Ganzkörper Magnetic-Particle-Imaging Messsequenzen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Tobias Knopp; Dr. Martin Möddel
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 314157186

Magnetic-Particle-Imaging (MPI) ist ein bildgebendes Verfahren für die Darstellung superparamagnetischer Nanopartikel. Derzeit befindet sich MPI im präklinischen Forschungsstadium und ermöglicht die Durchführung von Experimenten am Kleintiermodel. Da das bei MPI angelegt Magnetfeld physiologische Nebenwirkungen wie Gewebeerwärmung und Nervenstimulation verursachen kann, ist die Messfeldgröße in der Praxis limitiert. Für typische Scanner- und Sequenzparameter ist das Messfeld auf 1-3 cm Seitenlänge beschränkt. Da dies weder für eine Ganzkörpermessung einer Maus noch für anvisierte Humananwendungen reicht, benötigt MPI eine Komponente zum Verschieben des Messfeldes. Dies funktioniert mit dem sogenannten Fokusfeld, welches entweder diskret oder kontinuierlich mit niedriger Frequenz angelegt wird. Folglich können deutlich höhere Feldamplituden verwendet werden, ohne das Tier / den Patienten zu belasten. Dieses Projekt hat zum Ziel MPI-Messsequenzen zu entwickeln, mit denen das Messen großer Messvolumina möglich ist. Hierzu wird das angestrebte Messfeld in mehrere Teilbereiche - sogenannte Patches – unterteilt. Diese können mit dem schnellen Anregungsfeld abgetastet werden. Die einzelnen Patches werden sukzessive vermessen, wobei die Patchposition nach oder auch schon während jeder Messung durch das Fokusfeld verschoben wird. In dem Projekt wird untersucht, wie viele Patches benötigt werden, um ein vordefiniertes Messvolumen so schnell wie möglich abzutasten. Neben der Entwicklung der Messsequenz liegt der Schwerpunkt des Projektes auf der Rekonstruktion von Multi-Patch-Messdaten. Da die Messsignale der einzelnen Patches in der Praxis nicht voneinander unabhängig sind, werden die Daten in einem gemeinsamen Schritt rekonstruiert. Diese Rekonstruktion ist mit hohem zeitlichem Aufwand verbunden und benötigt maßgeschneiderte Algorithmen, welche die dünnbesetzte Struktur der Multi-Patch-Systemmatrix ausnutzen. Eine weitere Herausforderung ist die Imperfektion des angelegten Magnetfeldes, welches ohne Berücksichtigung zu Bildartefakten führt. Nach Vermessung der Feldprofile werden diese in der MPI-Signalgleichung berücksichtigt und so Bildartefakte reduziert. Die entwickelten Messsequenzen und Datenrekonstruktionsalgorithmen werden zunächst mit statischen und dynamischen Partikelphantomen evaluiert. Im zweiten Schritt werden in-vivo Messdaten betrachtet, um zu zeigen, dass die entwickelten Methoden auch in dynamische Kleintierexperimenten eine Vergrößerung des Messfeldes ohne Verringerung der Bildqualität ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen