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Detection of Glutamate In Vivo in the Human Brain using 2D Zero-Quantum Coherence 1H NMR Spectroscopy at 3 Tesla

Snyder, Sarah Rebecca

German Title: Detektion von Glutamat In Vivo im Gehirn des Menschen mittels2D-Null-Quanten-Kohärenz-1H-NMR-Spektroskopie bei 3 Tesla

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Abstract

Glutamat und Glutamin, zwei J-gekoppelte Metaboliten, die eine wichtige Rolle in der Neurochemie spielen, sind auf Grund ihrer stark überlappenden Resonanzen in der 1D-1H-MRS bei klinischen Feldstärken schwer zu unterscheiden. In dieser Arbeit wurde die STEZQC-2D (Stimulated Echo Zero-Quantum Coherence- 2-Dimensional)-Sequenz benutzt, um die chemischen Verschiebungen und die Modulationsfrequenz der Null-Quanten-Kohärenzen (ZQC) mittels 2D-Spektroskopie aufzunehmen. Spektren wurden von Modelllösungen und vom Gehirn in vivo an einem Ganzkörper-Tomographen bei B0 = 3 T aufgenommen. Die gemessene (208.730 ± 0.830) Hz ZQC-Frequenz von Glutamat konnte von der (203.125 ± 0.488) Hz ZQC-Frequenz von Glutamat und den ZQC-Frequenzen von Glutamin [(197.427 ± 0.700) Hz und (202.252 ± 1.095) Hz] unterschieden werden. Die Messzeit hierfür betrug 4:33 h. Um die Aufnahmezeit zu verkürzen, wurde Unterabtastung benutzt, welche jedoch zu Einfaltungsartefakten führte. Diese wurden anhand von Fourier- hifting identifiziert. Diese Methode verringerte die Aufnahmezeit um einen Faktor vier. Mit der Technik wurde in 1:08 h ein In-vivo-Spektrum aus einem Voxel von 30x30x30 mm3 im Gehirn eines gesunden Probanden (27 J.) aufgenommen. Im resultierenden 2D-in-vivo-Spektrum sind die Signale von Glutamat und Glutamin aufgelöst und damit unterscheidbar.

Translation of abstract (English)

Glutamate and glutamine, J-coupled metabolites which are essential in neurochemistry, are difficult to distinguish in 1D 1H MRS at clinical field strengths due to their strongly overlapping resonances. In this thesis, the STEZQC-2D (Stimulated Echo Zero-Quantum Coherence-2-Dimensional) sequence was used to record chemical shifts and zero-quantum coherence (ZQC) modulation frequencies in 2D spectra. Spectra were obtained from model solutions and the human brain in vivo on a 3 T whole-body tomograph. With an acquisition time of 4:33 h, the measured (208.730 ± 0.830 Hz) ZQC frequency of glutamate could be distinguished from its (203.125 ± 0.488) Hz ZQC frequency and those of glutamine, measured at (197.427 ± 0.700) Hz and (202.252 ± 1.095) Hz. To shorten the acquisition time, undersampling was used, which leads to the aliasing of the resonances of interest. To confirm their frequencies, Fourier shifting was used. This reduced the acquisition time by a factor of four. Using this undersampling an in vivo spectrum from a 30x30x30-mm3 voxel in the brain of a 27-year-old healthy volunteer in which glutamate is well distinguishable from glutamine was recorded in 1:08 h.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Bachert, Prof. Dr. Peter
Date of thesis defense: 15 October 2009
Date Deposited: 26 Oct 2009 11:01
Date: 2009
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Dekanat der Fakultät für Physik und Astronomie
Subjects: 530 Physics
Uncontrolled Keywords: Glutamat , MRS , Null-Quanten Kohärenzen, 2D Spektroskopie , in vivoGlutamate , MRS , Null-Quantum Coherence, 2D Spectroscopy , in vivo
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