Das Dephasierungsverhalten und die daraus resultierende Relaxation der Magnetisierung sind Grundlage aller auf der Kernspinresonanz basierenden bildgebenden Verfahren. Das erhaltene Signalder präzedierenden Protonen wird wesentlich von den Eigenschaften des untersuchten Gewebes bestimmt. Insbesondere die durch magnetisierte Stoffe wie z. B. desoxygeniertes Blut (BOLD-Effekt) oder magnetische Nanopartikel erzeugten Suszeptibilitätssprünge gewinnen zunehmend Bedeutung in der biomedizinischen Bildgebung. In der vorliegenden Arbeit wurden die Einflüsse von Feldinhomogenitäten auf das NMR-Signal untersucht. / The properties of dephasing and the resulting relaxation of the magnetization are the basic principle on which all magnetic resonance imaging methods are based. The signal obtained from the gyrating spins is essentially determined by the properties of the considered tissue. Especially the susceptibility differences caused by magnetized materials (for example, deoxygenated blood, BOLD-effect) or magnetic nanoparticles are becoming more important for biomedical imaging. In the present work, the influence of such field inhomogeneities on the NMR-signal is analyzed.

In the course of these investigations altogether 18 different compounds have been synthesized and their chemical, structural and physical properties were characterized (XRD, XANES, IR, Raman spectrum, magnetic susceptibility, electrical resistivity, low temperature and TG/DTA). Up to now only nitridonickelates and nitridocuprates were known to exhibit exclusively low oxidation states of the transition metals between 0 and +2. In this work it has been presented that also nitridocobaltates belong to this group. We have proved that “Ca3CoIIIN3” do not exist and the real chemical formula can be regarded as Ca5[CoIN2]2. In the thesis another seven new nitridocobaltates(I) have been described, these add to four already known structures. Among novel phases only Ba9Ca[Co2N3]3 may indicate higher valency state for cobalt with the [Co2N3]5- complexes. The XANES data supporting CoII state by comparison with other compounds possess this oxidation state. The crystal structure of Ba9Ca[Co2N3]3 is related to the perovskite type structure. The remarkable structural features of Sr2[CoN2]0.72[CN2]0.28 ≈ Sr6[CoN2]2[CN2] nitridocobaltates [CoIN2]5- ions partially substituted by carbodiimides [N=C=N]2- ions. Up to now in the crystal structure no indications for a homogeneity range could be observed. Both crystal structures of (Sr6N)[CoN2][CN2]2 and Sr6[CoN2]2[CN2] encompass nitridocobaltate [CoN2]5- and carbodiimide [N=C=N]2- ions. In the structures distorted rocksalt motif based on Sr-N partial structure can be distinguished. Up to now in the system AE-Fe-N-(C) only four crystal structures were reported and in the thesis three new were refined Sr8[FeIIIN3]2[FeIIN2], Sr3[FeN3] and (Sr6N)[FeN2][CN2]2 and their physical properties were characterized. The system AE-Mn-N-(C) via this work was extended by Sr8[MnN3]3 and Sr4[MnN3][CN2]. Up to date the only nitridometalate containing different transition elements is Ba[Ni1-xCuxN]. In this work one more mixed nitridometalate has been described Sr8[MnIIIN3]2[FeIIN2]. The crystal structure of Sr4[MnN3][CN2] revealed some weak diffuse scattering lines. The general formula of Sr4[MnN3][CN2] can be written as Sr4[Mn0.96N2.90][C0.96N2] to emphasize possible homogeneity range. Any explanation of the phenomena and establishment of possible homogeneity range are still a challenge. The structures of Sr8[MIIIN3]2[FeIIN2] (M = Mn, Fe) are related to Sr8[MnIVN3]2[MnIIIN3]. All these compounds are first mixed-valency compounds for respective systems and exhibit close relation to crystal structures of Sr3[MN3] (M = Mn, Fe). From the XANES data alike behaviour of all structures containing Mn was observed. Due to some possible degree of Mn/Fe mixing in the crystal structure of Sr8[MIIIN3]2[FeIIN2] the chemical formula might be written as Sr8[MnN3]2-x[FeN3]x[FeN2]. This needs to be investigate in details. Up to now in the literature the only crystallographic data of nitridometalates contain [NCN]2- ions include two compounds. In this work four novel nitridometalate carbodiimides and cyanamides Sr4[MnN3][CN2], (Sr6N)[MN2][CN2]2 (M = Co, Fe) and Sr6[CoN2]2[CN2] have been synthesized. Predominant magnetic properties in the investigated nitridometalates are connected to some antiferromagnetic M-M interactions supported by AFM ordering. The electrical resistivity often shows at some semi-conducting character of these compounds. XANES spectroscopy provided many useful data about valency states of the transition elements, coordination environment around absorbing atoms and electronic structure. The influence of different parameters on the transition metals K-edges was studied in details. IR and Raman give general data about [NCN]2- ions.

