TY  - THES
A1  - Bathe, Katharina
T1  - Einfluss des Hepatozytenwachstumsfaktors(HGF) auf das linksventrikuläre Remodeling: Charakterisierung von Geometrie, Mechanik und Narbenentwicklung mittels NMR-Technik
T1  - The Influence of Hepatocyte Growth Factor (HGF) on Ventricular Remodeling: Characterization of Geometry, Mechanics and Scar Formation with NMR
N2  - Diese Dissertation beschreibt den Einfluss von HGF auf das ventrikuläre Remodeling des Rattenherzens in der 1. und 16. Woche nach Ischämie und Reperfusion. Die funktionalen Parameter wurden mit Hilfe des NMR gemessen. In der 16. Woche nach Ischämie und Reperfusion wurde die histologisch ermittelte Narbengröße mit dem Wert, der mittels NMR ermittelt wurde, verglichen.
N2  - This dissertation describes the influence of HGF on ventricular cardial remodeling of rats one week and sixteen weeks after ischemia and reperfusion. The functional parameters were calculated with NMR. Sixteen weeks after ischemia and reperfusion the scar formation was also analyzed by histologic methods. The outcomes of this method were compared with the results of the measurement with NMR.
KW  - Hepatozyten-Wachstumsfaktor
KW  - Reperfusion
KW  - Ischämie
KW  - NMR-Bildgebung
KW  - Wistar-Ratten
KW  - kardiales Remodeling
KW  - Magnetische Kernresonanz
KW  - HGF
KW  - ischemia
KW  - reperfusion
KW  - rats
KW  - NMR
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-28177
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bauer, Wolfgang Rudolf
T1  - Analytische Näherungsverfahren zur Beschreibung der nuklearen Spin-Dephasierung
T1  - Analytical Approaches for the Description of Nuclear Spin Dephasing
N2  - 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.
N2  - 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.
KW  - Biologisches System
KW  - NMR-Bildgebung
KW  - Spinrelaxation
KW  - Näherungsverfahren
KW  - Spin Relaxation
KW  - Magnetresonanz
KW  - MR
KW  - Herz
KW  - Durchblutung
KW  - spin dephasing
KW  - magnetic resonance
KW  - perfusion
KW  - T2
KW  - cardiac imaging
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-4674
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gollnau, Korbinian
T1  - Einfluss des Hepatozyten-Wachstumsfaktors (HGF) auf die myokardiale Mikrozirkulation nach Ischämie und Reperfusion am Rattenherzen - Quantifizierung mit Hilfe der NMR-Technik
T1  - Influence of Hepatocyte Growth Factor (HGF) on myocardial microcirculation after ischemia und reperfusion of the rat heart - Quantification with NMR-technology
N2  - Diese Arbeit befasste sich mit den Auswirkungen von Hepatozytenwachstumsfaktor auf die myokardiale Mikrozirkulation der Ratte nach zweistündiger Ischämie und Reperfusion. Untersucht wurde ein Zeitraum von sechzehn Wochen, quantifiziert wurde mit Hilfe der NMR-Spin-Labeling-Technik.
N2  - This thesis attended to the effects of hepatocyte growth factor on myocardial microcirculation of the rat after a two hours ischemia and reperfusion. Observed was a period of sixteen weeks, the microcirculation was quantified with NMR Spin-Labeling technique.
KW  - NMR-Bildgebung
KW  - Magnetische Kernresonanz
KW  - Hepatozyten-Wachstumsfaktor
KW  - Mikrozirkulation
KW  - Herzmuskel
KW  - Wistar-Ratte
KW  - NMR
KW  - myocardial infarction
KW  - HGF
KW  - microcirculation
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-25288
ER  - 
TY  - THES
A1  - Greiser, Andreas
T1  - Dichte-gewichtete Phasenkodierung zur effizienten k-Raumabtastung in der NMR-Bildgebung
T1  - Density-weighted phase-encoding for efficient k-space sampling in NMR Imaging
N2  - Die spektroskopische NMR-Bildgebung (Chemical Shift Imaging, CSI) kombiniert die Lokalisationstechniken der NMR-Tomographie mit der NMR-Spektroskopie und bietet so eine ortsaufgelöste metabolische Information über das untersuchte Gewebe. Mit dieser Technik können Stoffwechselvorgänge 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 räumlicher Auflösung und die im Vergleich zur herkömmlichen NMR-Tomographie aufwendigere Datenauswertung. In der vorliegenden Arbeit wurden in beiden Punkten substantielle methodische Fortschritte erzielt. In einer Fallstudie mit Herzpatienten konnten erstmals die Veränderungen der Metabolitensignale auf 31P-Karten visualisiert werden. Die dabei erreichte Empfindlichkeit erlaubt auch die Untersuchung der Herzhinterwand, wobei hier die Sensitivität an der Grenze des für eine Individualdiagnostik minimal akzeptablen Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) liegt. Der Einsatz höherer Grundfeldstärken in der 31P-NMR-Spektroskopie läßt 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 durchgeführt. Der beobachtete Empfindlichkeitsgewinn von 45% steht im Rahmen der Messgenauigkeit in Einklang mit einem theoretisch zu erwartenden, linearen Anstieg des SNR. Die Lokalisationseigenschaften eines ortsaufgelösten NMR-Experiments werden dadurch bestimmt, wie die der k-Raum, der Raum der räumlichen Frequenzen, abgetastet wird. Insbesondere in räumlich niedrig aufgelösten Experimenten führen die Seitenbanden der räumlichen Antwortfunktion zu Signalkontamination. Bei der Phasenkodierung kann diese Kontamination durch eine auf unterschiedlichen Mittelungszahlen beruhende Wichtung der k-Raumabtastung unterdrückt werden. Bei vorgegebener Experimentdauer und räumlicher Auflösung 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 gewünschten kontinuierlichen Wichtungsfunktion dient ein neuer, nicht-iterativer Algorithmus, der aus den Eingangsparametern räumliche Auflösung und Gesamt-Akkumulationszahl ein geeignetes Abtastschema generiert. Die Lokalisations-Eigenschaften der Dichte-Wichtung wurden ausführlich 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 kürzeren Experimentdauern ein deutlicher Gewinn an Lokalisationsqualität erzielt werden, ohne dabei die Vorteile einer reinen Phasenkodierung aufzugeben. Für 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 bezüglich der Lokalisationseigenschaften bestätigten 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 beeinträchtigt hatten, konnten unterdrückt werden. In der 23Na-NMR-Bildgebung am Herzen wurde das DW Abtastschema eingesetzt, um die Verbesserung der Lokalisationsqualität 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 herkömmlichen Abtastungen liefert. Mit der DW Methode gelang es, 23Na-Bilder des menschlichen Herzens von bisher unerreichter Qualität zu erzeugen. Insgesamt wurde mit der Dichte-gewichteten k-Raumabtastung in der vorliegenden Arbeit eine flexible und effiziente Art der Akquisitionswichtung entwickelt. Zusätzlich zu einer deutlichen Verbesserung der Lokalisationsqualität bei optimaler Empfindlichkeit wird mit DW auch die Optimierung des abdeckbaren Bildbereichs erreicht. Somit bietet DW im Vergleich zum Akkumulations-gewichteten Experiment eine größere Flexibilität bei der Wahl der experimentellen Parameter Auflösung und Experimentdauer. Darüber hinaus ist das DW Abtastschema potentiell für jedes NMR-Bildgebungsexperiment mit niedriger räumlicher Auflösung von Nutzen.
