Forschungskolleg LUMEN

Modellgestützte zerebrale Blutflussquantifizierung durch Einbettung von MPI Bolus-Tracking-Sequenzen in statische 3D-Gefäßtopologien

Projektziel

Entwicklung eines Magnetic Particle Imaging (MPI) Systems basierend auf einer feldfreien Linie (FFL) zur Darstellung und Quantifizierung von Bolus-Sequenzen in Gefäßtopologien.

Beschreibung

Bei akuten Notfällen des Gehirns (Stenosen, Gefäßschwächen, Aneurysmen etc.) ist die 2D-DSA klinischer Standard. Leider ist dies nur eine qualitative Methode, wobei die tatsächliche Blutflussmenge bzw. Sauerstoffversorgung nicht bestimmt werden kann. Um die Dynamik des Kontrastmittelbolus zu verfolgen und in die 3D-Gefäßtopologie einzubetten, soll in diesem Projekt die magnetische Partikelbildgebung genutzt werden (MPI). Es soll ein neuartiger MPI-Scanner aufgebaut werden, der es ermöglicht, den Bolus des Kontrastmittels in Echtzeit zu verfolgen. Dieser basiert auf einer feldfreien Linie (FFL). Da im MPI-Bild keine nativen Gewebe, das sind Gewebe ohne Kontrastmittel, sichtbar sind, ist eine Registrierung mit der statischen 3D-Rotationsangiographie erforderlich.

Ergebnisse

Im Verlauf der bisherigen Arbeit konnte ein echtzeitfähiges Gerät zur magnetischen Partikelbildgebung entwickelt und konstruiert werden. Dieses zeichnet sich durch eine feldfreie Linie aus. Dazu wurden gekrümmte Rechteckspulen entwickelt, verifiziert und vermessen, die den Kern des Systems bilden, um die feldfreie Linie zu generieren, zu rotieren und zu verschieben. Das System zeichnet sich im Weiteren durch individuelle Sende- und Empfangsfilter aus, welche für die spezielle Signalgenerierung der Partikel zugeschnitten sind. Neben diesen anspruchsvollen Ingenieurarbeiten sind zudem partikelspezifische Verhalten in veränderlichen Magnetfeldern analysiert wurden. Durch die so gewonnen Resultate ist es zum ersten Mal möglich, Relaxationseffekte der Partikel direkt im Bildrekonstruktionsprozess herauszurechnen und eine Auflösungsverbesserung des Bildgebungs-prozesses zu erreichen. Da diese Erforschungen einen hohen Stellenwert im Bereich der magnetischen Partikelbildgebung besitzen, mussten Teile des AP 5 verschoben werden. Des Weiteren zeigte sich, dass nach der Erweiterung des Systems auf kontinuierliche Datenakquisition, auch eine Datenverarbeitung und Rekonstruktion der Signale in Echtzeit möglich ist. Auf Grund dessen wurden die nachfolgenden AP für die Echtzeitbildgebung umgeschrieben, da diese zwingend vor der Einbringung der Gefäßelastizität erforderlich ist. Das Framework der Echtzeitbildung und Online-Rekonstruktion gibt damit dem von Herrn Weber entwickelten Scannertypen ein weltweites Alleinstellungsmerkmal und verbessert hiermit den Forschungsgehalt der Arbeit deutlich.

Projektleitung

Prof. Dr. rer. nat. Thorsten M. Buzug
Institut für Medizintechnik
Universität zu Lübeck

Verantwortliche Wissenschaftler

Matthias Weber, M.Sc.
Institut für Medizintechnik
Universität zu Lübeck

Projektpartner

Prof. Dr. rer. nat. Thorsten M. Buzug
Institut für Medizintechnik
Universität zu Lübeck

Prof. Dr. rer. nat Henrik Botterweck
Labor für Medizinische Bildgebung
Fachhochschule Lübeck

Prof. Dr. med. Dirk Petersen
Institut für Neuroradiologie
Universität zu Lübeck

Dr.-Ing. Markus Kowarschik
Siemens Healthcare
Imaging & IT Division