Die Arbeit befaßt sich mit Untersuchungen der Schwingungsdynamik von ZnMgEr/Ho/Y quasikristallen. Neben diesen werden auch Untersuchungen der magnetischen Eigenschaften durch Neutronenstreuung an denselben Proben durchgeführt.

Mikrochips zur Tierkennzeichnung bestehen aus verschiedenen metallischen Materialien. Diese treten in der Magnetresonanztomographie in Wechselwirkung mit den elektromagnetischen Feldern. So verursachen die ferromagnetischen Materialen der Mikrochips gravierende fokale Bildstörungen. Diese Suszeptibilitätsartefakte können die Beurteilbarkeit der Halsregion erheblich einschränken. Ziel der Studie war, den Einfluss des Sequenztyps auf die Größe des Artefakts zu untersuchen und herauszufinden, welche Möglichkeiten zur Artefaktreduktion bei Veränderung bestimmter Sequenzparameter bestehen. Zusätzlich sollte geklärt werden, wie groß der Abstand zwischen Spinalkanal und Mikrochip mindestens sein muss, um spinale Strukturen beurteilen zu können. In das Untersuchungsgut der Studie gingen die Kadaver von 26 Katzen und 2 Hunden ein. An einem 0,5-Tesla-MRT wurde für verschiedene Sequenztypen (SE-Sequenzen, TSE-Sequenzen, GRE-Sequenzen) und Kombinationen modifizierter Sequenzparameter (Echozeit (TE), Voxelgröße, Ausleserichtung) das Ausmaß der Artefakte ermittelt. Berechnet wurde der Flächeninhalt des Artefakts (cm2). Dieser wurde dann als prozentualer Anteil zur Fläche des Halsquerschnitts angegeben. Diese Berechnung erfolgte für alle untersuchten Einstellungen an transversalen Aufnahmen. Eine ergänzende computertomografische Untersuchung dienste dazu, die Distanz zwischen Spinalkanalund Mikrochip zu messen. Die Untersuchungen der Studie haben gezeigt, dass TSE-Sequenzen wegen ihrer geringeren Artefaktanfälligkeit den SE- und GRE-Sequenzen vorgezogen werden sollten. Besonders kleine Artefakte konnten bei einer T1-TSE-Sequenz mit kleiner TE (10 ms) und kleiner Voxelgröße (große Akquisitionsmatrix von 256 x 256 Pixel, kleines Field of View (FOV) von 160 mm, geringe Schichtdicke (ST) von 2 mm) erreicht werden. Durch Anpassung der Kodierrichtung war es möglich, die Form und Richtung des Artefaktes zu beeinflussen. Lag das Zentrum des Mikrochips näher als 19 mm von der Mitte des Wirbelkanals entfernt, ließen sich auch mit dieser optimierten Sequenz die spinalen Strukturen auf Höhe des Mikrochips nicht beurteilen. Die Größe und Form der Suszeptibilitätsartefakte konnten durch die Wahl des Sequenztyps und Modifikation von Sequenzparametern verändert werden. Dies ist besonders bei kleinen Tieren von Bedeutung. Bei diesen kann es aufgrund der geringen Distanz zwischen Mikrochip und Wirbelsäule zur Beeinträchtigung der MR-Bildauswertung kommen. Eine T1-gewichtete TSE-Sequenz mit kleiner Echozeit (10 ms) und kleiner Voxelgröße (Akquisitionsmatrix 256 x 256 Pixel, FOV 160 mm, ST 2 mm) bietet bei 0,5 Tesla das größte Potenzial zur Artefaktreduktion.

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Mikrochips zur Tierkennzeichnung bestehen aus verschiedenen metallischen Materialien. Diese treten in der Magnetresonanztomographie in Wechselwirkung mit den elektromagnetischen Feldern. So verursachen die ferromagnetischen Materialen der Mikrochips gravierende fokale Bildstörungen. Diese Suszeptibilitätsartefakte können die Beurteilbarkeit der Halsregion erheblich einschränken. Ziel der Studie war, den Einfluss des Sequenztyps auf die Größe des Artefakts zu untersuchen und herauszufinden, welche Möglichkeiten zur Artefaktreduktion bei Veränderung bestimmter Sequenzparameter bestehen. Zusätzlich sollte geklärt werden, wie groß der Abstand zwischen Spinalkanal und Mikrochip mindestens sein muss, um spinale Strukturen beurteilen zu können. In das Untersuchungsgut der Studie gingen die Kadaver von 26 Katzen und 2 Hunden ein. An einem 0,5-Tesla-MRT wurde für verschiedene Sequenztypen (SE-Sequenzen, TSE-Sequenzen, GRE-Sequenzen) und Kombinationen modifizierter Sequenzparameter (Echozeit (TE), Voxelgröße, Ausleserichtung) das Ausmaß der Artefakte ermittelt. Berechnet wurde der Flächeninhalt des Artefakts (cm2). Dieser wurde dann als prozentualer Anteil zur Fläche des Halsquerschnitts angegeben. Diese Berechnung erfolgte für alle untersuchten Einstellungen an transversalen Aufnahmen. Eine ergänzende computertomografische Untersuchung dienste dazu, die Distanz zwischen Spinalkanalund Mikrochip zu messen. Die Untersuchungen der Studie haben gezeigt, dass TSE-Sequenzen wegen ihrer geringeren Artefaktanfälligkeit den SE- und GRE-Sequenzen vorgezogen werden sollten. Besonders kleine Artefakte konnten bei einer T1-TSE-Sequenz mit kleiner TE (10 ms) und kleiner Voxelgröße (große Akquisitionsmatrix von 256 x 256 Pixel, kleines Field of View (FOV) von 160 mm, geringe Schichtdicke (ST) von 2 mm) erreicht werden. Durch Anpassung der Kodierrichtung war es möglich, die Form und Richtung des Artefaktes zu beeinflussen. Lag das Zentrum des Mikrochips näher als 19 mm von der Mitte des Wirbelkanals entfernt, ließen sich auch mit dieser optimierten Sequenz die spinalen Strukturen auf Höhe des Mikrochips nicht beurteilen. Die Größe und Form der Suszeptibilitätsartefakte konnten durch die Wahl des Sequenztyps und Modifikation von Sequenzparametern verändert werden. Dies ist besonders bei kleinen Tieren von Bedeutung. Bei diesen kann es aufgrund der geringen Distanz zwischen Mikrochip und Wirbelsäule zur Beeinträchtigung der MR-Bildauswertung kommen. Eine T1-gewichtete TSE-Sequenz mit kleiner Echozeit (10 ms) und kleiner Voxelgröße (Akquisitionsmatrix 256 x 256 Pixel, FOV 160 mm, ST 2 mm) bietet bei 0,5 Tesla das größte Potenzial zur Artefaktreduktion.

Die Arbeit befaßt sich mit Untersuchungen der Schwingungsdynamik von ZnMgEr/Ho/Y quasikristallen. Neben diesen werden auch Untersuchungen der magnetischen Eigenschaften durch Neutronenstreuung an denselben Proben durchgeführt.

