@phdthesis{Weber2011,
  author    = {Weber, Daniel},
  title     = {Morphologische und funktionelle MRT-Infarktcharakterisierung und Entwicklung einer diffusionsgewichteten MRT-Methode},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-71157},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Diffusionstensorbildgebung im Vergleich zu anderen Parametermethoden f{\"u}r die Infarktcharakterisierung Ziel dieses Teils der Arbeit war die Kl{\"a}rung der Frage, welches Potential verschiedene MR-Parametersequenzen bei der Charakterisierung eines myokardialen Infarkts sowohl im akuten als auch im chronischen Fall haben. Dazu wurde eine Studie mit akut und chronisch infarzierten Rattenherzen durchgef{\"u}hrt. Untersucht wurden die Parameter T1, T2 und T2* sowie die aus der Diffusionstensorbildgebung berechneten Parameter ADC, FA, cs, cp und cl . Es zeigte sich, dass es kein Analogon zum bei einer cerebralen Isch{\"a}mie bekannten Mismatch-Konzept gibt. Weder im akuten noch im chronischen war Fall eine ausgewiesene Differenz im diagnostizierten Infarktareal zwischen verschiedenen Sequenzen feststellbar. Alles in allem eignen sich zur detaillierten Charakterisierung der Infarktnarbe am besten eine T2*- oder eine Diffusionstensorsequenz. Die T2*-Sequenz liefert optisch das aufschlussreichere Bild, die aufwendigere Diffusionstensorsequenz dagegen bietet aufgrund der vielfachen Darstellungsm{\"o}glichkeiten im Postprocessing ein Mehr an Information und zeigt dazu eine Ver{\"a}nderung der Narbe im Zeitverlauf. Oxygenierungsmessung am M{\"a}useherz in vivo Die Charakterisierung einer Infarktnarbe kann auch {\"u}ber die Darstellung morphologischer Strukturen hinaus erfolgen. Die Oxygenierung ist ein komplexer Parameter, der funktionelle Auskunft {\"u}ber die Vaskularisierung und Viabilit{\"a}t des Gewebes geben kann. Zugang zu diesem Parameter erh{\"a}lt man {\"u}ber T2*-Messungen, da der Parameter T2* sensitiv auf chemisch gebundenen Sauerstoff reagiert. Hier wurden der Einfluss von reiner Sauerstoffatmung im Gegensatz zu normaler Raumluftatmung auf die Oxygenierung bei gesunden und infarzierten M{\"a}usen untersucht. Die Messungen wurden trotz der Schwierigkeiten, die durch die Bewegung durch Atmung und Herzschlag entstehen, in vivo bei 17,6 Tesla implementiert und durchgef{\"u}hrt. Die Aufl{\"o}sung war ausreichend, um auch nach Infarkt extrem ausged{\"u}nnte Myokardw{\"a}nde gut aufl{\"o}sen und charakterisieren zu k{\"o}nnen. Der Effekt auf das Oxygenierungslevel ist stark unterschiedlich zwischen normalen und infarzierten Herzen, woraus auf eine noch nicht weit fortgeschrittene Revaskularisierung der Narbe eine Woche nach Infarzierung geschlossen werden kann. Die Methode wurde dar{\"u}ber hinaus an einem 7,0 Tesla-Magneten zur Verwendung an Ratten implementiert und auf das im Gegensatz zur Maus ver{\"a}nderte Atmungsverhalten der Ratte angepasst. Zum einen kann dadurch der Einfluss des hohen Magnetfeldes auf die Oxygenierungsmessung untersucht werden, zum anderen ist das Herz als zu untersuchendes Objekt bei der Ratte gr{\"o}ßer. Diffusionswichtung mittels Hole-Burning Die in dieser Arbeit zur Charakterisierung des Herzens verwendete Diffusionsmethode kann im Grenzfall von kurzen T2-Relaxationszeiten an ihre Grenzen stoßen: Bei den verwendeten starken Magnetfeldern klingt das messbare Signal aufgrund der Relaxationszeit T2 oft sehr schnell ab. Daher wurde eine Methode entwickelt, die einen v{\"o}llig neuen Ansatz zur diffusionsgewichteten Bildgebung verfolgt, bei dem die Informationen {\"u}ber die Diffusion unabh{\"a}ngig von der limitierenden T2-Zeit gewonnen werden k{\"o}nnen. Die sog. Hole-Burning-Diffusionssequenz verwendet in einem Vorexperiment lediglich die Longitudinalmagnetisierung zur Diffusionswichtung. Das Signal wird dann mit einer schnellen Auslesesequenz akquiriert. Bei der Pr{\"a}paration werden zun{\"a}chst