Die Single-Voxel-Magnetresonanzspektroskopie ermöglicht die nichtinvasive Untersuchung von Stoffwechselprodukten im lebenden Organismus, was sie zu einem wertvollen Werkzeug in der biomedizinischen Forschung und klinischen Diagnostik macht. Die herkömmlichen Lokalisierungsverfahren sind auf quaderförmige Messvolumen beschränkt. Dies führt häufig zu Partialvolumeneffekten, die die Messergebnisse verfälschen können. Durch die Verwendung von zweidimensional-ortsselektiven Hochfrequenzanregungen können die Messvolumen an die Zielregionen angepasst und damit Partialvolumeneffekte vermieden werden.
Ansätze für diese Herangehensweise wurden in der vorliegenden Arbeit entwickelt bzw. weiterentwickelt, wobei verschiedene k-Raum-Trajektorien und Segmentierungsstrategien verwendet wurden. Dabei erwiesen sich Blipped-Planar- und PROPELLER-Trajektorien aufgrund niedriger restlicher Signalbeiträge und geringer Anfälligkeit für Lokalisierungsartefakte durch chemische Verschiebung als besser geeignet als spiralförmige und radiale Trajektorien. Für die linienweise segmentierte Blipped-Planar-Trajektorie konnte durch die gewichtete Mittelung mit Kippwinkelanpassung eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses erreicht werden. Diese Methode ist auch bei den mit großen B1-Inhomogenitäten verbundenen hohen Feldstärken einsetzbar, dennoch blieb vor allem bei hohen Auflösungen die Signalamplitude reduziert. Bei einer Feldstärke von 3 T hat sich daher der Einsatz der PROPELLER-Trajektorie als vorteilhaft gezeigt. Dabei konnten durch Kombination mit der Half-Fourier-Segmentierung robuste Messungen, scharf abgegrenzte Zielvolumen mit einer Auflösung der Anregung von 1 mm und kurze Echozeiten von unter 30 ms realisiert werden. Es wurden nichtselektive Refokussierungspulse zwischen den einzelnen k-Raum-Linien eingesetzt, um Lokalisierungsartefakte durch chemische Verschiebung zu vermeiden. Zusätzlich wurde durch die Kombination von Hadamard-Kodierung und zweidimensional-ortsselektiven Hochfrequenzpulsen die gleichzeitige Messung mehrerer angepasster Zielregionen ermöglicht. Diese Lokalisierungsmethode ist deutlich flexibler als die konventionelle Lokalisierung, da Größe, Form und Ausrichtung der Voxel unabhängig gewählt werden können. Die Vorteile der Single-Voxel Spektroskopie mit angepassten Messvolumen wurde an Testobjekten und am menschlichen Gehirn in vivo erfolgreich demonstriert.
In vivo single-voxel magnetic resonance spectroscopy provides a means to noninvasively acquire metabolic information in biomedical research and clinical diagnostics. Conventional localization methods are limited to cuboidal regions of interest. These limitations often result in partial volume effects that can compromise the acquired metabolic information. Spatially 2Dselective radiofrequency excitations can be used to excite arbitrarily shaped regions of interest matching the shape of the target region. Thus, partial volume effects are avoided.
In this work, single-voxel spectroscopy is presented using spatially 2D-selective radiofrequency excitations based on different segmented k-space trajectories. Blipped-planar and PROPELLER trajectories were compared to spiral and radial trajectories and were shown to exhibit lower residual signal contributions and lower susceptibility to chemical shift displacement artifacts. A weighted averaging scheme with flip angle adaptation was applied to single-line segments of a blipped-planar trajectory to improve the signal to-noise ratio. This method can also be used at higher field strengths with corresponding B1 inhomogeneities. However, particularly at high resolutions the signal amplitude was reduced. At a field strength of 3 T the use of the PROPELLER trajectory was shown to be advantageous. Combined with half-Fourier segmentation, robust measurements with a high-resolution target volume specified with 1 mm accuracy, and short echo times of less than 30 ms could be realized. Nonselective refocusing pulses between the k-space lines were used to avoid chemical shift displacement artifacts. In addition, Hadamard encoding was combined with spatially 2D-selective radiofrequency excitations to acquire multiple, in general irregularly shaped target volumes with improved flexibility. In contrast to conventional single-voxel MR spectroscopy, arbitrary voxel orientations, shapes, and in-plane positions can be chosen. The advantages of single-voxel spectroscopy with adapted target volumes were successfully demonstrated in phantoms and in vivo in the human brain.