Tomografische Bildgebung der Temperatur mit magnetischen Nanopartikeln

• Antragsteller: Professor Dr. Frank Ludwig, seit 6/2021
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 396479783

Die nichtinvasive Bildgebung der Temperatur unterhalb der Oberfläche eines Objektes ist ein wichtiges und herausforderndes Thema. Dieses Projekt schlägt eine neue Methode für die Realisierung einer tomografischen Bildgebung der Temperatur mit hoher örtlicher, Temperatur- und zeitlicher Auflösung vor. In einem dc-Magnetfeldgradienten und einem homogenen ac-Magnetfeld sinkt die Amplitude jeder ungeradzahligen Harmonischen einer punktförmigen MNP-Probe mit wachsendem Abstand zwischen der Punktprobe und dem zeitlich gemittelten feldfreien Punkt (aFFP), was in einer Punktspreizfunktion (PSF) resultiert. Die Amplitude jeder ungeradzahligen Harmonischen eines MNP-Ensembles im Sichtfeld kann somit als Faltung der PSF und der entsprechenden Harmonischen dargestellt werden, die durch die lokalen MNP generiert werden. Ein existierender MPI-Scanner wird so modifiziert, dass er ein Scannen des aFFP, die Generierung eines ac-Magnetfeldes für die MNP-Anregung und die Messung der 3. und 5. Harmonischen der MNP-Magnetisierung gestattet. Eine separate Entfaltung wird vorgeschlagen, um die 3. und 5. Harmonischen auf der Basis der entsprechenden PSFs zu entfalten. Mit den entfalteten 3. und 5. Harmonischen und MNP-Thermometrie, die auf der statischen Langevin-Funktion basiert, wird entsprechend eine Bildgebung der Temperatur realisiert. Phantomexperimente werden durchgeführt, um die Machbarkeit und das Potential der vorgeschlagenen Methode für die Temperaturbildgebung zu demonstrieren. Eine iterative Entfaltung bzw. eine gemeinsame Entfaltung mit Randbedingungen werden untersucht, um die Temperaturbildgebung weiter zu verbessern. Des Weiteren soll der Einfluss der MNP-Dynamik auf die MNP-Thermometrie untersucht werden, um MNP-Thermometrie auch für MNP durchführen zu können, bei denen die Dynamik nicht vernachlässigt werden kann. Letztendlich soll eine schnelle Bildgebung der Temperatur unter Berücksichtigung der MNP-Dynamik realisiert werden, indem der aFFP durch ein hochfrequentes ac-Magnetfeld schnell durch das Sichtfeld bewegt wird. Es ist zu betonen, dass die Ergebnisse des Projektes großes Potential für die Bildgebung der Temperatur unterhalb der Oberfläche von Objekten haben und vielversprechend für biomedizinische Anwendungen wie die magnetische Hyperthermie sind, aber auch für andere biologische und technische Aufgaben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Meinhard Schilling
• Ehemaliger Antragsteller: Dr.-Ing. Jing Zhong, Ph.D., bis 5/2021