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Magnetic Particle Imaging

Neue medizinische Bildgebungstechnologie soll völlig neue Möglichkeiten bei Diagnose und Therapie bringen

Philips hat heute erste 3D-Bilder vorgestellt, die mit einer ganz neuen medizinischen Bildgebungstechnologie erzielt wurden. Magnetic Particle Imaging (MPI) erzeugt nie dagewesene Echtzeit-Bilder des Blutflusses und der Pumpbewegung des Herzens. Die neue Technologie könnte zukünftig die Diagnostik von Krankheiten und deren Therapieplanung revolutionieren, da die Untersuchungsergebnisse schnell und mit höchster Präzision vorliegen.

Zudem ist diese Technologie vollkommen strahlungsfrei. In vorklinischen Studien hat Philips mithilfe dieser Innovation einzigartige Echtzeit-Bilder des arteriellen Blutflusses und der volumetrischen Herzbewegung generiert.

Die Methode bedient sich der magnetischen Eigenschaft von Eisenoxid-Nanopartikeln. 1.000 mal kleiner als rote Blutkörperchen werden sie in den arteriellen Blutkreislauf injiziert und gelangen durch die Blutgefässe bis in die kleinsten Zellstrukturen des menschlichen Körpers. Durch MPI wird nun erstmals eine direkte Messung der lokalen Konzentration dieser Nanopartikel exakt möglich. Abhängig vom Stoffwechsel des Patienten verlassen die Nanopartikel innerhalb einiger Stunden nach der Gabe den Körper wieder auf natürliche Weise.

Die in-vivo(*)-Demonstration von MPI stellt einen großen Schritt dar vom theoretischen Konzept der Technologie hin zu einem neuen Bildgebungstool für den gesamten Körper. Das Forscher-Team und weitere medizinische Experten erwarten durch die neuartige Bildgebungstechnologie deutliche Unterstützung der Diagnose und der Therapieplanung in der Humanmedizin bei den weltweit am meisten verbreiteten Krankheiten, z. B. bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Schlaganfall oder Krebs. Ein weiterer Vorteil dieser Untersuchungsmethode wird sein, dass Ergebnisse in wesentlich kürzerer Zeit vorliegen als bei anderen klinischen Vorgehensweisen und dass auch die Detailgenauigkeit der Bilder die Befundungsmöglichkeiten so beschleunigen, dass auch der Therapieplan schneller und mit größter Präzision festgelegt und begonnen werden kann.

„Diese neuartige Technologie der Herzbildgebung ist in der Lage, Krankheitsverläufe, beispielsweise im Zusammenhang mit Arteriosklerose, entschlüsseln zu helfen und zu charakterisieren. Hierbei liegt ein besonderes Augenmerk auf denen von Plaques (Ablagerungen) verursachten Entzündungsprozessen innerhalb der Gefäße. Lösen sich die Plaques aufgrund einer Entzündung, sind sie eine der Hauptursachen für Schlaganfall oder Herzinfarkt,“ erläutert Professor Valentin Fuster, M. D., Ph. D., Direktor des Mount Sinai Heart Center, New York. „Durch die Kombination von Geschwindigkeit, Auflösung und Empfindlichkeit bietet die Magnetic Particle Imaging Technolgie ein hohes Potential für den Einsatz in diesem Segment, und die ersten Ergebnisse der in-vivo-Bildgebung bedeuten für uns einen Durchbruch.“

„Wir haben als erstes Unternehmen bewiesen, dass Magnetic Particle Imaging in-vivo-Bilder in Echtzeit erzeugen kann, die die kardiovaskuläre Aktivität präzise erfassen“, so Henk van Houten, Senior Vice President von Philips Research und Leiter des medizinischen Forschungsprogramms. „Durch Erfassung wichtiger funktionaler Informationen zusätzlich zu den anatomischen Daten, die mithilfe bestehender Systeme wie CT und MRT erlangt werden, besitzt die MPI-Technologie von Philips das Potenzial, einen signifikanten Beitrag zur Diagnose und Therapieplanung bedeutender Krankheiten zu leisten.“

Magnetic Particle Imaging nutzt die magnetischen Eigenschaften von injizierten Eisenoxid-Nanopartikeln zur Messung der Nanopartikelkonzentration im Blut. Da der menschliche Körper keine natürlich vorkommenden magnetischen Materialien aufweist, entsteht kein Hintergrundsignal. Nach der Injektion erscheinen die Nanopartikel in den Bildern als helle Signale, aus denen die Konzentration errechnet werden kann. Durch die Kombination hoher räumlicher Auflösung mit kurzen Bildaufnahmezeiten (typischerweise im Bereich von 1/50 Sekunde) kann Magnetic Particle Imaging dynamische Konzentrationsveränderungen erfassen, während die Nanopartikel im Blut zirkulieren. Dies könnte MPI-Scannern schließlich erlauben, eine breite Palette funktioneller kardiovaskulärer Messungen in einem einzigen Scan durchzuführen. Beispiele dafür wären Messungen der koronaren Blutversorgung, der myokardialen Durchblutung und der Ejektionsfraktion, der Wandbewegung des Herzens und der Flussgeschwindigkeiten in Gefäßen.

Die Resultate des Versuchs-Scanners von Philips stellen einen wichtigen Schritt hin zur Entwicklung eines Scanners für den Einsatz am gesamten menschlichen Körper dar. Einige der technischen Herausforderungen bei der Skalierung des Systems sind mit den Komponenten zur Magnetfelderzeugung verbunden, die für Ganzkörpersysteme erforderlich sind. Andere liegen in der Messung und Verarbeitung des extrem schwachen Signals, das von den Nanopartikeln ausgesendet wird. Signalmessung und -verarbeitung ist ein Bereich, in dem Philips umfassende Kenntnisse und Erfahrungen besitzt, die das Unternehmen nun für diese Aufgabe nutzt.

Philips Deutschland GmbH

(Redaktion)


 


 

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