Dynamische Aufnahme lateraler Verteilung biomagnetischer Felder mittels integrierter optischer Magnetometer (Magnetfeldkamera)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jens Haueisen; Dr. Volkmar Schultze
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278356781

Die Messung der Magnetfeldverteilung zentimetergroßer Objekte mit hoher lateraler, zeitlicher und Magnetfeldauflösung ist für die physikalische und biomedizinische Grundlagenforschung von großer Bedeutung. Mit den derzeit vorhandenen Technologien zur Magnetfeldmessung auf Basis diskreter SQUIDs wird die Auflösung durch die technologiebedingte Sensorgröße und den durch die kryogene Kühlung notwendigen Abstand zwischen Sensor und Messobjekt beschränkt. Durch den Einsatz optisch gepumpter Magnetometer (OPM) konnten erste Messungen mit einer Auflösung im Millimeter-Bereich erzielt werden. Diese Messungen wurden jedoch sequentiell durch Abrastern des Untersuchungsobjekts durchgeführt, was einer synchronen, örtlich und zeitlich hochaufgelösten Messung des Magnetfelds entgegensteht. Im Projekt sollen daher neue Technologien erforscht werden, die es ermöglichen, Magnetfeldverteilungen von zentimetergroßen Objekten mit lateralen Auflösungen im Bereich von Millimetern und Magnetfeldauflösung im Pikotesla-Bereich bei Bandbreiten bis etwa 100 Hz aufzunehmen. Die Messung soll bei Magnetfeldern von etwa 50µT, der typischen Erdmagnetfeldstärke, möglich sein, wodurch aufwändige Schirmungsmaßnahmen entfallen können. Zur Realisierung dieses Ziels sollen OPM mit einer neuen physikalischen Betriebsweise entwickelt werden, mit der die parallele dynamische Aufnahme zweidimensionaler Magnetfeldverteilungen erstmals möglich wird und es sollen die entsprechend angepassten integrierten optischen Aufnahmezellen entwickelt werden. Um die Ermittlung der räumlichen Verteilung aktiver Quellen im Untersuchungsobjekt zu ermöglichen ist die Entwicklung angepasster Methoden zur Lösung des inversen Problems geplant. Das korrekte Zusammenspiel von Aufnahmesystem und Rekonstruktionsalgorithmen soll anhand von Messungen mit technischen Phantomen validiert werden. Mit der Realisierung dieses innovativen Systems eröffnen sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, u.a. die Messung biomagnetischer Felder in der tierexperimentellen Grundlagenforschung. Das würde es gestatten, Magnetokardiogramme kleiner Tiere (z.B. von Mäusen) orts- und zeitaufgelöst zu messen, was u.a. der Überwachung der Wirkung von Arzneimitteln mit hohen Durchsatzraten dienen könnte. Auch ein Einsatz in der neurowissenschaftlichen Grundlagenforschung zu epileptischer Aktivität erscheint vielversprechend, da durch die angestrebte hohe laterale Auflösung der Messung die hochaufgelöste nicht-invasive Rekonstruktion intrakortikaler Ströme auch im Kleintier ermöglicht werden soll.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen