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type: doctoralThesis
metadata_visibility: show
creators_name: Ulrich, Marco
title: Echo-planare Phosphor-31-NMR-spektroskopische Bildgebung des Gehirns des Menschen in vivo
title_en: Echo-planar phosphorus-31 NMR spectroscopic imaging of the human brain in vivo
ispublished: pub
subjects: 530
divisions: 850300
adv_faculty: af-13
keywords: Echo-planare spektroskopische Bildgebung (EPSI) , funktionelle NMR-Spektroskopieecho-planar spectroscopic imaging (EPSI) , functional NMR spectroscopy , phosphorus-31 NMR spectroscopy , brain metabolism
cterms_swd: Magnetische Kernresonanz
cterms_swd: Phosphor-31-NMR-Spektroskopie
cterms_swd: Hirnfunktion
cterms_swd: Stoffwechsel
abstract: Echo-Planar Spectroscopic Imaging (EPSI) ist eine der schnellsten Methoden der NMR-spektroskopischen Bildgebung zur Gewinnung ortsaufgelöster spektraler Information in vivo. Bei EPSI wird mit Hilfe von oszillierenden Auslesegradienten eine simultane Kodierung einer räumlichen und der spektralen Dimension erzielt. Für die Anwendung am menschlichen Gehirn wurde diese Technik bislang ausschließlich in der Protonen-NMR-Spektroskopie (1H-MRS) eingesetzt. Um den Energiemetabolismus des Gehirns in vivo mit hoher zeitlicher Auflösung beobachten zu können, wurden in dieser Arbeit verschiedene Versionen einer NOE-(nuclear Overhauser effect)-verstärkten 2-dimensionalen Phosphor-31-EPSI-Sequenz (31P-{1H}-EPSI) entwickelt. Alle Experimente wurden an einem klinischen Ganzkörper-MR-Tomographen (B0 = 1,5T) durchgeführt. Insgesamt wurden acht verschiedene Sequenzversionen mit einer spektralen Breite zwischen 313 Hz und 2,27 kHz implementiert (Matrix 8x8, minimale Messdauer = 1,2 s). In Experimenten an verschiedenen Modell-Lösungen wurden die freien Messparameter für alle Sequenzvarianten optimiert. Der charakteristische Sensitivitäts-Verlauf der 31P-{1H}-EPSI-Sequenzen zeigte dabei eine gute Übereinstimmung mit simulierten Daten. In Untersuchungen von gesunden Probanden konnten erstmals hochaufgelöste 31P-{1H}-EPSI-Spektren mit Resonanzen der zerebralen, energiereichen Phosphate gewonnen werden. Die hohe zeitliche Auflösung von 31P-{1H}-EPSI ermöglichte im Rahmen einer funktionellen 31P-MRS-Studie an 11 gesunden Probanden die Untersuchung der metabolischen Antwort des menschlichen Gehirns während und nach einer kurzen visuellen Stimulation. Mit 31P-{1H}-EPSI gelang es, die Resonanzen der energiereichen Phosphate des Hirn-Metabolismus während den ersten Sekunden einer gesteigerten neuronalen Aktivität zu beobachten.
abstract_translated_text: Echo-Planar Spectroscopic Imaging (EPSI) is one of the fastest NMR-spectroscopic imaging methods to obtain localized spectral information in vivo. EPSI uses oscillating readout-gradients to achieve a simultaneous encoding of one spatial and the spectral dimension. So far this technique has only been applied to proton NMR spectroscopy studies (1H-MRS) of the human brain. In order to examine brain-energy metabolism in vivo with high temporal resolution, several versions of a 2-dimensional phosphorus-31 EPSI sequence (31P-{1H} EPSI) were developed. The sequences utilize the heteronuclear nuclear Overhauser effect (NOE) for 31P signal enhancement. All experiments were performed on a clinical whole-body MR tomograph (B0 = 1.5T). Altogether eight different sequence versions with spectral widths ranging from 313 Hz to 2.27 kHz were implemented (matrix 8×8, minimum measurement duration = 1.2 s). Free measurement parameters were optimized in experiments with model solutions. The sensitivity of the 31P-{1H} EPSI sequence versions observed in these experiments was in good agreement with theoretical predictions. Experiments with volunteers demonstrated the feasibility of 31P-{1H} EPSI of the  human brain, and the technique enabled fast acquisition of well-resolved spectra of endogenous high-energy phosphates. The high temporal resolution of 31P-{1H} EPSI allowed for a functional 31P-MRS-study of 11 healthy volunteers to examine the metabolic response of the human brain to a short visual stimulation in vivo. Hence with 31P-{1H} EPSI it was possible to monitor neurometabolite intensities during the first seconds of enhanced brain activity.
abstract_translated_lang: eng
class_scheme: pacs
class_labels: 87.19.La, 87.61.Cd, 87.64.-t, 87.64.Hd, 87.66.Uv
date: 2007
date_type: published
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id_number: 10.11588/heidok.00007423
ppn_swb: 543349527
own_urn: urn:nbn:de:bsz:16-opus-74237
date_accepted: 2007-05-15
advisor: HASH(0x556120a009b8)
language: ger
bibsort: ULRICHMARCECHOPLANAR2007
full_text_status: public
citation:   Ulrich, Marco  (2007) Echo-planare Phosphor-31-NMR-spektroskopische Bildgebung des Gehirns des Menschen in vivo.  [Dissertation]     
document_url: https://archiv.ub.uni-heidelberg.de/volltextserver/7423/1/Diss_Marco_Ulrich_2007.pdf