CoS-MRXI - Compressed sensing für die Magnetorelaxometrie-Bildgebung magnetischer Nanopartikel
Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Magnetische Nanopartikel bieten ein breites Spektrum vielversprechender biomedizinscher Anwendungen, insbesondere in der Krebs-Therapie. Für die Sicherheit und Effizienz dieser Anwendungen ist die quantitative Kenntnis der Partikelverteilung von entscheidender Bedeutung. Aktuell gibt es keine klinisch verfügbare Technologie für deren quantitativer Detektion in vivo. Magnetorelaxometrie-Bildgebung (MRXI) mit inhomogenen Anregungsfeldern ist in der Lage, Partikelverteilungen quantitativ zu erfassen. In diesem Projekt wurde durch theoretische Erkenntnisse, algorithmische Entwicklungen und experimentelle Untersuchungen ein großer Schritt erreicht, diese Technologie weiter in Richtung einer klinischen Anwendung zu bringen. Es wurden u.a. Methoden des Compressed Sensing (CS) auf die Magnetorelaxometrie-Bildgebung magnetischer Nanopartikel angepasst und erweitert, um geeignete Anregungssequenzen für existierende Bildgebungs-Setups sowie Design-Ansätze für die Anregungs- und Sensorgeometrie zukünftiger Setups zu entwickeln. Damit konnten deutliche Verbesserungen in der räumlichen Auflösung und eine erhebliche Reduktion der Messzeiten erzielt werden. Neben der Optimierung der Sensor- und Anregungsgeometrien sowie -sequenzen wurden auch erste Systeme mit für diese Technologie neuartigen Sensoren, optisch-gepumpten Magnetometern, entworfen, umgesetzt und auf ihre praktische Eignung untersucht. Schließlich wurde ein numerisches Modell entwickelt, um die in-vivo Verteilung der magnetischen Nanopartikel vorherzusagen. Diese Vorhersage kann zukünftig zum Einen als a-priori Wissen für die Rekonstruktion der Partikelverteilungen in der Bildgebung, zum Anderen für die Therapieplanung, beispielsweise im magnetischen Drug Targeting eingesetzt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2018) The Inverse Problem of Magnetorelaxometry Imaging, Inverse Problems, 34(11)
J. Föcke, D. Baumgarten, M. Burger
(Siehe online unter https://doi.org/10.1088/1361-6420/aadbbf) - (2019) Douglas-Rachford algorithm for magnetorelaxometry imaging using random and deterministic activations, International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics, 60(S1): 63-78
M. Haltmeier, G. Zangerl, P. Schier, D. Baumgarten
(Siehe online unter https://doi.org/10.3233/JAE-191106) - (2019) Optimizing Excitation Coil Currents for Advanced Magnetorelaxometry Imaging, Journal of Mathematical Imaging and Vision, 62: 238-252
P. Schier, M. Liebl, U. Steinhoff, M. Handler, F. Wiekhorst, D. Baumgarten
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s10851-019-00934-8) - (2020) Influence of local particle concentration gradient forces on the flow-mediated mass transport in a numerical model of magnetic drug targeting, Journal of Magnetism and Magnetic Material
V. C. Gonella, F. Hanser, J. Vorwerk, S. Odenbach, D. Baumgarten
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.167490) - (2020) OPM magnetorelaxometry in the presence of a DC bias field, EPJ Quantum Technology, 7(12)
A. Jaufenthaler, V. Schultze, T. Scholtes, C. B. Schmidt, M. Handler, R. Stolz, D. Baumgarten
(Siehe online unter https://doi.org/10.1140/epjqt/s40507-020-00087-3) - (2020) Quantitative 2D magnetorelaxometry imaging of magnetic nanoparticles using optically pumped magnetometers, Sensors, 20(3):753-764
A. Jaufenthaler, P. Schier, T. Middelmann, M. Liebl, F. Wiekhorst, D. Baumgarten
(Siehe online unter https://doi.org/10.3390/s20030753)
