MRT-gestützte Entwicklung neuer Materialprüfungsmethoden von biokompatiblen Verbundstoffen aus Polymeren und magnetischen Nanopartikeln
Final Report Abstract
Ziel des Projekts war die Entwicklung einer MRT-gestützten Prüfmethode zur Bestimmung der Belastung nanopartikelgeladener Polymerfilamente. Die durch die mechanische Dehnung der Filamente auftretenden differentiellen Eisendichteunterschiede bewirken Änderungen der Suszeptibilitätsartefakte im MRT. Die messbaren Änderungen im MR-Bild sollen daher als Ausgangspunkt für die Bestimmung der Filamentbelastung dienen. Zur Applikation reproduzierbarer Zugbelastungsszenarien wurde ein Prüfstand konzipiert, aufgebaut und evaluiert. Aufgrund seiner modularen Bauweise kann er unter Berücksichtigung von physiologischen Randparametern wie Temperatur und Feuchtigkeit auf neue Belastungsarten umgebaut werden. Die MR-kompatible Gestaltung der Filamenthalterung gestattet Messungen des zeitlichen Verlaufs im MRT ohne eine zusätzliche Manipulation bzw. Entnahme der Filamente. Die Parametrisierung der Belastungskurven erfolgte nach Ermittlung der maximal möglichen Zugkraft sowie der Elongation zum Zeitpunkt des Reißens. Prüfstand und Prüfprotokolle sind damit auch für die Durchführung künftiger Langzeitmessungen mit variablen Parametern geeignet. Für die Quantifizierung der Suszeptibilitätsänderungen in MRT wurde ein mathematisches Analyseverfahren entwickelt und die Relaxivitätswerte bei einer MR-Messung mit T2*-gewichteten Sequenzen bestimmt. Mit Hilfe dieses Verfahrens wurde die Auflösungsgrenze bei einer Eisenkonzentration von 3 mg/g im MRT ermittelt. Für die erhaltenen Relaxivitätswerte wurde ein Signifikanztest durchgeführt. Es konnte mit einer Wahrscheinlichkeit von > 99,9% bestätigt werden, dass die Erhöhungen der Relaxivität durch die Filamente verursacht wurden. Weiterhin wurde ein linearer Zusammenhang zwischen der Eisenkonzentration bzw. Filamentstärke und Suszeptibilitätserhöhung festgestellt. Damit liegen nunmehr Prüfprotokolle für die Betrachtung der Korrelation zwischen mechanischer Änderung der Filamente durch Belastung und Suszeptibilitätsänderung in MRT vor. Die MRT-gestützte Ermittlung der mechanischen Belastung einzelner Polymerfilamente mit geringer Nanopartikelkonzentration bzw. ganzer Netzimplantate konnte im Rahmen des Projekts ebenfalls vorbereitet werden und ist nach Anpassung der Prüfstandes und des MRT-Protokolls möglich.
Publications
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Investigation of magnetic nanoparticles incorporated within textile hernia implants. In: Biomedical Engineering / Biomedizinische Technik Vol. 57 (2012), Nr. SI-1, S. 750, ISSN: 1862-278
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Investigation of Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles for MR-Visualization of Surgical Implants. Current Pharmaceutical Biotechnology 2012; 13(4): 545-51
Slabu I, Güntherodt G, Schmitz-Rode T, Hodenius M, Krämer N, Donker H, Krombach GA, Otto J, Klinge U, Baumann M
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Mapping of proton relaxation near superparamagnetic iron oxide particle-loaded polymer threads for magnetic susceptibility difference quantification. Invest Radiol, 2012. 47(6): 359-67
Donker HC, Kramer NA, Otto J, Klinge U, Slabu I, Baumann M, Kuhl CK
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Detection limits of SPIO loaded mesh implants for visualization in MRI and MPI. In: Biomedical Engineering Vol. 59 (2014), Nr. S1, ISSN 0013-5585
Ariens, M., Wiekhorst, F.; Schmitz-Rode, T.; Baumann, M.; Kuhl, C.; Liess, C.; L Thrams; Slabu, I.
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Development of a test bench for fatigue strength determination of surgical implants incorporated with magnetic nanoparticles.. In: Biomedical Engineering Vol. 59 (2014), Nr. S1, S. 1251, ISSN 0013-5585
Ritter, A.; Schmitz-Rode, T.; Baumann, M.; Slabu, I.