Durch Parasiten stellen eine starke Gefährdung für die Aquakultur dar. Die durch diplomonaden Flagellaten bei der Regenbogenforelle Oncorhynchus mykiss verursachte Morbidität und Mortalität wurde bisher in Deutschland noch nicht gründlich untersucht. Ich habe diese Parasiten mittels SEM & TEM charakterisiert und wurde die Art Spironucleus salmonis bestimmt. Erstmals konnten die caudale Projektion, sich entleerende Vakuolen und verformbare Kernloben nachgewiesen werden. Ich untersuchte Mikrohabitatpräferenz von des Parasiten sowie pH-Profile in vier Darmabschnitten der Fische. Das Vorkommen und die Dichte von S. salmonis war in der Pylorusregion wesentlich höher als in anderen Bereichen. Das pH-Profil war bei infizierten und nicht infizierten Fischen gleich. Der optimale pH-Wert für S. salmonis war 7,1-7,5. Ich habe die Lebenszyklus der Diplomonaden mittels LM & SEM unter Kulturbedingungen untersucht. Die Enzystierung begann mit der Anheftung von Trophozoiten mit der Spitze der adhäsiven hinteren Flagellen aneinander oder an Fremdkörper. Die pyriformen Trophozoiten wurden kugelförmig, und die vorderen Flagellen inaktiv. Oberflächenbläschen produzierten eine lichtbrechende Zystenwand. Dies ist der erste Beschreibung der Multifunktionalität von Flagellen bei Diplomonaden. Ich untersuchte pathogene Mechanismen und sezierte die Pylorusregion sowie die Leber mittels H&E, PAS/AB. Bei infizierten Fischen trat eine signifikante Hypertrophie der Becherzellen auf. Zu erkennen war eine Hyperaktivität der Becherzellen, jedoch keine Hyperplasie. Ich entwickelte einen in vitro  Plasma-Inkubationstest zur Bestimmung der Suszeptibilität von Regenbogenforelle, Karpfen und Störe. Die unterschiedliche Resistenz von Stör, Karpfen und Regenbogenforelle gegen S. salmonis entsprechend zu den epizootiologischen Daten. Meine Untersuchungen führten zu einem neuen diagnostischen Hilfsmittel, Vorschlägen für neue Behandlungsmethoden, zu verbesserten in vitro-Kulturbedingungen und einem Modellsystem für die Multifunktionalität von Flagellen und flagellaren Signaltransduktion. / Parasitic diseases pose a significant threat to aquaculture. Diplomonad flagellates in rainbow trout Oncorhynchus mykiss are associated with morbidity and mortality; but in Germany has not been thoroughly studied. I characterised the species by SEM & TEM, which revealed Spironucleus salmonis, allowed its complete description including newly showing the caudal projection, discharging vacuoles, and deformable nuclear lobes; diagnostic keys were improved. The microhabitat preference of diplomonads was tested by recording occurrence and density of infection, and pH profile in 4 intestinal regions in fish. Occurrence and density of S. salmonis were significant higher in the pyloric region than elsewhere. The pH profile in uninfected and infected fish was similar; a causal relationship between microhabitat preference and pH was unlikely, and the optimal pH was between 7.1 – 7.5. I described life cycle and encystment using light and SEM. Encystment in culture began by trophozoites attaching at tip of adhesive posterior flagella to each other/debris. Pyriform trophozoites became sub-spherical, anterior flagella inactive, surface blebs produced a refractile cyst wall. Cysts clusters may exceed minimum infective dose for new infection; suggesting new treatment target. This is the first report of multi-functionality of flagella in diplomonads. I investigated pathogenic mechanism of diplomonads by sectioning and staining the pyloric region of the intestine and liver with H&E, and PAS/AB. There was significant hypertrophy of goblet cells in infected fish. The hyperactivity of goblet cells was seen, but no hyperplasia. This hyper-production of mucus may decrease nutrient absorption, underlying impaired growth in S. salmonis infected fish. I developed an in vitro plasma incubation test to predict host susceptibility of rainbow trout, carp, and sturgeon. The test showed the hierarchy of resistance of S. salmonis in sturgeon > carp > rainbow trout; this parallels epizootiological data. My research yielded new diagnostic tool, suggested new treatment target, improved in vitro conditions, and new model system for multi-functionality of flagella and flagellar signalling.

