Magnetic particle imaging: Introduction to imaging and hardware realization

Magnetic Particle Imaging (MPI) ist ein neues tomographisches Bildgebungsverfahren, mit dem sich die lokale Konzentration von magnetischen Nanopartikeln quantitativ sowohl mit hoher Empfindlichkeit als auch mit hervorragender räumlicher Auflösung in Echtzeit darstellen lässt. Diese Vorteile gegenüber etablierten Verfahren, die oft nur einen der Bereiche abdecken können oder nicht quantitativ sind, lassen ein hohes klinisches Potenzial in vielen Anwendungen erwarten. Die Grundidee besteht in der Nutzung der nichtlinearen Magnetisierungskurve der magnetischen Nanopartikel. Das Verfahren nutzt dazu zwei überlagernde Magnetfelder, zum einen ein statisches Selektionsfeld, zum anderen ein dynamisches Wechselfeld. Werden die Nanopartikel in das Wechselfeld gebracht, ändert sich ihre Magnetisierung nichtlinear, was mit einer Empfangsspule gemessen werden kann. Aufgrund der Nichtlinearität enthält das gemessene Signal neben der Grundfrequenz des Wechselfelds auch Harmonische. Nach Separation der Harmonischen von dem eingespeisten Grundsignal kann die Konzentration der Nanopartikel ermittelt werden. Eine örtliche Kodierung wird durch das statische Selektionsfeld erreicht, das einen feldfreien Punkt erzeugt. Die inhaltliche Ausrichtung dieses Beitrages konzentriert sich auf die Bildrekonstruktion im Frequenzraum sowie die dazugehörigen Bildgebungssysteme und beschreibt kurz alternative Konzepte, wie die Bildrekonstruktion im Zeitbereich und die Bildgebung mit einer feldfreien Linie. Zusammenfassend wird ein Überblick über den gegenwärtigen Stand von MPI-Bildgebungssystemen gegeben.