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Aktuelles zur Forschung

Magnetic Particle Imaging: Weltrekord an Genauigkeit

Montag, 31.07.2017

Höchste Präzision mit Nanopartikeln als Kontrastmittel


Dreidimensionale Echtzeit-Bilder für die medizinische Diagnostik mit Hilfe winzigster Magnete

Am Institut für Medizintechnik der Universität zu Lübeck wird ein neuartiges bildgebendes Verfahren für die Medizin erforscht, welches in Zukunft die Radiologie revolutionieren könnte. Gerade wurde ein neuer Weltrekord bei der Abbildung winzigster Mengen an Kontrastmittel aufgestellt. Die Wissenschaftler berichten darüber in einer Fachveröffentlichung, die am 31. Juli 2017 in der renommierten Wissenschaftszeitschrift „Nature Scientific Reports“ erschienen ist.

Das seit 2007 am Institut für Medizintechnik erforschte Bildgebungsverfahren Magnetic Particle Imaging (MPI) nutzt die einzigartigen magnetischen Eigenschaften von gerade einmal 0,00001 Millimeter großen Eisenoxidteilchen, um dreidimensionale Bilder aus lebenden Organismen zu erzeugen. Die winzigen Magnete, die etwa 50mal kleiner sind als die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes, werden dazu mit unbedenklichen Magnetfeldern angeregt. Unter geeigneter Anregung geben die Partikel charakteristische elektromagnetische Signale ab, aus denen dreidimensionale Bilder berechnet werden können. Die Methode sticht besonders durch ihre Echtzeitfähigkeit heraus und ist dabei nicht auf gesundheitsschädliche radioaktive Strahlung angewiesen.

Auf diesem Gebiet ist es den Forschern des Instituts für Medizintechnik in Kooperation mit ihren Kollegen vom Universitätsklinikum Eppendorf (UKE) in Hamburg gelungen, mit einer selbstentwickelten Instrumentierung einen neuen Weltrekord aufzustellen. Abbildung 1 zeigt die gradiometrische Empfangsspule und das simulierte magnetische Feldprofil. In Abbildung 2 ist der experimentelle Aufbau zu sehen, in den die neue Empfangsspule integriert ist. Die Forscher konnten damit zum ersten Mal die unvorstellbar geringe Menge an Kontrastmittel von gerade einmal fünf Nanogramm (fünf Milliardstel = 0,000000005 Gramm) Eisen nutzen, um dreidimensionale Bilder zu erzeugen. Beim Nachweis der Partikel ohne Bildgebung reichte dem Team sogar ein Fünfundzwanzigstel der Menge aus, um Daten zu erhalten.

Die Möglichkeiten, die sich daraus für die biomedizinische Forschung ergeben, reichen von einer äußerst schonenden Diagnostik bis hin zur Verfolgung einzelner Zellen in Forschungsfragestellungen. In der Perspektive auf die klinische Anwendung des Verfahrens ergeben sich damit ungeahnte Möglichkeiten nicht nur zur Diagnostik, sondern auch bei der Aufklärung grundlegender biologischer Prozesse im Körper.

Publikation:
Matthias Graeser, Tobias Knopp, Patryk Szwargulski, Thomas Friedrich, Anselm von Gladiss, Michael Kaul, Kannan Krishnan, Harald Ittrich, Gerhard Adam und Thorsten M. Buzug: “Towards Picogram Detection of Superparamagnetic Iron-Oxide Particles Using a Gradiometric Receive Coil”, Nature – Scientific Reports, DOI:10.1038/s41598-017-06992-5

Abb. 1: Eigenentwicklung des Instituts für Medizintechnik: Gradiometerspule zum Empfang kleinster Magnetisierungssignale zur Absenkung der Nachweisgrenze

Abb. 2: Experimenteller Aufbau zur Ermittlung der Nachweisgrenze von Eisen für das Magnetic Particle Imaging