Die vorliegende Arbeit präsentiert neuartige schnelle Bildgebungstechniken für die Hoch- und Ultrahochfeld Magnetresonanztomographie. Zunächst werden die Grundprinzipien schneller Spin-Echo Techniken beleuchtet. Diese physikalischen Überlegungen bilden die Grundlage für die Entwicklung modifizierter Techniken. In einer ersten Entwicklungsstufe wird eine neue Variante der schnellen Spin-Echo Bildgebung vorgestellt. Diese Technik generiert anatomischen und funktionellen Bildkontrast innerhalb von nur einer Datenaufnahme. Der entscheidende Vorteil des entwickelten Ansatzes besteht in einer wesentlichen Verkürzung der Messzeit. Darüber hinaus wird eine deutliche Reduktion von Bildfehlern ermöglicht, die im konventionellen Fall häufig durch Bewegung erzeugt werden. Die zweite Entwicklungsstufe befasst sich mit der Implementierung einer schnellen Spin-Echo Technik zur Abbildung des physikalischen Phänomens der Brownschen Molekularbewegung. Diffusionsmessungen der Molekülbewegungen sind durch die Überlagerung von makroskopischen Bewegungen sehr anspruchsvoll. Diese Schwierigkeit wird in der vorliegenden Arbeit methodisch überwunden, indem eine diffusionsgewichtete schnelle Spin Echo Technik implementiert wird. Die dritte Entwicklungsstufe konzentriert sich auf suszeptibiltätsgewichtete schnelle Spin-Echo Bildgebung. Herkömmliche Techniken zur suszeptibiltätsgewichteten Bildgebung sind anfällig für Artefakte, die sich in Signalauslöschungen äußern. Um dieser Herausforderung methodisch zu begegnen, untersucht diese Arbeit das Potential einer suszeptibiltätsgewichteten schnellen Spin-Echo Technik zur Charakterisierung der Mikrostruktur des Herzmuskels bei 7.0 T. Ein Ziel der in dieser Arbeit neu entwickelten schnellen Spin-Echo Methoden besteht darin, Limitierungen bestehender Techniken zu beheben. Damit soll richtungsweisend über die Grundlagenforschung hinaus die Basis für klinische Anwendungen der entwickelten physikalischen Erkenntnisse und Methoden gelegt werden. / This thesis presents novel fast imaging techniques for magnetic resonance imaging. Rapid Acquisition with Relaxation Enhancement (RARE) is a fast imaging technique. An ever growing number of clinical applications render clinically and physically motivated advancement of RARE imaging necessary. This thesis focuses on the advancement of RARE imaging. For this purpose, the basic principle of RARE imaging is examined. The first part proposes a novel RARE variant which provides simultaneous anatomical and functional contrast within one acquisition. This approach provides an alternative versus conventional RARE variants where sequential acquisitions are put to use to achieve different image contrasts. With the speed gain of the proposed approach a substantial shortening of scanning time can be accomplished together with a reduction in the propensity for motion. The second part focuses on diffusion weighted MRI. Probing diffusion on a micrometer scale is challenging because of MRI’s sensitivity to bulk motion. Unfortunately, conventional rapid diffusion weighted imaging techniques are prone to severe image distortions. Realizing this constraint, a diffusion weighted RARE technique that affords the generation of diffusion weighted images free of distortion is implemented. The third part is formed around susceptibility weighted MRI. The underlying biophysical mechanisms allow the assessment of tissue microstructure. Common susceptibility weighted imaging techniques are prone to image artifacts. Recognizing the opportunities of susceptibility weighted MRI the potential of a susceptibility weighted RARE technique is investigated with the goal to assess myocardial microstructure. The goal of the novel RARE developments is to overcome constraints of existing imaging techniques. The physical considerations and the novel methodology introduced in this thesis are brought beyond the scope of basic research. Moreover, the foundation for clinical applicability is created.

