Magnetic Particle Imaging (MPI) & Magnetpartikel-Spektroskopie (MPS)

Magnetic Particle Imaging (MPI) ist ein tomographisches Bildgebungsverfahren, das die räumliche Verteilung magnetischer Nanopartikel (superparamagnetische Eisenoxide, SPIO) quantitativ, in Echtzeit und ohne ionisierende Strahlung sichtbar macht. 

Es nutzt die nichtlineare Magnetisierungsantwort der Partikel: Durch die Überlagerung eines statischen Selektionsfeldes mit oszillierenden Anregungsfeldern entsteht ein feldfreier Bereich, dessen Bewegung durch das Sichtfeld eine Ortskodierung des Partikelsignals ermöglicht. Da die Tracer als biokompatible Suspensionen verabreicht werden und das Verfahren eine hohe Sensitivität, exzellente zeitliche und gute räumliche Auflösung besitzt, eignet sich MPI besonders für angiographische, interventionelle und funktionelle Anwendungen. 

Eng verwandt ist die Magnetpartikel-Spektroskopie (MPS): Sie misst die Partikelantwort ortsfest und dient der Charakterisierung von Tracern, der Validierung physikalischer Partikelmodelle und der effizienten Bestimmung von Systemmatrizen für die Bildrekonstruktion. Sie kann aber auch allgemein zur Bestimmung physikalischer Parameter von magnetischen Materialien genutzt werden, wie zur Bestimmung der Hysterese, Suszeptibilität und dynamischem Magnetisierungsverhalten unter Gleichfeldeinfluss.

Unsere Forschung folgt der gesamten Signalkette – von der Physik der Nanopartikel über die Hardware bis zur klinischen Anwendung.

Ein Schwerpunkt liegt auf der wissenschaftlichen Instrumentierung und der analogen Signalverarbeitung. Hierzu zählen rauscharme, gradiometrische und oberflächennahe Empfangsspulen zur Steigerung der Sensitivität – bis hin zur Detektion von Tracermengen im Pikogramm-Bereich – sowie Empfangsketten, die das schwache Partikelsignal vom um Größenordnungen stärkeren Anregungssignal trennen. Diese Hardwarekonzepte waren wesentliche Bausteine auf dem Weg zu einem humangroßen MPI-System für die Bildgebung des Gehirns, das die Perspektive einer kontinuierlichen Schlaganfalldiagnostik am Patientenbett eröffnet. In präklinischen Studien konnten wir mit MPI unter anderem die zerebrale Perfusion beim akuten Schlaganfall in Echtzeit darstellen sowie intrakranielle Blutungen erkennen und überwachen.

Am Lehrstuhl für Messtechnik führen wir diese Linie weiter: Wir verbinden präzise Messtechnik, Spulen- und Systemdesign, Kalibrierstrategien und physikalische Partikelmodellierung, um Sensitivität, Quantifizierbarkeit und Übertragbarkeit von MPI- und MPS-Systemen weiter zu erhöhen – mit dem Ziel, die Technologie näher an robuste medizinische und technische Anwendungen heranzuführen.