N2  - Magnetic Resonance Spectroscopic imaging (Chemical Shift Imaging, CSI) combines the localization techniques of MRI with MR spectroscopy and therefore povides spatially resolved metabolic information of the investigated tissue. Two aspects hamper the clinical acceptance of this method: the long measurement durations and the more elaborate data evaluation. In the presented work in both aspects significant improvements were achieved. In a case study with patients after myocardial infarction the changes in the 31P metabolite levels could be visualized. In combination with an automated data evaluation the acceptance of spectroscopic 31P MRI will be improved. Higher field strengths can improve the sensitivity in MRI. In an extended volunteer study a gain of 45% in sensitivity could be achieved at a field strength of 2.0 T compared to the clinically established 1.5 T. The localization properties in a spatially resolved NMR experiment are determined by the way how the k-space, representing the spatial frequencies that are acquired, is sampled. In particular in experiments with low spatial resolution, the sidebands of the spatial response function result in severe signal contamination. In phase-encoded expeiments this contamination can be suppressed by variable accumulation numbers at different positions in k-space. However, this results in a reduced spatial coverage in image space. The main goal of this work was the implementation of a new k-pace sampling scheme, that is based on the variation of the sampling density and is therefore referred to as "Density-weighting". To generate the discrete sampling matrix a new, non-iterative algorithm was developed, that calculates the sampling scheme from the input parameters spatial resolution and total number of accumulations. The new ampling scheme was extensively analyzed and compard to the established schemes. Density-weighting combines the advantages of Accumulation-weighting with a maximized field of view. At shorter experiment durations and maintained optimal sensitivity a significant improvement in image quality could be achieved. In several applications of cardiac spectroscopic MR imaging the advantages could be demonstrated.
KW  - Herzfunktionsdiagnostik
KW  - Phosphor-31-NMR-Spektroskopie
KW  - Chemische Verschiebung
KW  - Phasen-Kodierung
KW  - Dichte-Wichtung
KW  - Akquisitions-Wichtung
KW  - NMR-Bildgebung
KW  - Phase-encoding
KW  - Density-weighting
KW  - Acquisition-weighting
KW  - NMR-Imaging
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-7145
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gutberlet, Marcel
T1  - K-Raum-Symmetrie und dichtegewichtete Bildgebung: Optimierung der Magnet-Resonanz-Bildgebung hinsichtlich Signal-zu-Rauschverhältnis, Abbildungsqualität und Messzeit
T1  - K-space symmetry and density weighted imaging:Optimization of magnetic resonance imaging with regard to signal-to-noise ratio, image quality and acquisition time
N2  - Die Magnet-Resonanz (MR)-Bildgebung ist mit vielfältigen Anwendungen ein nicht mehr wegzudenkendes Instrument der klinischen Diagnostik geworden. Dennoch führt die stark limitierte Messzeit häufig zu einer Einschränkung der erzielbaren räumlichen Auflösung und Abdeckung, einer Beschränkung des Signal-zu-Rauschverhältnis (Signal-to-Noise Ratio) (SNR) sowie einer Signalkontamination durch benachbartes Gewebe. Bereits bestehende Methoden zur Reduktion der Akquisitionszeit sind die partielle Fourier (PF)-Bildgebung und die parallele Bildgebung (PPA). Diese unterscheiden sich zum einen im Schema zur Unterabtastung des k-Raums und zum anderen in der verwendeten Information zur Rekonstruktion der fehlenden k-Raum-Daten aufgrund der beschleunigten Akquisition. Während in der PPA die unterschiedlichen Sensitivitäten einer Mehrkanal-Empfangsspule zur Bildrekonstruktion verwendet werden, basiert die PF-Bildgebung auf der Annahme einer langsamen Variation der Bildphase. Im ersten Abschnitt dieser Arbeit wurde das Konzept der Virtuellen Spulendekonvolutions (Virtual Coil Deconvolution) (VIDE)-Technik vorgestellt, das das gleiche Schema der Unterabtastung des k-Raums wie die konventionelle PPA verwendet, aber anstelle der Spulensensitivität die Bildphase als zusätzliche Information zur Herstellung der fehlenden Daten der beschleunigten Bildgebung verwendet. Zur Minimierung der Rekonstruktionsfehler und der Rauschverstärkung in der VIDE-Technik wurde ein optimiertes Akquisitionsschema entwickelt. Die Kombination der PPA und PF-Bildgebung zur Beschleunigung der MR-Bildgebung wird durch das unterschiedliche Unterabtastschema erschwert. Wie Blaimer et al. in ihrer Arbeit gezeigt haben, kann das Prinzip der VIDE-Technik auf Mehrkanal-Spulen übertragen werden, sodass mit dieser Methode die PPA und die PF-Bildgebung optimal vereint werden können. Dadurch kann die Rauschverstärkung aufgrund der Spulengeometrie ohne zusätzliche Messungen deutlich reduziert werden. Obwohl die Abtastung des k-Raums in der MR-Bildgebung sehr variabel gestaltet werden kann, wird bis heute nahezu ausschließlich die regelmäßige k-Raum-Abtastung in der klinischen Bildgebung verwendet. Der Grund hierfür liegt, neben der schnellen Rekonstruktion und der einfachen Gestaltung der Variation des Bild-Kontrasts, in der Robustheit gegen Artefakte. Allerdings führt die regelmäßige k-Raum-Abtastung zu einer hohen Signalkontamination. Die Optimierung der SRF durch nachträgliches Filtern führt jedoch zu einem SNR-Verlust. Die dichtegewichtete (DW-) Bildgebung ermöglicht die Reduktion der Signal-Kontamination bei optimalem SNR, führt aber zur einer Reduktion des effektiven Gesichtsfelds (FOV) oder einer Erhöhung der Messzeit. Letzteres kann durch eine Kombination der PPA und DW-Bildgebung umgangen werden. Der zweite Teil dieser Arbeit befasste sich mit neuen Aufnahme- und Rekonstruktionsstrategien für die DW-Bildgebung, die eine Erhöhung des FOVs auch ohne Einsatz der PPA erlauben. Durch eine Limitierung der minimalen k-Raum-Abtastdichte konnte durch eine geringfügige Reduktion des SNR-Vorteils der DW-Bildgebung