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Diffusionsmessungen mittels Magnetresonanztomographie ermöglichen tiefe Einblicke in die mikroskopische Zellstruktur und deren funktionale Eigenschaften. In dieser Arbeit wurde einerseits die Diffusions-Porenbildgebung weiterentwickelt, welche es prinzipiell ermöglicht nichtinvasiv histologieähnliche Parameter wie Zellgrößenverteilungen zu bestimmen. Andererseits wurden Techniken zur Ermittlung der Permeabilität von Zellmembranen mittels doppelter Diffusionswichtung untersucht. Die Diffusions-Porenbildgebung mit ultrahohen Gradienten wurde erfolgreich an einem 14.1 T-Spektrometer implementiert. Dabei konnte die Porenfunktion von Glaskapillaren (dinnen = 10 - 25 μm) bestimmt werden. Der neuentwickelte Filteransatz ermöglicht durch Unterdrückung unerwünschter Signalanteile eine direkte Messung der Porenfunktion in Gegenwart einer extraporalen Flüssigkeit. Ultrahohe Gradienten (G = 12.06 T/m) ermöglichten die Bestimmung der Porenfunktion von polymerisierten Hohlkugeln (daußen = 3.3 μm). Für üblicherweise vorherrschende Austauschraten ist die Porenbildgebung auch für permeable Poren möglich, sodass eine Übertragung auf Zellen erfolgversprechend ist. Im zweiten Teil wurden theoretische, experimentelle sowie Monte-Carlo-Simulations-basierte Analysen zu Austauschraten-Messungen (Apparent Exchange Rate Mapping) durchgeführt. Hierzu wurden unterschiedliche Geometrien, Packungsdichten, Permeabilitäts- und Größenverteilungen, Signal-zu-Rausch-Verhältnisse sowie Axon-Orientierungsdispersionsmodelle betrachtet. Mit Ausnahme von sehr schnellem Austausch (AXR ≥ 20 - 30 1/s) und sehr kleinen Packungsdichten gilt die erwartete Proportionalität zur Membranpermeabilität in allen betrachteten Systemen, sofern SNR > 150 erreicht wird. Ohne weitere Kenntnisse über die Gewebestruktur ist keine absolute Quantifizierung der Zellmembranpermeabilität möglich. Permeabilitätsänderungen in Pathologien könnten jedoch prinzipiell detektiert werden. |