Die spontane Brechung der chiralen Symmetrie ist ein faszinierendes Phenomän der QCD mit fundamentalen phänomenologischen Implikationen. Die Brechung der chiral Symmetrie ist beispielsweise verantwortlich für die niedrige Masse der Pionen, welche die effektiven Goldstone Boson der spontan gebrochene Symmetrie sind. Die spontane Brechung der chiral Symmetrie und die chirale Anomalie sind niedrig Energie-Phenomäne der QCD, weshalb nichtperturbative Methoden nötig sind um sie zu studieren. In der vorliegenden Arbeit verwenden wir die Gitterregularisierung der QCD, um das chirale Kondensat, den Ordnungsparameter der spontanen Brechung der chiralen Symmetrie zu bestimen. Dazu wendeten wir die Definition der in dieser Arbeit studierten Observablen über Dichteketten an, die eine theoretisch wohldefinierte Bahndlung der Observablen zulässt. Für die praktische Berechnung wurde die kürzlich entwickelte Methode der spektralen Projektoren angewandt. In dieser Weise berchnen wir den Kontinuumlimes des chiralen Kondensates, das im chiralen Limes gewonnen, sowohl für N_f=2 als auch für N_f=2+1+1 Flavour von so genannten twisted mass Fermionen. Des Weiteren untersuchen wir das chirale Verhalten der topologischen Suszeptibilität. Wir verwenden hier wieder die Methode der spektralen Projektoren, anstelle aufwendigerer Verfahren, die chirale Symmetrie erhalten, aber zu numerisch sehr aufwändigen Simulationen führen. Schließ lich kommentieren wir die sich aus den starken Autokorrelationen ergebenden Schwierigkeiten dieser Rechnung. Abschließ end stellen wir die Kontinuumlimes-Ergebnisse der topologischen Suszeptibilität in der rein gluonischen Theorie vor, die es uns erlauben, die Witten-Veneziano-Formel zu testen. Unseren Untersuchung zufolge ist diese Formel gut erfüllt. Diese Tatsache stützt die Gültigkeit der Formel, die die topologischen Fluktuationen der Eichfelder mit der unerwartet groß en Masse des eta'' Mesons in Verbindung setzt. / The spontaneous breaking of chiral symmetry is a fascinating phenomenon of QCD whose mechanism is still not well understood and it has fundamental phenomenological implications. It is, for instance, responsible for the low mass of the pions which are effectively Goldstone bosons of the spontaneously broken symmetry. Since these phenomena belong to the low energy regime of QCD, non-perturbative techniques have to be applied in order to study them. In this work we use the twisted mass lattice QCD regularization to compute the chiral condensate, the order parameter of spontaneous chiral symmetry breaking. To this end we apply the recently introduced method of spectral projectors which allows us to perform calculations in large volumes due to its inherently low computational cost. This approach, moreover, enables a direct calculation of the chiral condensate based on a theoretically clean definition of the observable via density chains. We thus present a continuum limit determination of the chirally extrapolated condensate for N_f=2 and N_f=2+1+1 flavours of twisted mass fermions at maximal twist. In addition we study the chiral behavior of the topological susceptibility, a measure of the topological fluctuations of the gauge fields. We again apply the spectral projector method for this calculation. We comment on the difficulties which appear in the calculation of this observable due to the large autocorrelations involved. Finally we present the continuum limit result of the topological susceptibility in the pure gluonic theory which allows us to perform a test of the Witten-Veneziano relation. We found that this relation is well satisfied. Our results support the validity of the Witten-Veneziano formula which relates the topological fluctuations of the gauge fields with the unexpectedly large value of the eta''