auf Subvoxel-Niveau Streifen "gebrannt", d.h. die Magnetisierung wird dort ges{\"a}ttigt. Bis zur n{\"a}chsten S{\"a}ttigung ist das Verhalten der Magnetisierung abh{\"a}ngig von der T1-Relaxation in diesem Bereich und vom Diffusionsverhalten. Durch rasches Wiederholen des selektiven Pulszugs wird schließlich eine Gleichgewichtsmagnetisierung erreicht, die von der Diffusionskonstanten D und der T1-Relaxationszeit abh{\"a}ngt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Abh{\"a}ngigkeiten verschiedener Sequenzparameter untersucht und diese mittels Simulationen optimiert. Außerdem wurde die Sequenz an einem Scanner implementiert und erste Experimente damit durchgef{\"u}hrt. Mit Hilfe von Simulationen konnten dazu Lookup-Tabellen generiert werden, mit denen in bestimmten Bereichen (insbesondere bei nicht zu kurzen T1-Relaxationszeiten) sowohl die Diffusionskonstante D als auch die T1-Relaxationszeit quantifiziert werden konnte.},
  subject      = {Kernspintomografie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kaufmann2008,
  author    = {Kaufmann, Ilja},
  title     = {Funktionelle NMR-Mikroskopie an Pflanzenwurzeln},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-34150},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {Als nicht-invasive Methode bietet die magnetische Kernspinresonanztomographie durch ihre Vielzahl an messbaren Gr{\"o}ßen wie Wassergehalt und Flussgeschwindigkeiten gute Voraussetzungen, um funktionelle Abl{\"a}ufe in Pflanzen und insbesondere Pflanzenwurzeln zu untersuchen. F{\"u}r funktionelle NMR-Mikroskopie notwendige Hardware und Methoden wurden in dieser Arbeit entwickelt und angewendet. Aufgrund der starken Suszeptibilit{\"a}tsunterschiede in den Proben und der notwendigen Zeitaufl{\"o}sung f{\"u}r funktionelle Studien, lag das Hauptaugenmerk dabei auf Turbospinechomethoden (auch als RARE bekannt). Im Rahmen des Hardwareaufbaus wurde ein neuartiges, modulares Probenkopfkonzept entwickelt. Außerdem war es notwendig geeignete Probengef{\"a}ße und Pflanzenhandlingsysteme zu entwerfen, die die Anbringung einer HF-Spule im Wurzelbereich erlauben. F{\"u}r die Auswertung gemessener Parameterkarten wurde eine Software geschrieben, mit der interaktiv Mittelwerte entlang geschlossener Pfade berechnet werden k{\"o}nnen, angepasst an den grob radialsymmetrische Aufbau der Pflanzenwurzeln. Als Grundlage f{\"u}r biologische Aussagen anhand von T1-, T2- und Spindichtekarten wurden aus einer umfangreichen Literaturrecherche die bekannten Zusammenh{\"a}nge zwischen diesen Parametern und physiologischen Gr{\"o}ßen zusammengestellt. Erg{\"a}nzend wurde das Verhalten einer monoexponentiellen Beschreibung der Relaxation von mehr-Kompartimentsystemen und von deren Durchmischung untersucht. Eine Computersimulation der Diffusion zwischen Volumenschichten mit unterschiedlichen Relaxationszeiten wurde implementiert. Damit konnte gezeigt werden, dass die Reichweite der Durchmischung der messbaren Relaxationszeiten bei freier Diffusion abh{\"a}ngig ist von der Diffusionsweite, die nach der Einstein-Smoluchowski-Gleichung aus der jeweils lokalen Relaxationszeit resultiert. Damit ergibt sich eine grunds{\"a}tzliche Limitierung der r{\"a}umlichen Aufl{\"o}sung von Relaxationszeitkarten und auch des jeweiligen Relaxationszeitkontrastes in NMR-Bildern. Daneben erkl{\"a}rt der Effekt der durch Diffusion vermittelten Relaxation auch den hellen Ring, der in NMR-Bildern die Wurzeln in N{\"a}hrl{\"o}sung umgibt. Die haupts{\"a}chliche Anwendung der entwickelten Methodik auf biologische Fragestellungen bestand in der Untersuchung der Reaktion von Maiswurzeln auf Trockenstress. Erstmals konnten dabei im Rahmen dieser Arbeit Kavitationen der Wassers{\"a}ule im Xylem von Wurzeln sowie deren Wiederbef{\"u}llung nach Wiederbew{\"a}sserung der Pflanzen direkt beobachtet werden. Bei der weiteren systematischen