"a}ren. Gerade der Einsatz der NMR-Mikroskopie in Form der NMR-Histologie stellt einen vielversprechenden Weg zur Etablierung der NMR-Mikroskopie als Routineuntersuchungsmethode dar. Als ebenso erfolgreich hat sich die Anwendung der NMR-Mikroskopie als Untersuchungsmethode bei der Beobachtung der Tumorinvasion erwiesen, so dass sie auch in der medizinischen in-vitro Forschung und Therapiesimulation als sinnvolle Alternative zu den vorhandenen Methoden angesehen werden kann. Anhand der ausgew{\"a}hlten Anwendungsbeispiele ist es in dieser Arbeit somit gelungen, neue, konkrete Einsatzm{\"o}glichkeiten f{\"u}r die NMR-Mikroskopie zu er{\"o}ffnen und ihre praktische Anwendbarkeit als Untersuchungsmethode f{\"u}r Fragestellungen im Bereich der medizinischen in-vitro Forschung und verschiedener neuro- und entwicklungsbiologischer Bereiche zu demonstrieren.},
  subject      = {NMR-Spektroskopie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Greiser2003,
  author    = {Greiser, Andreas},
  title     = {Dichte-gewichtete Phasenkodierung zur effizienten k-Raumabtastung in der NMR-Bildgebung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-7145},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2003},
  abstract  = {Die spektroskopische NMR-Bildgebung (Chemical Shift Imaging, CSI) kombiniert die Lokalisationstechniken der NMR-Tomographie mit der NMR-Spektroskopie und bietet so eine ortsaufgel{\"o}ste metabolische Information {\"u}ber das untersuchte Gewebe. Mit dieser Technik k{\"o}nnen Stoffwechselvorg{\"a}nge direkt und quantitativ untersucht werden. Deshalb finden die Verfahren der spektroskopischen NMR-Bildgebung in der medizinischen Forschung eine immer breitere Anwendung. Zwei Aspekte erschweren hierbei die klinische Etablierung dieser Methoden: die aufgrund der geringen Empfindlichkeit langen notwendigen Messzeiten bei dennoch geringer r{\"a}umlicher Aufl{\"o}sung und die im Vergleich zur herk{\"o}mmlichen NMR-Tomographie aufwendigere Datenauswertung. In der vorliegenden Arbeit wurden in beiden Punkten substantielle methodische Fortschritte erzielt. In einer Fallstudie mit Herzpatienten konnten erstmals die Ver{\"a}nderungen der Metabolitensignale auf 31P-Karten visualisiert werden. Die dabei erreichte Empfindlichkeit erlaubt auch die Untersuchung der Herzhinterwand, wobei hier die Sensitivit{\"a}t an der Grenze des f{\"u}r eine Individualdiagnostik minimal akzeptablen Signal-Rausch-Verh{\"a}ltnisses (SNR) liegt. Der Einsatz h{\"o}herer Grundfeldst{\"a}rken in der 31P-NMR-Spektroskopie l{\"a}ßt einen deutlichen Empfindlichkeitsgewinn erwarten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine umfassende Vergleichsstudie zwischen einem klinischen 1,5 T NMR-Bildgebungssystem und einem 2,0 T Tomographen durchgef{\"u}hrt. Der beobachtete Empfindlichkeitsgewinn von 45\% steht im Rahmen der Messgenauigkeit in Einklang mit einem theoretisch zu erwartenden, linearen Anstieg des SNR. Die Lokalisationseigenschaften eines ortsaufgel{\"o}sten NMR-Experiments werden dadurch bestimmt, wie die der k-Raum, der Raum der r{\"a}umlichen Frequenzen, abgetastet wird. Insbesondere in r{\"a}umlich niedrig aufgel{\"o}sten Experimenten f{\"u}hren die Seitenbanden der r{\"a}umlichen Antwortfunktion zu Signalkontamination. Bei der Phasenkodierung kann diese Kontamination durch eine auf unterschiedlichen Mittelungszahlen beruhende Wichtung der k-Raumabtastung unterdr{\"u}ckt werden. Bei vorgegebener Experimentdauer und r{\"a}umlicher Aufl{\"o}sung verringert diese Akkumulations-gewichtetete Phasenkodierung jedoch im Vergleich zum ungewichteten Experiment den abdeckbaren Bildbereich. Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit lag deshalb auf der Entwicklung eines neuen k-Raum-Abtastschemas. Dieses Abtastschema basiert auf einer Modulation der Abtastdichte im k-Raum und wird deshalb als Dichte-Wichtung („DW") bezeichnet. Zur Diskretisierung einer gew{\"u}nschten kontinuierlichen Wichtungsfunktion dient ein neuer, nicht-iterativer Algorithmus, der aus den Eingangsparametern r{\"a}umliche Aufl{\"o}sung und Gesamt-Akkumulationszahl ein geeignetes Abtastschema generiert. Die Lokalisations-Eigenschaften der Dichte-Wichtung wurden ausf{\"u}hrlich analysiert und mit den etablierten Phasenkodierschemata verglichen. Die Dichte-gewichtete k-Raumabtastung kombiniert die Vorteile der Akquisitions-gewichteten Phasenkodierung mit einem maximierten Bildbereich. So kann bei k{\"u}rzeren Experimentdauern ein deutlicher Gewinn an Lokalisationsqualit{\"a}t erzielt werden, ohne dabei die Vorteile einer reinen Phasenkodierung aufzugeben. F{\"u}r die Dichte-gewichtete Phasenkodierung gibt es ein weites Anwendungsfeld. Sie wurde im Rahmen dieser Arbeit in mehreren vorklinischen Studien erfolgreich eingesetzt. Die theoretisch zu erwartenden Vorteile bez{\"u}glich der Lokalisationseigenschaften best{\"a}tigten sich experimentell. Im Bereich der spektroskopischen 31P-NMR-Bildgebung in vivo erwies sich die Dichte-Wichtung als deutlich bessere Alternative zur Akkumulations-Wichtung. Die Einfaltungen des starken Brustmuskelsignals, welche im bisher verwendeten 31P CSI Protokoll den Informationsgehalt der Metabolitenkarten beeintr{\"a}chtigt hatten, konnten unterdr{\"u}ckt werden. In der 23Na-NMR-Bildgebung am Herzen wurde das DW Abtastschema eingesetzt, um die Verbesserung der Lokalisationsqualit{\"a}t durch Akquisitions-Wichtung erstmals auch in der 23Na-NMR-Bildgebung am menschlichen Herzen zu nutzen. Es konnte gezeigt werden, daß die DW Methode deutliche Vorteile im Vergleich zu den herk{\"o}mmlichen Abtastungen liefert. Mit der DW Methode gelang es, 23Na-Bilder des menschlichen Herzens von bisher unerreichter Qualit{\"a}t zu erzeugen. Insgesamt wurde mit der Dichte-gewichteten k-Raumabtastung in der vorliegenden Arbeit eine flexible und effiziente Art der Akquisitionswichtung entwickelt. Zus{\"a}tzlich zu einer deutlichen Verbesserung der Lokalisationsqualit{\"a}t bei optimaler Empfindlichkeit wird mit DW auch die Optimierung des abdeckbaren Bildbereichs erreicht. Somit bietet DW im Vergleich zum Akkumulations-gewichteten Experiment eine gr{\"o}ßere Flexibilit{\"a}t bei der Wahl der experimentellen Parameter Aufl{\"o}sung und Experimentdauer. Dar{\"u}ber hinaus ist das DW Abtastschema potentiell f{\"u}r jedes NMR-Bildgebungsexperiment mit niedriger r{\"a}umlicher Aufl{\"o}sung von Nutzen.},
  subject      = {Herzfunktionsdiagnostik},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Koehler2003,
  author    = {K{\"o}hler, Sascha},
  title     = {Entwicklung hochaufgel{\"o}ster NMR-Methoden zur morphologischen und funktionellen Charakterisierung des Herzmuskels},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-9060},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2003},
  abstract  = {Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, neue Messverfahren zu entwickeln, die eine umfassende Charakterisierung des Herzmuskels erm{\"o}glichen. Sowohl die Morphologie als auch die Funktion und der Gef{\"a}ßstatus wurden am intakten und am krankhaft ver{\"a}nderten isolierten Herzmuskel der Ratte mit NMR-Mikroskopietechniken untersucht.},
  subject      = {Herzfunktionsdiagnostik},
  language  = {de}
}