gegenüber der kartesischen, gefilterten Bildgebung eine deutliche Verringerung der Artefakte aufgrund der Unterabtastung in der DW-Bildgebung erreicht werden. Eine asymmetrische Abtastung kann unter der Voraussetzung einer homogenen Bildphase das Aliasing zusätzlich reduzieren. Durch die Rekonstruktion der DW-Daten mit der Virtuelle Spulendekonvolution für die effektive DW-Bildgebung (VIDED)-Bildgebung konnten die Artefakte aufgrund der Unterabtastung eliminiert werden. In der 3d-Bildgebung konnte durch Anwendung der modifizierten DW-Bildgebung eine Steigerung des FOVs in Schichtrichtung ohne Messzeitverlängerung erreicht werden. Die nicht-kartesische k-Raum-Abtastung führt im Fall einer Unterabtastung zu deutlich geringeren, inkohärenten Aliasingartefakten im Vergleich zur kartesischen Abtastung. Durch ein alternierendes DW-Abtastschema wurde eine an die in der MR-Mammografie verwendete Spulengeometrie angepasste k-Raum-Abtastung entwickelt, das bei gleicher Messzeit die räumliche Auflösung, das SNR und das FOV erhöht. Im dritten Teil dieser Arbeit wurde die Verallgemeinerung der DW-Bildgebung auf signalgewichtete Sequenzen, d.h. Sequenzen mit Magnetisierungspräparation (Inversion Recovery (IR), Saturation Recovery (SR)) sowie Sequenzen mit einer Relaxation während der Datenaufnahme (Multi-Gradienten-Echo, Multi-Spin-Echo) vorgestellt, was eine Steigerung der Bildqualität bei optimalem SNR erlaubt. Die Methode wurde auf die SR-Sequenz angewendet und deren praktischer Nutzen wurde in der Herz-Perfusions-Bildgebung gezeigt. Durch die Verwendung der in dieser Arbeit vorgestellten Technik konnte eine Reduktion der Kontamination bei einem SNR-Gewinn von 16% im Vergleich zur konventionellen, kartesischen Abtastung bei gleicher Messzeit erreicht werden.
N2  - Magnetic resonance (MR) imaging has become a powerful tool in clinical diagnostics. However, long acquisition times used in MR imaging limit the available signal-to-noise Ratio (SNR), spatial resolution and coverage and cause signal contamination from neighboring tissue. Two established methods used to reduce the scan time of MR imaging are partial parallel acquisition (PPA) and partial fourier (PF) imaging. These methods use different schemes to undersample k-space and use a different kind of information to reconstruct the missing data resulting from the accelerated acquisition. While in PPA the varying sensitivities of a multi-channel receiver coil are used in the image reconstruction, PF imaging is based on the assumption of a smoothly varying image phase. In the first section of this work, the concept of virtual coil deconvolution (VIDE) imaging is proposed. This method uses the identical acquisition scheme for the accelerated measurement of k-space as PPA. However, in contrast to PPA, VIDE imaging uses the image phase instead of the varying coil sensitivities to recover the missing data of the accelerated acquisition. Reconstruction errors and noise amplification of VIDE imaging were minimized by an optimized acquisition scheme. VIDE imaging allows an acceleration of MR imaging by a factor of two. The different sampling schemes used in PF imaging and PPA are disadvantageous for the combination of PF imaging and PPA to increase the acceleration of MRI. Blaimer, Gutberlet et al. showed that the concept of VIDE imaging can be extended to multi-channel receiver coils. This allows an optimal combination of PF imaging and PPA. The noise amplification caused by the coil geometry could be significantly decreased without lengthening the scan time. Although k-space can be measured in a variety of sampling schemes, almost exclusively a Cartesian trajectory is used in clinical imaging. Reasons are the fast and simple reconstruction, the robustness against artifacts and the well-defined contrast of Cartesian imaging. However, the Cartesian acquisition results in increased signal contamination. Post-processing filtering allows reduction of contamination but at the expense of SNR. Density weighted (DW) imaging allows optimization of the spatial response function (SRF) at maximum SNR but results in a reduced effective field of view (FOV) or a lengthening of the scan time. This disadvantage of DW imaging can be eliminated by the application of PPA. In the second section new acquisition and reconstruction methods were presented allowing an increase of the effective FOV in DW imaging even without the use of PPA. The limitation of the minimum sampling density in DW imaging resulted in a significant reduction of aliasing. Moderate filtering to correct the k-space weighting resulted in low reduction of the SNR gain in comparison to Cartesian imaging with the identical scan time. On condition of a homogeneous image phase, the aliasing can be additionally reduced by using an asymmetric DW sampling. Using virtual coil deconvolution for effective density weighted (VIDED) imaging for reconstruction, aliasing could be eliminated. By applying the developed DW method, the spatial coverage of 3D imaging was increased even without a lengthening of the scan time. In case of undersampling k-space, DW acquisition results in significantly reduced incoherent aliasing in comparison to Cartesian imaging. Alternating DW sampling revealed an optimized sampling scheme for the coil geometry used in MR-mammography. In experiments the effective FOV or the spatial resolution in slice direction could be increased significantly. In the third section the extension of DW imaging to signal-weighted sequences, i.e. sequences with magnetization preparation (inversion recovery or saturation recovery) or with relaxation between the acquired echoes (multigradient echo, multi-spin echo), was presented. The method provided increased image quality at optimum SNR in comparison to Cartesian imaging. By applying the new technique to SR-sequences, its practical use could be shown in myocardial perfusion imaging. The method presented in this work allowed an optimization of the SRF with an SNR gain of 16% compared to conventional Cartesian sampling at identical scan time.
