iMPI - Interventional Magnetic Particle Imaging

• Antragsteller: Dr. Patrick Vogel
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Biophysik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410898690

Heutzutage sind für die Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen röntgengestützte, katheterbasierte und minimalinvasive Eingriffe Stand der Technik. Röntgengeräte liefern dabei eine hohe räumliche und zeitliche Auflösung, haben jedoch den Nachteil einer potenziell hohen Dosis ionisierender Strahlung, was ein späteres Krebsrisiko bedeuten kann. Gerade bei zeitaufwendigen Interventionen führt das zu einer signifikanten Belastung des klinischen Personals. Eine weitere Einschränkung besteht in der Notwendigkeit von nephrotoxischen und potenziell allergenen Konstrastmitteln.Als strahlungsfreie Bildgebungstechnik mit nahezu Echtzeiteigenschaften hat sich die Magnetresonanztomographie (MRT) durchgesetzt. Jedoch beeinträchtigt der komplexe Betrieb, der eingeschränkte Zugang sowie der hohe akustische Geräuschpegel den Arbeitsablauf bei MR-gesteuerten Interventionen während des gesamten Eingriffes. Daher ist die MRT bisher noch nicht für die Durchführung von Interventionen allgemein akzeptiert.Als neue tracerbasierte, hintergrundfreie Bildgebungsmodalität könnte das Magnetic Particle Imaging (MPI) eine interessante Alternative sein. Seit der ersten Veröffentlichung im Jahr 2005 wurden einige beeindruckende Entwicklungssprünge gezeigt, die das große Potenzial dieser jungen Technologie für die direkte Visualisierung von Gefäßstrukturen ohne Hintergrundsignale (z.B. aus Gewebe) demonstrieren. MPI basiert auf der nichtlinearen Antwort von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (SPIONs) in zeit- und ortsabhängigen Magnetfeldern. Die räumliche Verteilung der SPIONs wird visualisiert, indem der Probenraum mit einem sogenannten feldfreien Punkt (FFP) oder einer feldfreien Linie (FFL) abgetastet wird. In verschiedenen Ansätzen und Scannerdesigns konnte die hohe Empfindlichkeit (mikromolar), eine Auflösung im Submillimeterbereich sowie eine hohe zeitliche Auflösung gezeigt werden.Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung und Etablierung von interventionellen Magnetic Particle Imaging (iMPI) als alternative endovaskuläre Strategie zur Behandlung von stenotischen oder okkludierten Gefäßen bei kardiovaskulären Erkrankungen im Speziellen mit perkutaner transluminaler Ballonangioplastie. Dafür wird ein neuartiges Konzept eines MPI-Scanners vorgeschlagen, der auf die Bedürfnisse moderner kardiovaskulärer Bildgebung zugeschnitten ist. Um den Anforderungen eines klinischen Umfelds gerecht zu werden, wird ein Open-Bore-Design auf Basis des TWMPI-Ansatzes angestrebt und die Scannereigenschaften angepasst, um eine schnelle und dynamische Bildgebung von Gefäßstrukturen zu ermöglichen. Zur Visualisierung der interventionellen Instrumente wie dem Ballonkatheter und dem Führungsdraht wird ein MPI-sensitives Material verwendet. Deweiteren werden neue Protokolle für die MPI-geführte Intervention entwickelt.Die Vorteile für den Patienten und das medizinische Personal sind nicht nur das Fehlen der Strahlung, sondern auch der bequeme Zugang zum Patienten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Volker Christian Behr; Professor Dr. Thorsten Bley