Bildgebung von Mehrquantenkohärenzen

Gesunde Zellen besitzen einen Gradienten in der Natriumkonzentration von ~150mM extra- zu ~10-15mM intrazellulär. Wenn die Zelle beschädigt ist, geht dieser Gradient verloren; insbesondere gilt dies für gewisse Krebsarten. Die Beobachtung der intrazellulären Natriumkonzentration ist daher von großem Interesse. Die Trennung von intra- und extrazellulärem Signal gestaltet sich jedoch schwierig.

Das quadrupolare Moment des Natriumatomkernes koppelt an elektrische Feldgradienten der biologischen Umgebung. Ist die Korrelationszeit ausreichend lang, können Änderungen im NMR-Signal beobachtet werden. Die typische multiexponentielle Relaxation ist eine solche Beobachtung. Zusätzlich können sich Mehrquantenkohärenzen ausbilden. Diese hängen vom Quadrupolment, der Ordnung der Umgebung und der Korrelationszeit ab.

Studien haben gezeigt, dass der vielversprechendste Versuch für die Beobachtung von Mehrquantenkohärenzen in-vivo die Tripelquantenkohärenz ist, da diese eine höhere Sensitivität und längere Relaxationszeiten besitzt als die Doppelquantenkohärenz.

Technisch wie experimentell stellt die Darstellung von Tripelquantenkohärenzen eine Herausforderung dar. Harte RF-Pulse erfordern leistungsstarke Hardware und verursachen hohe SAR-Werte. Das Tripelquantensignal ist geringer als das konventionelle Einzelquantensignal, was zu gröberen Auflösungen für ein akzeptables SNR führt. Trotzdem ist die Messzeit noch lang, da viele Mittelungen erforderlich sind.

Beide Reihen zeigen verschiedene Schichten eines gesunden Hirns. Die anatomischen Referenzaufnahmen (schwarz-weiß, erstellt mit Protonen) sind mit Natriumgehaltkarten überlegt (orange, obere Reihe). Die untere Reihe zeigt die identischen Protonenbilder, diesmal sind Tripelquanten gefilterte Bilder überlegt. Es fällt auf, dass die Augen nicht zum Tripelquantensignal beitragen, trotz ihres hohen Natriumgehaltes.