Untersuchung zu Kavitationen gelang es auch, die bislang unbekannte Geschwindigkeit zu bestimmen (Gr{\"o}ßenordnung 1mm/min) mit der die kavitierten Bereiche von unten mit einer neuen Wassers{\"a}ule gef{\"u}llt werden. Außerdem konnte mit Hilfe von Flussgeschwindigkeitskarten nachgewiesen werden, dass Gef{\"a}ße mit Kavitationen nach der Wiederbef{\"u}llung ihre volle Funktionalit{\"a}t wiedererlangen k{\"o}nnen. Aus solchen Flusskarten konnte auch der Volumenfluss berechnet und z.B. mit der Transpirationsrate verglichen werden. Die gemessenen T1- und Spindichtekarten bieten viele Hinweise auf die Funktion der unterschiedlichen Gewebetypen der Wurzel w{\"a}hrend des Trockenstresses und bei der Wiederbef{\"u}llung. Insbesondere T1 erwies sich als aussagekr{\"a}ftiger Parameter f{\"u}r die Beurteilung von aufgetretenen Gewebesch{\"a}den. Als Grundlage f{\"u}r zuk{\"u}nftige Studien wurden verschiedene Messungen mit Kontrastmittel im Umgebungsmedium der Wurzeln durchgef{\"u}hrt, sowie eine 3D-Turbospinechosequenz implementiert, mit der auch die interne Struktur der Wurzeln und ihrer Verzweigungen dargestellt werden konnte.},
  subject      = {Magnetresonanzmikroskopie},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Grassmann2003,
  author    = {Graßmann, Olaf},
  title     = {Biomimetische Materialabscheidung in funktionalisierten Hydrogelmatrices},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-6521},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2003},
  abstract  = {In Analogie zu nat{\"u}rlichen Proteinger{\"u}sten wurden poly-Acrylamid-Hydrogele mit polaren funktionellen Gruppen modifiziert, die in der Biomineralisation eine wichtige Rolle spielen. Durch gezielte Variation der Synthesebedingungen ist es m{\"o}glich, Art, Gehalt und r{\"a}umliche Anordnung der ionischen Funktionalit{\"a}ten in den Copolymernetzwerken einzustellen. Die Hydrogele wurden in einer Doppeldiffusionsanordnung zur Mineralisation von CaCO3 eingesetzt und die Ergebnisse mit Gelatinegel als nat{\"u}rlichem Reaktionsmedium verglichen. Entgegen der urspr{\"u}nglichen Erwartungen konnten in Gelatinegel keine Hinweise auf molekular-chemische Wechselwirkungen zwischen dem Proteinnetzwerk und den Mineralisationsprodukten nachgewiesen werden. Im Verlauf der Kristallisation wird die organische Matrix lediglich passiv inkorporiert. Allerdings bewirkt die heterogene Verteilung in den hantel{\"a}hnlichen Kompositpartikeln die Auff{\"a}cherung der Wachstumsfronten, so daß sich im Verlauf des Kristallwachstums eine Zwillingsstruktur der makroskopischen Produkte ausbildet. Der Netzwerkeffekt der organischen Matrix wird jedoch von dem lokalen chemischen Milieu in dem Gelk{\"o}rper {\"u}berlagert. Die {\"A}hnlichkeit der Produkte mit nat{\"u}rlichen Biomineralen weist darauf hin, daß auch Biomineralisationsprozesse lediglich Folge eines unspezifischen chemischen Milieus sein k{\"o}nnen. Deutliche Analogien zu nat{\"u}rlichen Biomineralisationsprodukten wurden bei der Materialabscheidung in unfunktionalisierten poly-Acrylamid-Hydrogelen beobachtet. Die oktaedrische Form der Mineralisationsprodukte ist untypisch f{\"u}r Calcit und kennzeichnet einen spezifischen Kristallisationsmechanismus. Obwohl die Aggregate aus zahlreichen rhomboedrischen Calcit-Bausteinen zusammengef{\"u}gt sind, weisen die makroskopischen Produkte eine gest{\"o}rte einkristalline Struktur auf. Das große Mosaik der R{\"o}ntgenbeugungsmaxima ist auf die Fehlorientierung koh{\"a}rent streuender Bereiche zur{\"u}ckzuf{\"u}hren. Basierend auf den Untersuchungsergebnissen wurde ein Aggregationsmodell postuliert: Die simultane orientierte Verwachsung rhomboedrischer Untereinheiten sowie das Fl{\"a}chenwachstum dieser Bausteine f{\"u}hrt zu der oktaedrischen Morphologie der Aggregate. Die prinzipielle Analogie der Mineralisationsprodukte mit vielen Biomineralen richtet den Blick