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Weiterführende Techniken in der Spektroskopischen Bildgebung in vivo durch heteronuklearen Polarisationstransfer und anatomie-basierte Spektrenquantifizierung

Weber-Fahr, Wolfgang

English Title: Advanced techniques for spectroscopic imaging through heteronuclear polarisation transfer and image-guided quantification of spectra

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Abstract

31P-NMR-Signalverstärkung durch heteronuklearen Polarisationstransfer wurde an einem mit zwei Hochfrequenzsystemen ausgestatteten Ganzkörper-NMR-Tomographen sowohl an Modell-Lösungen, als auch invivo erreicht. Mit dem RINEPT-Doppelresonanz-Experiment können die viel größeren Unterschiede in den Besetzungszahlen der Zeeman-Energieniveaus der Protonen durch eine Serie von simultan eingestrahlten breitbandigen HF-Pulsen auf das 31P-Spinsystem übertragen werden. RINEPT erlaubt einen Polarisationstransfer aller 1H- auf 31P-Zustände mit äquivalenter skalarer Kopplung und der gleichen Anzahl gebundener Wasserstoffatome. Dadurch werden die Signale der Metaboliten mit skalarer 1H-31P-Kopplung verstärkt, während die Signale der Metaboliten ohne Kopplung in den Spektren unterdrückt werden. Durch Optimierung der Zeitparameter wurde an Modell-Lösungen mit RINEPT eine von der Repetitionszeit (TR) abhängige Verstärkung von 29 ± 3 für Methylendiphosphonsäure (MDPA) und 56 ± 1 für Phosphorylethanolamin (PE) gegenüber Ernstwinkelanregung gemessen. Die Messergebnisse wurden durch Vergleich mit Modellrechnungen bestätigt. Bei In-vivo-Messungen konnte unter Verwendung der optimierten Echozeiten eine maximale 31P-NMR-Signalverstärkung von 55 ± 39 erzielt werden. Darüber hinaus wurde durch Entwicklung von Algorithmen zur Gewebedifferenzierung innerhalb des Messbereichs der spektroskopischen Bildgebung (MRSI) des menschlichen Gehirn die Datennachverarbeitung in der In-vivo-1H- und -31P-NMR-Spektroskopie verbessert. Es wurden Korrekturen der MRSI-Daten eingeführt, die die Varianz der Messwerte beim interpersonellen Vergleich signifikant verringern.

Translation of abstract (English)

Significant 31P NMR signal enhancement through heteronuclear polarisation transfer was achieved on model solutions as well as in vivo on a whole-body NMR scanner equipped with a second RF channel. The much higher population differences involved in proton Zeeman energy levels can be transferred to the 31P levels with the RINEPT double resonance experiment by means of a series of simultaneously applied broadband RF pulses. RINEPT achieves a polarisation transfer from 1H to 31P spin states with equivalent scalar coupling and the same number of coupled protons. Thus only the 31P NMR signal of metabolites with scalar 1H-31P coupling is enhanced, while the other metabolite signals in the spectra are suppressed. Compared to Ernst-angle exitation a repetition-time-dependent (TR) signal enhancement of 29 ± 3 for methylenediphosphonic acid (MDPA) and 56 ± 1 for phosphorylethanolamine(PE) was measured on model solutions through optimization of the time parameters. The results were compared to numerical calculations of the theoretical model. Using the determined echo times for in vivo measurements a maximum signal enhancement of 55 ± 39 could be achieved. Additionally, an algorithm for tissue separation over the measurement range of MR spectroscopic imaging (MRSI) in the human brain was developed to improve in vivo 31P and 1H MRSI postprocessing. These corrections lead to a significant decrease in the variance of inter-subject comparison of metabolite signals.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Bachert, Dr. Peter
Date of thesis defense: 19. December 2001
Date Deposited: 15. Mar 2002 00:00
Date: 2001
Faculties / Institutes: Service facilities > German Cancer Research Center (DKFZ)
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Phosphor-31-NMR-Spektroskopie, Kreuzpolarisation, In vivo, Auswertung
Uncontrolled Keywords: Doppelresonanz , Spektroskopische-Bildgebung31P-NMR-Spectroscopy , Spectroscopic Imaging, Polarisation Transfer , Quantification
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