KW  - Kernspintomografie
KW  - Paralleler Prozess
KW  - Messprozess
KW  - Dichtegewichtete Bildgebung
KW  - Parallele Bildgebung
KW  - VIDE
KW  - VIDED
KW  - density weighted imaging
KW  - density weighting
KW  - parallel imaging
KW  - VIDE
KW  - VIDED
KW  - Optimierung
KW  - NMR-Bildgebung
KW  - NMR-Mammographie
KW  - Koronarperfusion
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-71834
ER  - 
TY  - THES
A1  - Haddad, Daniel
T1  - Hochfeld 1H-NMR-Mikroskopie zur biophysikalischen Grundlagenforschung
T1  - High Field 1H-NMR-Microscopy for Basic Biophysical Research
N2  - Dank der mit modernen NMR-Spektrometern (Kernspintomographen) routinemäßig realisierbaren isotropen räumlichen Auflösungen von wenigen Mikrometern, ergeben sich für die 1H NMR-Mikroskopie zahlreiche neue Anwendungsgebiete. Allerdings sind die Möglichkeiten und Grenzen der NMR-Mikroskopie bezüglich 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 ausgewählten Beispielen aus diesen Bereichen demonstrieren. Die einzelnen Projekte besitzen deswegen immer auch den Charakter von Machbarkeitsstudien, die aufzeigen sollen, welche Möglichkeiten und Vorteile die NMR-Mikroskopie im Vergleich zu etablierten Untersuchungsmethoden bietet. Im Detail wurden unterschiedliche lebende und fixierte biologische Proben mittels NMR-Mikroskopie zerstörungsfrei und räumlich hochaufgelöst dargestellt. Dabei variierte die spezielle Zielsetzung von der Visualisierung der Invasion eines Tumorsphäroiden in ein Zellaggregat anhand von T2-Parameterkarten (Zeitkonstante der Spin-Spin-Relaxation) über die dreidimensionale Darstellung des Gehirns der Honigbiene in der intakten Kopfkapsel bis hin zur nicht-invassiven Abbildung der Anatomie prenataler Delphine. Für alle durchgeführten 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 möglichst naturgetreu abgebildet werden, und die untersuchten Delphine sind seltene Museumsstücke, die nicht zerstört werden durften. Die verschiedenen Proben wurden mit der jeweils bestmöglichen räumlichen Auflösung visualisiert, die sich entweder durch das minimal nötige Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) oder durch die zur Verfügung stehende Messzeit ergab. Um einzelne feine Strukturen in den Bildern auflösen zu können, mussten sowohl das SNR, als auch das Kontrast-zu-Rausch-Verhältnis optimiert werden. Die Messungen wurden an Hochfeld-NMR-Spektrometern bei 500 und 750 MHz durchgeführt, um das für die hohe Auflösung notwendige SNR zu gewährleisten. Mit den Experimenten konnten zahlreiche Fragen bezüglich mikroskopischer Details der verschiedenen untersuchten Proben nicht-invasiv beantworten werden. Gleichzeitig führten sie zu neuen interessanten Fragestellungen bezüglich der NMR-Mikroskopie an fixierten Proben. Darüber hinaus konnte die praktische Anwendbarkeit der NMR-Mikroskopie als Alternative bzw. Ergänzung zu herkömmlichen 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 gegenüber den herkömmlichen Untersuchungsmethoden konnte konkret der praktische Nutzen ihres Einsatzes aufgezeigt und Ergebnisse erzielt werden, die sonst nicht erzielbar wären. 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 ausgewählten Anwendungsbeispiele ist es in dieser Arbeit somit gelungen, neue, konkrete Einsatzmöglichkeiten für die NMR-Mikroskopie zu eröffnen und ihre praktische Anwendbarkeit als Untersuchungsmethode für Fragestellungen im Bereich der medizinischen in-vitro Forschung und verschiedener neuro- und entwicklungsbiologischer Bereiche zu demonstrieren.