auf die Frage, inwieweit alleine die physikalische Struktur extrazellul{\"a}rer Matrices eine wichtige Rolle bei der Biomineralisation spielt. Die Ergebnisse der Mineralisationsversuche in Sulfonat-funktionalisierten Hydrogelen untermauern den dominanten Effekt der Netzwerkstruktur. Die stark polaren funktionellen Gruppen modifizieren lediglich die Morphologie der Aggregate, f{\"u}hren aber nicht zu einer grundlegenden Ver{\"a}nderung der Nukleation und des Wachstumsmechanismus. Demgegen{\"u}ber zeigt sich in Carboxylat-funktionalisiertem poly-Acrylamid eine deutlich erh{\"o}hte Keimdichte und eine intermedi{\"a}re Stabilisierung von Vaterit. Dieser spezifische Einfluß der Carboxylatgruppen auf die Keimbildung relativiert das oft f{\"u}r Biomineralisationsvorg{\"a}nge postulierte ionotrope Nukleationsmodell und unterstreicht die Notwendigkeit einer stereochemischen Verwandtschaft zwischen den organischen Funktionalit{\"a}ten und der entstehenden Kristallphase. Besonders deutlich wird die Bedeutung der Carboxylatgruppen bei der Mineralisation in Gelmatrices, die mit poly-L-Aspartat versetzt wurden. Die Wirkungsweise des Gelatinegels sowie der Kompartimenteffekt des poly-Acrylamid wird durch die Wechselwirkung des Additivs mit der anorganischen Phase {\"u}berkompensiert: Im Verlauf der Doppeldiffusion entstehen in den untersuchten Hydrogelen Vaterit-Agglomerate, die permanent stabilisiert sind. Da die Kristallisationsmechanismen der reinen Gelmatrices rhomboedrische Calcit-Keimkristalle voraussetzen, werden die Netzwerkeffekte durch die Bildung sph{\"a}rischer Vaterit-Partikel außer Kraft gesetzt. M{\"o}glicherweise beruht auch die Morphogenese nat{\"u}rlicher Biomineralisationsprodukte auf einem Wechselspiel des physikalischen Netzwerkeffekts einer extrazellul{\"a}ren Matrix und der Wirkungsweise modifikationsselektiver Makromolek{\"u}le. In den unterschiedlichen Hydrogelmatrices sind, trotz einheitlicher Versuchsbedingungen, drei grunds{\"a}tzlich verschiedene Kristallisationsmechanismen des Calcits wirksam: In Gelatinegel kommt es zu lagenweisem Wachstum, die oktaedrischen Produkte aus poly-Acrylamid gehen auf die Aggregation vorgeformter Untereinheiten zur{\"u}ck und in Carboxylat-funktionalisierten Netzwerken entstehen sph{\"a}rolithische Kristalle. Diese Ergebnisse belegen auf anschauliche Weise eine Wechselwirkung der organischen Matrix mit der anorganischen Phase. In nat{\"u}rlichen Systemen wird dieser Effekt durch komplexe genetische und zellul{\"a}re Prozesse gesteuert, die sich in-vitro nicht simulieren lassen. Allerdings weisen die Analogien der Mineralisationsversuche mit nat{\"u}rlichen Biomineralisationsprozessen auf vergleichbare Prinzipien hin. Demzufolge k{\"o}nnen die Mechanismen der Biomineralisation verh{\"a}ltnism{\"a}ßig trivial sein, allein die biologische Reproduzierbarkeit der Materialabscheidung setzt ein hohes Maß an genetischer Steuerung voraus. Von einer weiterf{\"u}hrenden Untersuchung der Mechanismen, die der Biomineralisation zugrunde liegen, sind wesentliche Impulse f{\"u}r eine biomimetische Materialsynthese zu erwarten. Wie die spezifische Wechselwirkung der Carboxylatgruppen mit der Kristallphase nahelegt, sollten die molekular-chemischen Effekte polarer funktioneller Gruppen im Mittelpunkt des Interesses stehen. F{\"u}r ein besseres Gesamtverst{\"a}ndnis muß daher eine Br{\"u}cke zwischen der "mesoskopischen" Wirkung gelartiger Medien und entsprechenden Vorg{\"a}ngen auf atomarer Skala geschlagen werden. Die atomaren Mechanismen bei der Kristallisation von CaCO3 in Gegenwart verschiedener Additive werden in einem Partnerprojekt an der Universit{\"a}t M{\"u}nster untersucht [Set03]. Die Zusammenf{\"u}hrung dieser beiden Sichtweisen l{\"a}ßt ein tiefgreifendes Verst{\"a}ndnis der allgemeinen Prinzipien der Biomineralisation erwarten.},
  subject      = {Hydrogel},
  language  = {de}
}