German Title: Untersuchung des Einflusses thermodynamischer Parameter auf die Produktionsrate von hyperpolarisiertem 129Xe und den Grad der Hyperpolarisation

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Abstract

Hyperpolarisiertes Xenon (129Xe) findet Anwendung in vielen Bereichen der MR - Bildgebung (MRI) und NMR - Spektroskopie. 129Xe, ein Edelgas mit Spin 1/2 kann auf hohe Kernspin - Polarisation gebracht werden, welche durch optisches Spin - Austausch - Pumpen (SEOP) mit Rubidium erreicht wird. Unter Verwendung eines Polarisators für kontinuierlichen Gasfluss wurde untersucht, wie makroskopische Parameter wie die Rb - Temperatur (60 - 200° C), der Druck des Pu ffergases (2 - 7 atm) und die Flussrate der Gasmischung 6 - 30 l/h) den gemessenen Grad der Hyperpolarisation von 129Xe beeinflussen. Die Messungen wurden mithilfe eines 1.5 - T - Ganzkörper - MR - Tomographen durchgeführt. Die erzielten Ergebnisse stimmen mit theoretischen Vorhersagen überein und zeigen einen exponentiellen Abfall der Polarisation mit steigender Rb - Temperatur. Weiterhin wurde eine Abhängigkeit der Polarisation von der Flussrate der Gasmischung beobachtet. Außerdem konnte die direkte Beziehung zwischen der absorbierten Laserleistung der Rb - Atome und der Xe - Hyperpolarisation, der Laser - Heating - Eff ekt, und die Abhängigkeit der chemischen Verschiebung von der Temperatur gemessen werden. Dieses Wissen ist Grundvoraussetzung für die Optimierung des Systems, um Messungen zur Di usion von 129Xe - Gas und zur chemischen Verschiebung der Resonanzfrequenz von 129Xe in vivo zu ermöglichen.

Translation of abstract (English)

Hyperpolarised Xenon (129Xe) has found a steadily increasing range of applications in MR imaging (MRI) and NMR spectroscopy. 129Xe, a noble gas with spin 1/2 has the advantage of a large nuclear spin polarisation obtained by spin exchange optical pumping (SEOP) with rubidium (Rb). Using a continuous flow polariser, we studied how macroscopic parameters like the Rb temperature (60 - 200° C), buff er gas pressure (2 - 7 atm), and gas mixture flow rate (6 - 30 l/h), a ffect the measured degree of hyperpolarisation of 129Xe gas. Measurements have been performed using a 1.5 - T whole - body MR tomograph. Our results are in agreement with theoretical predictions and show that upon increasing the Rb temperature the degree of polarisation decreases exponentially. We observed an almost linear dependence of the degree of polarisation on the gas mixture flow rate. Furthermore, the direct relation between the absorbed laser - power by the Rb atoms and the hyperpolarisation, the laser - heating e ffect, and the dependence of the 129Xe chemical shift on temperature could be measured. This knowledge is a prerequisite for system optimisation aimed at performing measurements on 129Xe gas di usion and the chemical shift of 129Xe resonances in vivo.