N2  - With modern MR-spectrometers it is possible to achieve isotropic spatial resolutions in the range of only a few microns. Thus, several new fields of application for 1H-MR-Microscopy are being developed. Still, the practical possibilities and limitations of this technique have only been determined rarely. This work has a biophysical background and uses different examples to demonstrate the practical applicability of NMR-Microscopy in the medical and biological sector. Therefore, the different projects are feasibility studies which are used to compare the possibilities and advantages of NMR-Microscopy with other, established examination techniques. In detail, using MR-Microscopy, different living and fixed biological samples have been visualized non-invasively with high spatial resolution. The specific purpose of the studies ranged from the visualization of the invasion of tumor-spheroids into cell aggregates using T2 parameter maps (time constant of the spin-spin relaxation) to the three-dimensional display of the honey bee brain in the intact head capsule and the non-invasive visualization of the anatomy of prenatal dolphins. For all these projects, the non-invasive character of MR-experiments was of utmost importance. The tumor invasion was not to be disturbed by the measurements, the bee brain should be visualized as close to its true natural shape as possible and the examined dolphins represent rare museum specimens which should not be destroyed. The different samples were all imaged with the best possible spatial resolution which was either limited by the necessary signal-to-noise ratio (SNR) or the available scan time. In order to resolve single details and fine structures in the images, it was necessary to optimize the SNR as well as the contrast-to-noise ratio. To guarantee the necessary SNR, the measurements were performed on high field MR-spectrometers with resonance frequencies of 500 and 750 MHz. Numerous questions about microscopic details of the examined samples could be answered non-invasively with the experiments performed. At the same time, the experiments led to new interesting questions about MR-Microscopy on fixed samples. Furthermore, the practical applicability of MR-Microscopy as an alternative or a supplement to conventional examination methods could be demonstrated. Here, these methods were confocal laser microscopy in the case of the honey bee brain and conventional histology in the case of the prenatal dolphins. By investigating the specific advantages and limitations of MR-Microscopy in these cases, it was possible to demonstrate the practical value of its application and to obtain results which would otherwise have been impossible. Especially the use of MR-Microscopy as MR-Histology is a promising application which will help to establish MR-Microscopy as a routine examination method. Since the tumor invasion process could also be observed very successfully using MR-Microscopy, this technique can as well be considered as a valuable tool for medical in-vitro research and therapy simulation and thus an alternative to existing methods. In summary, with the examples chosen in this work, it was possible to find new applications for MR-Microscopy and to demonstrate the practical applicability of this method in the fields of medical in-vitro research as well as neurological and developmental biology.
KW  - NMR-Spektroskopie
KW  - NMR-Bildgebung
KW  - Hochauflösendes Verfahren
KW  - NMR
KW  - Magnetresonanztomographie
KW  - Kernspintomographie
KW  - Mikroskopie
KW  - Bildgebung
KW  - MRI
KW  - magnetic resonance
KW  - imaging
KW  - microscopy
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-12449
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TY  - THES
A1  - Herold, Volker
T1  - In vivo MR-Mikroskopie am kardiovaskulären System der Maus
T1  - In vivo MR-microscopy of the murine cardiovascular system
N2  - Als Tiermodell ist die Maus aus der pharmazeutischen Grundlagenforschung nicht mehr wegzudenken. Aus diesem Grund nimmt besonders die Verfügbarkeit nicht invasiver Diagnoseverfahren für dieses Tiermodell einen sehr hohen Stellenwert ein. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung von in vivo MR-Untersuchungsmethoden zur Charakterisierung des kardiovaskulären Systems der Maus. Neben der morphologischen Bildgebung wurde ein besonderer Schwerpunkt auf die Quantifizierung funktioneller Parameter der arteriellen Gefäße wie auch des Herzens gelegt. Durch Implementieren einer PC-Cine-Sequenz mit dreidimensionaler Bewegungskodierung war es möglich, die Charakteristik der Bewegung des gesamten Myokards zu untersuchen. Die Aufnahme von Bewegungsvektoren für jeden Bildpunkt und die Bestimmung des Torsionswinkels innerhalb der Messschichten konnte die systolische Kontraktion als dreidimensionale Wringbewegung des Herzens bestätigen. Um die Qualität der morphologischen Gefäßbildgebung zu verbessern, sollte untersucht werden, inwieweit bestehende Verfahren zur Gefäßwanddarstellung optimiert werden können. Implementieren einer Multi-Schicht-Multi-Spin-Echo-Sequenz an einem 17,6 Tesla Spektrometer erlaubte durch das hohe B0-Feld einen deutlichen Signalgewinn. Erstmals wurde es möglich, die gesunde Gefäßwand darzustellen und so morphologische Veränderungen in einem möglichst frühen Zustand zu untersuchen. Neben der Untersuchung morphologischer Veränderungen sollte vor allem ein Schwerpunkt auf das Studium funktioneller Parameter der Gefäßwand gelegt werden. Dazu wurde in einem ersten Schritt mit einem PC-Cine-Verfahren die Umfangsdehnung in ihrem zeitlichen Verlauf ermittelt. Dabei zeigte sich, dass im Laufe einer arteriosklerotischen Plaqueprogression eine Änderung der Umfangsdehnung vor einer Änderung morphologischer Parameter beobachtet werden kann. Deshalb war es Ziel, im Verlauf dieser Arbeit weitere Verfahren zur Charakterisierung funktioneller Parameter des Gefäßsystems zu entwickeln. Um direkt Elastizitätsparameter ermitteln zu können, fehlt als Bezugsgröße der arterielle Pulsdruck (AP). Die Lösung der inkompressiblen Navier-Stokes-Gleichungen unter Anwendung der Lang-Wellen-Näherung und der Näherung für große Pulswellengeschwindigkeiten (PWV) erlaubte die Bestimmung der komplexen Impedanz und somit des arteriellen Pulsdrucks in der Frequenzdomäne. Dadurch war es möglich, den dynamischen Anteil des arteriellen Druckpulses direkt aus einer Messung der Pulswellengeschwindigkeit sowie aus dem Verlauf des Flusspulses zu bestimmen. Zur Ermittlung des AP muss die Pulswellengeschwindigkeit bestimmt werden. Für die MR-Bildgebung in murinen Gefäßen waren hierzu bisher keine Verfahren verfügbar. Da sich die Gefäßdehnung möglicherweise als Indikator für eine frühe Wandveränderung bei der Plaqueprogression zeigt, bestand ein großes Interesse in der Untersuchung von spezifischen gefäßmechanischen Eigenschaften wie beispielsweise der PWV. Im Rahmen dieser Arbeit konnten zwei MR-Methoden für die nicht invasive Bildgebung in der Maus entwickelt werden, die es ermöglichten, die lokale und die regionale Pulswellengeschwindigkeit zu bestimmen. Die Messung der lokalen Pulswellengeschwindigkeit beruht dabei auf der zeitaufgelösten Bestimmung der Gefäßwanddehnung sowie des Blutvolumenflusses. Zur Bestimmung der regionalen Pulswellengeschwindigkeit wurde eine Erweiterung der Zwei-Punkt-Transit-Zeit-Methode verwendet. Durch zeitaufgelöste bewegungskodierte Bildgebung entlang der Aorta konnte anhand von 30 Stützpunkten die Propagation des arteriellen Flusspulses vermessen werden. Die Messzeit gegenüber einer Zwei-Punkt-Methode ließ sich dadurch halbieren. Gleichzeitig bietet die Auswertung von 30 Messpunkten eine größere Sicherheit in der Bestimmung der PWV. Beide Methoden wurden an einem elastischen Gefäßphantom validiert. In vivo Tierstudien an apoE(−/−)-Mäusen und einer Kontrollgruppe zeigten für beide Methoden eine gute Übereinstimmung. Darüber hinaus konnte ein Ansteigen der Pulswellengeschwindigkeit in apoE(−/−)-Mäusen durch arteriosklerotische Veränderungen nachgewiesen werden. Zusammenfassend wurden in dieser Arbeit grundlegende Verfahren zur Untersuchung des kardiovaskulären Systems der Maus optimiert und entwickelt. Die Vielseitigkeit der MR-Bildgebung ermöglichte dabei die Erfassung von morphologischen und funktionellen Parametern. In Kombination können die beschriebenen Methoden als hilfreiche Werkzeuge für die pharmakologische Grundlagenforschung zur Charakterisierung von Herz-Kreislauf-Erkankungen in Mausmodellen eingesetzt werden.
N2  - The mouse model is considered as an essential animal model for the basic research in pharmacology. Therefore, the availability of non-invasive diagnostic methods for this species has gained important significance. The objective of this study was the development of methods to investigate the characteristics of the cardio-vascular system of mice with MR-technology. In addition to morphological imaging, the study was focused on the quantification of functional parameters of the arterial system as well as the mouse heart. By implementing a PC-Cine-sequence with three-dimensional motion encoding simultaneously with two dimensional spatial encoding, the comprehensive motion encoded datasets provided the access to motion patterns of the entire myocardium. It could be shown that the movement of the murine myocardium during systole is equivalent to a three-dimensional wring movement. To improve the quality of morphological imaging, this study also focused on the optimization of established methods visualizing the arterial wall. Implementing a multi-slice-multi-spin-(MSME)-echo method at 17.6 T allowed for a significant improvement of the SNR due to the high B0-field. For the first time the healthy vessel wall could thus be imaged; enabling the investigation of morphological changes at an early state of the atherosclerotic disease. In addition to the investigation of morphological changes, this paper was focused on the study of functional parameters of the arterial vessel wall. For that purpose, a PC-Cine-method was applied to determine the time course of the circumferential strain. The interim results thereby revealed that during atherosclerotic plaque progression, changes of the circumferential strain precede significant changes of the arterial wall thickness. These findings indicated the potential superiority of functional parameters over morphological properties and have motivated the development of further methods characterizing different functional parameters of the vessel wall. To calculate direct parameters of the vessel wall elasticity the according arterial pulse pressure (AP) is needed. Therefore the solution of the incompressible Navier-Stokes equations was applied using the long-wave approximation and the assumption of a high pulse wave velocity (PWV) compared to the blood flow velocity. Thus the complex impedance could be calculated enabling the computation of the pressure pulse in the frequency domain. The dynamic fraction of the arterial pulse pressure could be calculated by directly measuring the PWV and the time course of the blood flow velocity. To determine the AP the pulse wave velocity has to be known. Since no MR-methods were available for that purpose, two different approaches to calculate the PWV with MR methods were established in the course of this study. The two different approaches to estimate the PWV in the murine aorta allow the determination of the local PWV at a predefined location along the propagation pathway and the estimation of the regional PWV as the averaged value along a certain vessel wall segment. The measurement of the local pulse wave velocity is based on the time-resolved acquisition of the vessel wall strain and the blood volume flow. Both parameters were accessible by using a PC-Cine-sequence incorporating a specific acquisition scheme to sample the time-dependant data at a temporal resolution of 1000 frames per second. To determine the regional PWV an improvement of the two-point-transit-time method was implemented. By using time-resolved motion encoding along the propagation pathway 30 different interpolation points could be used to identify the respective starting time of the systolic pulse wave. Compared to the conventional two-point-measurement scheme, the total measurement time could thus be halved. Additionally, the use of 30 interpolation points significantly increased the accuracy of the calculation of the pulse wave velocity. Both methods were validated using an elastic vessel wall phantom. In vivo experiments with apoE(−/−)-mice and wild-type animals showed a good correlation between both methods. For the apoE(−/−)-mice an increase of the PWV could be identified when compared to the control group. In summary, this study provides the development and the optimization of MR-applications to investigate the cardiovascular system of mice. Measurements of functional parameters in combination with the study of morphological parameters can serve as a helpful tool for pharmacological research.
KW  - Maus
KW  - Kardiovaskuläres System
KW  - NMR-Bildgebung
KW  - NMR-Tomographie
KW  - MR-imaging
KW  - cardiovascular system
KW  - mice
Y1  - 2010
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-54253
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kharrazian Charandabi, Reza
T1  - Methoden der 23Na-NMR-Bildgebung zur Diagnose am ischämischen und infarzierten Herzen
T1  - 23Na MRI methods for the diagnosis of ischemia and myocardial infarction
N2  - Die Arbeit befaßt sich mit Methoden der 23Na-NMR-Bildgebung zur Diagnose am ischämischen und infarzierten Herzmuskel. Der erste Teil beschreibt eine Methode zur lokalisierten Messung des intra- und extrazellulären Natriumgehaltes und T1. Die Methode kam in einer Studie zum Einsatz, in der intra- und extrazellulärer Natriumgehalt sowie die T1-Werte an den Tagen 1, 3 und 21 nach Infarkt gemessen wurden.Im zweiten Teil der Arbeit wird die Dynamik des 23Na bei freier Präzession im stationären Zustand (SSFP) sowohl in numerischen Simulationen als auch experimentell untersucht.
N2  - Purpose of this work was the study and development of 23Na-NMR imaging methods for the diagnosis of ischemia and myocardial infarction. In a first part, a method to measure on a local basis the intra- and extracellular sodium contents and T1 values is described. The method has been applied to measure the intra- and extracellular sodium contents and T1 values in myocardial infarction on day 1, 3 and 21 post-infarction. In a second part, the dynamics of 23Na during completely balanced steady-state free precession have been studied in numerical simulations and experiments.
