Etablierung des quantitativen Magnetic Particle Imaging (MPI) anhand anwendungsbezogener Phantome für präklinische Untersuchungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Silvio Dutz; Professor Dr. Lutz Trahms
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280586248

Die im Rahmen der Großgeräteinitiative der DFG bereitgestellten Magnetic Particle Imaging (MPI) Scanner sollen laut Ausschreibung eingesetzt werden, um die diagnostischen Möglichkeiten des neuartigen Bildgebungsverfahrens auszuloten. Voraussetzung dafür ist, dass zunächst die generellen Grundlagen der MPI-Bildgebungsmethodik geklärt werden. Hierzu zählen unter anderem Nachweisgrenzen und Bildauflösung. Darüber hinaus ergeben sich aus der jeweiligen Anwendungssituation zusätzliche Fragestellungen an die Bildgebung, die in der spezifischen lokalen Konfiguration der Tracer, z.B. im Gefäßsystem oder im Tumor begründet liegen. Ziel in diesem Forschungsprojekt ist die Entwicklung einer messtechnischen Ausstattung, durch die definierte und validierte experimentelle Bedingungen geschaffen werden, die der Bildgebung von magnetischen Nanopartikeln durch das Magnetic Particle Imaging eine solide quantitative Grundlage geben. Dies soll erreicht werden, indem geeignete Referenzmessobjekte (Phantome) entwickelt und bereitgestellt werden. Durch MPI-Messungen an den Phantomen werden die Bildgebungseigenschaften der Scanner messtechnisch erfasst. Im Einzelnen sollen die Bildauflösung sowie die Quantifizierung der Tracermenge und Tracerverteilung in realistischen Szenarien untersucht werden. Die Deckungsgleichheit der Bildbereiche von Anatomie und Tracerverteilung bei der Ko-Registrierung von MPI und MRT soll demonstriert werden. Neben der MRT soll die ortsauflösende Magnetrelaxometrie als unabhängiges quantifizierendes Referenzverfahren zur Validierung der MPI-Resultate eingesetzt werden. Um realitätsnahe Tests der MPI-Scanner durchführen zu können, müssen die Phantome die wesentlichen physikalischen Eigenschaften der avisierten medizinischen Anwendungen des MPIs in kontrollierter Weise abbilden. Dies betrifft im Wesentlichen lokale Konzentrationsvariationen der Tracer, Mobilität und Bindungszustand der Tracer, Geschwindigkeit, Temperatur und Viskosität eines strömenden Mediums (Blut) sowie die Variation des Strömungsdurchmessers. Indem technische Objekte die biologischen Gegebenheiten kontrolliert widerspiegeln, erhöht sich die Aussagekraft für spätere Messungen am lebenden Objekt. Die Planung präklinischer Untersuchungen wird auf eine solide Grundlage gestellt und die Erfolgsaussichten dieser Projekte werden entscheidend verbessert. Dies geht einher mit einer Reduktion der Anzahl notwendiger Tierversuche. Die entstandenen langzeitstabilen Referenzphantome sollen Medizinern und Physikern zur Verfügung gestellt werden, die an den beiden Standorten der DFG-finanzierten MPI-Scanner das Potenzial dieser viel versprechenden Technik ausloten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Christoph Alexiou; Professor Dr. Matthias Taupitz