Neue Bildgebungstechnik: Magnetic Particle Imaging
Die bildgebenden Verfahren wie die Computer-, Magnetresonanz- und Positronen-Emissions-Tomografie oder der Ultraschall sind aus der medizinischen Welt nicht mehr wegzudenken. Jede Methode eröffnet nicht nur einzigartige Einblicke in das Innere von Menschen, sondern erlaubt es, Rückschlüsse auf Defekte oder Funktionsabläufe im menschlichen Körper zu ziehen. Einem Team aus Physikern und Medizinern der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) ist es jetzt gelungen, eine weitere – und noch dazu strahlenfreie – bildgebende Technologie reif für den Einsatz am Menschen zu machen. Ihr Name: Magnetic Particle Imaging (MPI). Mit dem von ihnen jetzt entwickelten, transportablen Scanner ist es unter anderem möglich, dynamische Abläufe im menschlichen Körper wie den Blutfluss zu visualisieren.
Direkte Visualisierung von magnetischen Nanopartikeln
Verantwortlich für diese Studie sind Professor Volker Behr und Dr. Patrick Vogel vom Physikalischen Institut der Universität; die Ergebnisse haben sie jetzt veröffentlicht. Die Magnetpartikelbildgebung (engl. Magnetic Particle Imaging) ist eine Technik, die, wie der Name andeutet, auf der direkten Visualisierung von magnetischen Nanopartikeln basiert. Solche Nanopartikel kommen im menschlichen Körper natürlicherweise nicht vor und müssen als Marker verabreicht werden. „Wie auch bei der Positronen-Emissions-Tomografie, die auf die Gabe von radioaktiven Substanzen als Marker angewiesen ist, hat diese Methode den großen Vorteil, empfindlich und schnell zu sein, ohne dabei störende Hintergrundsignale von Gewebe oder Knochen zu ‚sehen‘“, erklärt Behr.
Antwortsignal der magnetischen Nanopartikel erfasst
MPI basiert dabei nicht wie die Positronen-Emissions-Tomografie auf der Detektion von Gammastrahlen eines radioaktiven Markers, sondern auf dem Antwortsignal der magnetischen Nanopartikel auf sich zeitlich verändernde Magnetfelder. „Dabei wird die Magnetisierung von Nanopartikeln mit Hilfe von externen Magnetfeldern gezielt manipuliert, wodurch nicht nur ihre Anwesenheit, sondern auch ihre räumliche Position im menschlichen Körper detektiert werden kann“, sagt der Physiker Vogel, Erstautor der Publikation.
MPI Scanner entwickelt
Die MPI-Idee ist nicht neu. Bereits 2005 konnte das Unternehmen Philips die ersten Bilder dieses neuartigen Ansatzes in einem kleinen Demonstrator zeigen, der allerdings nur Proben von wenigen Zentimetern Größe aufnehmen konnte. 2016 erhielten die beteiligten Forscher dafür den europäischen Erfinderpreis. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Technischen Universität Hamburg (TUHH) und des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf (UKE) haben zudem an einem neuen Bildgebungsgerät für die Schlaganfall-Intensivstation gearbeitet. Das Team um Behr und Vogel fand 2018 einen neuen Weg, die komplexen Magnetfelder, die für die Bildgebung erforderlich sind, in einem kleinen Design umzusetzen. In einem mehrjährigen, von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Forschungsprojekt gelang es den Wissenschaftlern, das neuartige Konzept in einem gezielt für die Intervention entwickelten MPI Scanner (interventional Magnetic Particle Imaging – iMPI) umzusetzen.
Vergleichsmessungen an Gefäßphantom
„Unser iMPI-Scanner ist so klein und leicht, dass man ihn fast überall mitnehmen kann“, erklärt Vogel. Diese Mobilität des Scanners zeigen die Autoren eindrucksvoll in einer simultanen Echtzeitmessung im Vergleich mit einem speziellen Röntgengerät, welches das Standardgerät in der Angiografie in den Unikliniken ist. Das Team um Professor Thorsten Bley und Dr. Stefan Herz der interventionellen Radiologie des Würzburgers Universitätsklinikums, das von Anfang an dieses Vorhaben begleitete, führte die Messungen an einem realistischen Gefäßphantom durch und bewerteten die ersten Bilder. „Das ist ein erster wichtiger Schritt hin zu einer strahlenfreien Intervention. MPI hat das Potential diesen Bereich nachhaltig zu verändern“, sagte Herz, Seniorautor der Publikation.
Neben weiteren spannenden Messungen mit dem iMPI-Gerät, arbeiten die beiden Physiker nun an einer Weiterentwicklung ihres Scanners. Ziel ist dabei vor allem, die Bildqualität weiter zu verbessern.
Quelle: idw/Uni Würzburg
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