KW  - Herzinfarkt
KW  - NMR-Bildgebung
KW  - Herz
KW  - Ischämie
KW  - 23Na
KW  - Natrium
KW  - MRT
KW  - intrazellulär
KW  - steady-state free precession
KW  - 23Na
KW  - sodium
KW  - MRI
KW  - inctracellular
KW  - steady-state free precession
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-21518
ER  - 
TY  - THES
A1  - Köhler, Sascha
T1  - Entwicklung hochaufgelöster NMR-Methoden zur morphologischen und funktionellen Charakterisierung des Herzmuskels
T1  - Development of high resolution NMR techniques for morphological and functional characterization of heart muscle
N2  - Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, neue Messverfahren zu entwickeln, die eine umfassende Charakterisierung des Herzmuskels ermöglichen. Sowohl die Morphologie als auch die Funktion und der Gefäßstatus wurden am intakten und am krankhaft veränderten isolierten Herzmuskel der Ratte mit NMR-Mikroskopietechniken untersucht.
N2  - The goal of the present work is the development of new NMR techniques, which can be used for a broad characterization of the heart muscle. The morphology as well as the function and the status of coronary arteries was investigated in intact and in chronic infarcted hearts.
KW  - Herzfunktionsdiagnostik
KW  - NMR-Bildgebung
KW  - NMR
KW  - Bildgebung
KW  - Mikroskopie
KW  - Herz
KW  - Muskelfaser
KW  - NMR
KW  - imaging
KW  - microscopy
KW  - heart
KW  - muscle fiber
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-9060
ER  - 
TY  - THES
A1  - Melkus, Gerd
T1  - Entwicklung und Anwendung spektroskopischer 1H-NMR-Methoden zur in vivo Charakterisierung von Xenograft-Tumormodellen bei 17,6 T
T1  - Development and application of spectroscopic 1H-NMR methods for in vivo characterisation of xenograft tumor models at 17.6 T
N2  - Der Hauptteil der vorliegenden Arbeit befasste sich mit der Anwendung und der Entwicklung von neuen Methoden der spektroskopischen NMR-Bildgebung zur nicht-invasiven metabolischen Charakterisierung von Xenograft-Tumormodellen bei 17,6 T. In einem weiteren Abschnitt wurden verschiedene etablierte Methoden der lokalisierten NMR-Spektroskopie und der spektroskopischen Bildgebung genutzt, um den Metabolismus von Hülsenfrüchten (Pisum sativum) am Hochfeld zu untersuchen. Im experimentellen Teil der Arbeit wurde der selektive Mehrquantenfilter Sel-MQC zur Laktatbestimmung in neun verschiedenen Xenograft-Tumormodellen verwendet. Diese Werte wurden mit Ergebnissen aus der Biolumineszenz und mit der Tumorkontrolldosis 50 (TCD50) der Tumorlinien korreliert. Der Sel-MQC-Editierungsfilter stellte sich als äußerst robuste Methode heraus das Laktat im NMR-Spektrum eindeutig von koresonanten Lipiden des Unterhautfettgewebes bzw. von tumoreigenen Lipiden zu trennen. Der Vergleich mit dem durch die Biolumineszenz bestimmten Laktat zeigte durchweg niedrigere Werte in den NMR-Messungen. Der Hauptgrund für diesen Unterschied besteht wahrscheinlich darin, dass mit der NMR-Methode nur das freie Laktat bestimmt werden kann, wohingegen die Biolumineszenz das gesamte Laktat erfasst. Das mit der NMR detektierbare freie Laktat zeigte allerdings eine mäßige Korrelation zur TCD50 (R = 0,46), wodurch dieser Parameter nur als bedingt prognostisch wertvoll für die Strahlentherapie von Tumoren angesehen werden kann. Der Informationsgehalt pro Messzeit und damit die Effizienz der Standard-Sel-MQC-Editierungssequenz konnte durch verschiedene methodische Erweiterungen gesteigert werden. Eine zusätzliche spektral selektive Wasserunterdrückung und ein weiteres Aufnahmefenster ermöglichte neben der Messung des Laktatsignals die Akquisition sämtlicher Resonanzen des 1H-Spektrums mit einer kurzen Echozeit. Somit konnten zusätzlich das Gesamtcholin und die Methyl- und Metylengruppen der Lipide aufgenommen werden. Neben dem Laktat erwies sich das Verhältnis von Lipid-Methylensignal zu Gesamtcholin (L1/tCho) als aussagekräftigster Parameter, um zwei untersuchte Xenograft-Tumormodelle zu unter-scheiden. Die spektroskopische Sel-MQC-Bildgebungssequenz, deren k-Raumantastung in der Regel mit reiner Phasenkodierung durchgeführt wird, konnte durch eine Verwendung eines Lesegradienten beschleunigt werden. Die bei dem Sel-MQC-Filter auftretenden typischen Artefakte im Bereich der Wasserresonanz sind durch zwei Aufnahmen nach dem Dixon-Prinzip und einem anschließenden Additionsverfahren unterdrückbar. Bei einer ausreichenden Aufnahmezeit, die abhängig vom T2* der zu editierenden Resonanz ist, kann mit der Methode eine nahezu ähnlich hohe Sensitivität wie mit dem rein phasenkodierten Experiment erreicht werden. Eine in die Sequenz eingefügte frequenzselektive Refokussierung der Laktat-CH3-Gruppe ermöglichte die Aufnahme mehrerer Laktatechos ohne eine Phasenmodulation durch die J-Kopplung im Signal zu erhalten. Die nach einer Anregung erhaltenen Echos können zur weiteren Beschleunigung der Sequenz oder zur Bestimmung der apparenten transversalen Relaxationszeit des editieren Metaboliten verwendet werden. Das Grundprinzip des Sel-MQC-Filters konnte in einem umgekehrten Verfahren dazu verwendet werden mobile Lipide im Tumor ohne das koresonante Laktatsignal zu detektieren, um damit die Lipiddetektion zu spezifizieren. Da zur Unterdrückung des Metabolitensignals nur die J-Kopplung ausgenutzt wird, müssen weder Relaxationszeiten noch Diffusionskoeffizienten für die Editierung bekannt sein. Die Aufnahme des Lipidsignals wird dabei in einer Präparation erreicht, was die Sequenz robust gegenüber Bewegungsartefakten macht. Die Methode kann beispielsweise mit Diffusionsgradienten kombiniert werden, um den apparenten Diffusionskoeffizienten mobiler Lipide im Tumorgewebe zu bestimmen. Das hohe Magnetfeld von 17,6 T und damit die vergrößerte chemische Verschiebung eigneten sich insbesonders dazu spektroskopische Messungen an Pflanzensystemen durchzuführen. Im letzten Teil der Arbeit wurden unterschiedliche lokalisierte 1D-, 2D-NMR-Methoden und die spektroskopische Bildgebung verwendet, um den Wildtyp und eine Mutantenform des Pisum sativum nicht-invasiv metabolisch zu untersuchen. Die mit der NMR bestimmten Metabolitenkonzentrationen im Endosperm des Pisum sativum korrelierten mit Resultaten aus biochemischen Auswertungen. Weiterhin konnten mit den NMR-Methoden auch Ergebnisse gewonnen werden, die mit biochemischen und histologischen Verfahren nicht erreicht werden können. Die Untersuchung von Pflanzen – oder wie hier von Pflanzensamen – mit spektroskopischen NMR-Methoden bieten zusätzliche und für bestimmte Fragestellungen auch einzigartige Ansätze deren Metabolismus in vivo zu untersuchen.
