Proton magnetic resonance with parahydrogen induced polarization : Imaging strategies and continuous generation

A major challenge in imaging is the detection of small amounts of molecules of interest. In the case of magnetic resonance imaging (MRI) their signals are typically concealed by the large background signal of e.g. the tissue of the body. This problem can be tackled by hyperpolarization which increases the NMR signals up to several orders of magnitude. However, this strategy is limited for 1H, the most widely used nucleus in NMR andrnMRI, because the enormous number of protons in the body screen the small amount of hyperpolarized ones.Here, I describe a method giving rise to high 1H MRI contrast for hyperpolarized molecules against a large background signal. The contrast is based on the J-coupling induced rephasing of the NMR signal of molecules hyperpolarized via parahydrogen induce polarization (PHIP) and it can easily be implemented in common pulse sequences.rnrnHyperpolarization methods typically require expensive technical equipment (e.g. lasers or microwaves) and most techniques work only in batch mode, thus the limited lifetime of the hyperpolarization is limiting its applications. Therefore, the second part of my thesis deals with the simple and efficient generation of an hyperpolarization.These two achievements open up alternative opportunities to use the standard MRI nucleus 1H for e.g. metabolic imaging in the future.

Die Magnetresonanztomographie ist eine sehr mächtige Methode um - insbesondere in der Medizin - Diagnosen zu ermöglichen. Von physikalischer Seite ist die maximale Signalintensität begrenzt weswegen besonder die Bildgebung von geringen Stoffmengen eine große Herausforderung darstellt. Hyperpolarisation ist eine Methode mit der die Signalintensität drastische erhöht werden kann, ohne dass der Tomograph an sich modifiziert werden muss. Bei den Standard-Kern der MRT - dem Proton - kann auch eine Hyperpolarisation erreicht werden, allerdings muss diese vor dem Hintergrund aller anderen Protonen im Körper auch identifiziert werden. Meine Arbeit erklärt eine Methode um einen Kontrast zwischen hyperpolarisierten Protonen und dem thermisch polarisierten Protonen-Hintergrund zu erzeugen. Der Kontrast setzt auf die Rephasierung der antiphasischen Parawasserstoff Induzierten Hyperpolarisation durch die J Kopplung. Die Herstellung der Hyperpolarisation ist bei vielen Methode in der Menge limitiert. Die Parawasserstoff Induzierte Polarisation erlaubt eine kontinuierliche Herstellung in größeren Mengen. Damit werden Experimente möglich, welche deutlich länger also zuvor dauern und unter kontinuierlicher Nachlieferung des hyperpolarisierten Moleküls erfolgen können. rn