Die Kernspin-Magnetresonanz (Nuclear Magnetic Resonance, NMR) ist ein etabliertes Verfahren in der medizinischen Diagnostik. Die nicht invasive Natur der Messmethode und das Fehlen der ionisierenden Strahlung erlauben den Einsatz von Protonen-basierter NMR in allen Patientengruppen ohne zusätzliche gesundheitliche Belastung. Neben der Abbildung von anatomischen Strukturen besteht ebenfalls die Möglichkeit physiologische Prozesse und Funktionen des Körpers darzustellen. So kann zum Beispiel die Mikroperfusion des Gewebes ortsaufgelöst mittels magnetischer Spin-Markierung vom arteriellen Blut gemessen werden (Arterial Spin Labeling, ASL) oder die relative Blut-Oxygenierung mit Hilfe von T2*-gewichteten Bildgebung bestimmt werden (Blood Oxygen Level Dependent Imaging, BOLD). ASL stellt dabei die einzige völlig nicht invasive Methode zur Perfusionsbildgebung ohne Applikation von exogenen Kontrastmitteln dar. Beide Techniken können sowohl im Gehirn als auch in Muskeln eingesetzt werden. Neben der Bildgebung kann NMR auch für Spektroskopie (MRS) benutzt werden. Für die Erforschung von Muskelstoffwechsel ist 31P-MRS vom besonderen Interesse, da damit die Dynamik von Phosphokreatin, anorganischen Phosphaten, pH und ATP gemessen werden kann. Die Verbreitung von ASL innerhalb von klinischen Routineuntersuchungen ist momentan noch relativ beschränkt, da ASL auf einer Subtraktionstechnik basiert und daher einen niedrigen intrinsischen Kontrast aufweist und relativ lange Messzeiten benötigt.
Des Weiteren existieren keine standardisierten Auswerteprotokolle für in Muskeln aufgenommenen ASL und BOLD Daten. In dieser Arbeit wurden beide Problempunkte adressiert. Im Allgemeinen profitiert NMR von den ultra-hohen Magnetfeldstärken (UHF) wegen des besseren Signal-zu-Rausch-Verhältnisses (SNR). ASL gewinnt zusätzlich durch die längeren Relaxationszeiten und damit verbundenen langsameren Zerfall der Spin-Markierung. So wurde eine Bildgebungssequenz für die gleichzeitige Messung von Perfusion und T2*-gewichteten Daten am 7 Tesla MR-Tomographen implementiert und optimiert. Mit dieser Sequenz wurden erstmals dynamische Messungen von Muskelperfusion während und nach Belastung bei 7 Tesla durchgeführt. Für die Auswertung von BOLD- bzw.
T2*-gewichteten Signalverläufen nach Ischämie oder mechanischer Belastung wurde ein Modell entwickelt und ein Software Tool implementiert, das die automatische Parameterbestimmung ermöglicht und dabei die Abhängigkeit der Ergebnisse vom Operator eliminiert.
Letztendlich wurden T2*-gewichtete Messungen mit 31P-MRS in einem Messprotokoll kombiniert, um direkte Zusammenhänge zwischen T2*-Verläufen und dem Metabolismus der hochenergetischen Phosphate zu untersuchen. Die Experimente, die im Rahmen diese Arbeit durchgeführt wurden, kombinieren verschiedene Methoden zu Untersuchung von dynamischen Prozessen in Muskeln während mechanischer Belastung und sollen dazu beitragen in weiterführenden klinischen Studien ein tieferes Verständnis von Gefäß- und Stoffwechselerkrankungen, wie Diabetes mellitus und Periphere Arterielle Verschlusskrankheit, zu erlangen.