N2  - The primary topic of this thesis is the development and application of new spectroscopic NMR imaging methods for non-invasive metabolic characterization of xenograft tumor models at 17.6 T. Additional work includes the use of various established methods of localized NMR spectroscopy and spectroscopic imaging to study the metabolism of legumes (Pisum sativum) at high magnetic field strengths. In the experimental part of the work, a selective multiple quantum filter (Sel-MQC) was used to detect and estimate lactate content in nine different xenograft tumor models. The lactate concentration was correlated with results from both the lactate values from quantitative bioluminescence imaging and the tumor control dose 50 (TCD50) of the tumor lines. The Sel-MQC editing filter is an extremely robust method to separate lactate clearly from co-resonant lipids in the NMR spectrum. These lipid signals originate from subcutaneous adipose tissue and intra-tumoral mobile lipids. The comparison of the NMR lactate values with the results from the quantitative bioluminescence showed consistently lower lactate concentration in the NMR measurements. It has been determined that the main reason for this difference is that the NMR method can only detect the free lactate, whereas with the bioluminescence technique the entire (free and bound) lactate can be estimated. The NMR lactate, however, showed only a moderate correlation with the TCD50 (R = 0.46), although it is important to note that this parameters can only be regarded as conditional prognostic value for the radiation therapy of tumors. The information content per unit measurement time and thus the efficiency of standard Sel-MQC editing sequence could be increased by several methodological enhancements. An additional spectral selective water suppression scheme and a second signal acquisition window allowed – beside the detection of lactate – the acquisition of all other 1H NMR resonances with a short echo time. Using this method in vivo for tumor characterization, the lactate resonance, the total choline signal and the methyl and methylene groups of mobile lipids could be detected in the same scan. In addition to the lactate, the ratio of lipid methylene to total choline (L1/tCho ratio) appeared to be a significant parameter when distinguishing between two different types of xenograft tumor models. The classical spectroscopic Sel-MQC pulse sequence, where spatial localization is performed by pure phase encoding, could be accelerated by applying a read gradient. Typical artifacts from the water resonance after Sel-MQC filtering could be suppressed by using the two scan Dixon principle to separate the edited metabolite signal from the residual water resonance. A phase sensitive signal addition of the two acquisitions resulted in artefact-free metabolite images. Further, it was shown that when the acquisition time is adjusted (depending on T2* of the edited resonance), the method employing the read gradient is almost as sensitive as the pure phase encoded experiment. The frequency selective refocusing of the lactate CH3-group allowed the acquisition of multiple lactate echoes without phase-modulation from the J-coupling in the signal. The multiple echoes could be used either to further accelerate the sequence or to estimate the apparent transversal relaxation time of the metabolite. The basic principle of the Sel-MQC filter was also used in a reverse manner to detect mobile lipids in tumor tissue without signal contamination from the co-resonant lactate. This increases the specificity of the method to the mobile lipid in tumor tissue. The principle for the suppression of the co-resonant metabolite signal is based on the J-coupling and therefore neither relaxation times nor diffusion coefficients must be known for successful mobile lipid detection. The lipid editing is achieved in a single preparation, which makes the method robust against motion artefacts. The sequence can be combined with other methods, for example, by adding diffusion gradients to determine the apparent diffusion coefficient of mobile lipids in tumors. The high magnetic field of 17.6 T and the large chemical shift is particularly suited to perform non-invasive and non-destructive spectroscopic measurements in plant systems. In the last part of this thesis, different localized 1D and 2D NMR methods and spectroscopic imaging were used to investigate the metabolism of wild type and mutant forms of Pisum sativum. Metabolite concentration in the endosperm of Pisum sativum estimated with localized NMR spectroscopy was correlated with results from biochemical analysis. Further, with the different non-invasive NMR methods, results were obtained which cannot be achieved by other biochemical or histological analyses. Localized NMR spectroscopic methods provide additional and unique approaches to answer biological and biochemical questions in plant systems or – as in this work – even in plant seeds.
KW  - Tumor
KW  - NMR-Bildgebung
KW  - Spektrale Editierung
KW  - Spektroskopische Bildgebung
KW  - selektiver Mehrquantenfilter
KW  - Sel-MQC
KW  - NMR-Tomographie
KW  - In vivo
KW  - Protonen-NMR-Spektroskopie
KW  - spectral editing
KW  - spectroscopic imaging
KW  - selective multiple quantum filter
KW  - Sel-MQC
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-50605
ER  -