Mehrkanal- und Mehrresonanz-Empfangssystem für die Abbildung magnetischer Teilchen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volkmar Schulz
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525754375

Die Magnetpartikel-Bildgebung (MPI) ist eine neue, auf Tracer basierende Bildgebungstechnologie, mit der die räumliche Verteilung von superparamagnetischen Nanopartikeln auf Eisenoxidbasis (SPIONs) in vivo bestimmt werden kann. SPIONs sind einzelne magnetische Domänenpartikel, die sich durch eine nichtlineare Magnetisierungsreaktion auf externe Magnetfeldänderungen auszeichnen. MPI bietet eine räumliche Auflösung im Submillimeterbereich und eine hervorragende zeitliche Auflösung mit mehreren zehn Volumina pro Sekunde. Während bisher kommerziell erhältliche Geräte nur für präklinische und Forschungszwecke konzipiert sind, hat die MPI aufgrund ihrer quantitativen, tiefenunabhängigen, nicht-invasiven und strahlungsfreien Natur ein großes Potenzial, ein klinisches Werkzeug zu werden. Für die klinische Umsetzung sind weitere Fortschritte in den Bereichen Empfindlichkeit, räumliche Auflösung und Tracerleistung erforderlich. Derzeit können die Empfindlichkeit und Bildauflösung präklinischer MPI-Systeme durch spezielle Empfangsspulen mit separat abgestimmter Empfangselektronik verbessert werden. Die niedrigste gemeldete Eisen-Nachweisgrenze von 2,8 μmol(Fe)/l wurde mit einer hochempfindlichen gradiometrischen Empfangsspule in Kombination mit einem Rauschabgleich-Netzwerk erreicht. Dies übersteigt jedoch immer noch die vorhergesagte Eisen-Nachweisgrenze von 0,1-1 μmol(Fe)/l um etwa eine Größenordnung. Neben Hardware-Problemen (z. B. Abschirmung, Signalverstärkung, Hintergrunddrift) und der Notwendigkeit einer MPI-spezifischen Tracer-Optimierung ist ein Hauptgrund für die beobachtete Abweichung von der vorhergesagten Nachweisgrenze das systematische und stochastische Rauschen im Messvektor und in der Kalibrierungsmessung. In diesem Projektvorschlag schlagen wir einen kosteneffektiven, handlichen und rein passiven Spuleneinsatz vor, der eine frequenzselektive Signalverbesserung bietet, anstatt eine spezielle Empfangsspule mit einer separaten und angepassten Empfangskette zu verwenden. Der passive Doppelspulenresonator ist so konzipiert, dass er in die Bohrung eines präklinischen MPI-Scanners passt. Wir stellen die Hypothese auf, dass das vorgestellte Konzept genutzt werden kann, um die Empfindlichkeit und räumliche Auflösung zukünftiger MPI-Messungen über Multi-Resonanz- und Multi-Kanal-Konfigurationen massiv zu erhöhen. Dieser DFG-Antrag zielt darauf ab, diese Hypothese systematisch zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen