Harmonisierung des quantitativen Magnetic Particle Imaging (MPI) mit scannerunabhängigen funktionellen Phantomen für präklinische Untersuchungen (harmoMPI)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Silvio Dutz; Dr. Frank Wiekhorst
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 540326102

Für die präklinische Bildgebungsmodalität Magnetic Particle Imaging (MPI) wurden weltweit mehrere unterschiedliche Scannerarchitekturen und -systeme für den spezifischen und quantitativen Nachweis von magnetischen Nanopartikeln in biomedizinischen Anwendungen entwickelt. Aktuell kann die klinische Anwendbarkeit der MPI-Methode bisher jedoch nur für spezielle Anwendungen demonstriert werden, die sich auf einen bestimmten MPI-Scannertyp beziehen, da es zahlreiche alternative und parallele technische wie auch methodische Entwicklungen gibt. Aufbauend auf dem erfolgreich abgeschlossenen DFG-Projekt „Etablierung des quantitativen MPI anhand anwendungsbezogener Phantome für präklinische Untersuchungen“ (2018-2021) soll in diesem Projekt eine Harmonisierung des Verfahrens zwischen den unterschiedlichen Scannersystemen herbeigeführt werden. Dafür sollen Prüfkörper, Referenzphantome und Charakterisierungsverfahren so weiterentwickelt werden, dass konsistente Vergleiche zwischen unterschiedlichen MPI-Scannertypen durchgeführt werden können. Neben den geometrischen Gegebenheiten der jeweiligen Scannertypen sollen erstmals auch funktionelle Aspekte berücksichtigt werden, mit denen über Änderungen des Bindungszustandes der Tracer (Color-MPI) physiologische Gewebszustände und deren pathophysiologische Veränderungen technisch definiert nachgebildet werden können. Damit kann die Leistungsfähigkeit der vorhandenen MPI-Scannertypen ermittelt und verglichen werden und schlussendlich eine konsistente, valide quantitative MPI-Bildgebung sichergestellt werden. Das geplante Vorhaben adressiert vier wesentliche Teilziele: (i) die Etablierung von plattformunabhängigen Prüfkörpern für die Harmonisierung der MPI-Bildgebung mit unterschiedlichen Scannersystemen, (ii) die Entwicklung und Anwendung eines Verfahrens zur konsistenten Performancemessung unterschiedlicher MPI-Scannersysteme, (iii) die Etablierung der Additiven Fertigung komplexer physiologischer Phantome aus MPI-aktiven MNP/Polymer-Kompositen zur anwendungsorientierten Performancemessung in unterschiedlichen MPI-Scannersystemen, sowie (iv) die Entwicklung und Anwendung eines Planungstools zur Abschätzung der Erfolgsaussichten der MPI- Bildgebung in präklinischen Tierversuchen sowie der Auswahl einer hierfür geeigneten MPI-Scannerarchitektur. Mit Erreichen dieser Ziele wird eine bessere Vergleichbarkeit der MPI-Bildgebung erzielt, um standortübergreifende präklinische Studien zu ermöglichen und zu beschleunigen. Dadurch wird schlussendlich eine höhere Akzeptanz des Verfahrens bei gleichzeitiger Reduzierung von Tierversuchen erzielt.

• DFG-Verfahren: Weitere Gerätebezogene Förderung