Magnetic Resonance Spectroscopy: Quantitative Analysis of Brain Metabolites and Macromolecules [article]

Tamás Borbáth, Universitaet Tuebingen, Henning, Anke (Prof. Dr.)
2021
Die Protonen-Magnetresonanzspektroskopie (1H-MRS) ermöglicht die nichtinvasive in vivo Quantifizierung des Metabolismus im menschlichen Gehirn. In der 1H-MRS wird die Interaktion zwischen einem in ein starkes elektromagnetisches Feld platziertes 1H-Wasserstoffisotop und einem oszillierenden elektromagnetischen Feld gemessen. Die gemessenen MRS-Signale der 1H-Wasserstoffatome spiegeln die Konzentration der in dem Gewebe enthaltenen Metaboliten wieder. Jedes 1H-Wasserstoffatom in einem
more » ... hat eine spezifische Resonanzfrequenz, die von der chemischen Struktur des Metaboliten abhängt. Die Gesamtheit der Resonanzfrequenzen aller Metaboliten in dem gemessenen Gewebe generiert das MRS-Signal. Durch die Fourier-Transformation dieses MRS-Signals entsteht ein MRS-Spektrum mit Spektrallinien, die den enthaltenen Resonanzfrequenzen entsprechen. Wasser ist das häufigste Molekül im menschlichen Gewebe. Um Metaboliten mit signifikant geringeren Konzentrationen quantifizieren zu können, wird in der MRS das Wassersignal unterdrückt. Wasserstoffatome mit einer niedrigeren Resonanzfrequenz als Wasser bilden das sogenannte "Upfield-Spektrum", während die Wasserstoffatome mit einer höheren Resonanzfrequenz das "Downfield-Spektrum" bilden. Das "Upfield-Spektrum" enthält die Spektrallinien der meisten klinisch relevanten Metaboliten, ist aber von einer starken spektralen Überlagerung geprägt. Deshalb müssen die Anteile der einzelnen Metaboliten im Gesamtspektrum durch eine spezielle Software berechnet werden. Die Modellierung der einzelnen Beiträge der Metaboliten zu dem gemessenen Spektrum nennt man spektrales Fitting. Mithilfe des spektralen Fitting werden die für die klinische Diagnostik relevanten Metabolitenkonzentrationen bestimmt. Diese Doktorarbeit fokussiert sich auf die Modellierung des MRS-Spektrums. Der erste Teil beschäftigt sich mit der akkuraten Quantifizierung der Metabolitenkonzentrationen. Die signifikanteste spektrale Überlagerung im MRS entsteht durch Signale, die unter den Spektrallinien der Metaboliten li [...]
doi:10.15496/publikation-58677 fatcat:3j7juyzf3ja7blribpccwnor4m