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Abstract

Mikroskopisch kleine biologische Strukturen wie Kapillaren und Alveolen verursachen in einem externen Magnetfeld eines Magnetfeldresonanz (MR) -Tomographen aufgrund ihrer magnetischen Eigenschaften eine lokale Magnetfeldinhomogenität. Diese Störung des Magnetfelds beeinflusst wiederum in einem MR-Experiment den gemessenen Signalverlauf, so dass die strukturellen Eigenschaften der Objekte im Signalverlauf kodiert sind. Die Verknüpfung von MR-Signal und Mikrostruktureigenschaften wird in der Kernspinresonanzbildgebung durch die Bloch-Torrey-Gleichung bestimmt und hängt von der magnetischen Suszeptibilitätsdifferenz der Objekte zur Umgebung und der Diffusion der spintragenden Teilchen ab.

In dieser Dissertation werden Lösungen der Bloch-Torrey-Gleichung für den freien Induktionszerfall um zylindrische Kapillaren und auf der Oberfläche kugelförmiger Alveolen entwickelt. Weiter werden Relaxationsraten im erweiterten Spin-Echo-Experiment für Gefäße und Alveolen unter Berücksichtigung permeabler Grenzflächen zwischen Gefäß und umgebendem Gewebe, sowie zwischen lufthaltiger Alveole und umgebender gewebehaltiger Schale, mit den Mikrostruktureigenschaften verknüpft. Es wird zudem gezeigt, dass die Orientierung eines kubischen Voxels einen relevanten Einfluss auf den MR-Signalzerfall um Alveolen hat.

Die Ergebnisse dieser Dissertation können für die quantitative Beschreibung von kapillären oder alveolären Anordnungen innerhalb eines MR-Bildgebungsvoxels verwendet werden. Dies erlaubt die Charakterisierung der mikrovaskulären Proliferation in aggressiven Hirntumoren oder von frühen Strukturveränderungen im Lungenemphysem.