Complex motion modelling in cancer imaging

Professor Julia Schnabel, PhD MA MSc,

Institute of Biomedical Engineering, Department of Engineering Science, University of Oxford

Abstract:

In this talk I will present our recent research efforts and advances in the field of motion modelling of complex organs in oncological applications, as part of the Cancer Research UK / EPSRC Cancer Imaging Centre at Oxford. I will focus on a number of novel non-linear image registration methodologies developed for motion compensation in single- and multi-modality lung imaging, which is a particularly challenging application due to the physiological complexity of the respiration process, such as the interaction between rigid structures, interfacing organs, and large deformations involved. We are currently working on two ma- jor challenges in this field: 1. Correcting for the sliding motion of the lungs, by modelling locally discontinuous deformations, and 2. Formulating computa- tional tractable solutions for image alignment between different types of iiaging modalities.

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Magnetic Particle Imaging

- Chancen und Herausforderungen einer neuen Modalität -

Prof. Thorsten M. Buzug,

Instituts für Medizintechnik, Universität zu Lübeck

Abstract:

Magnetic Particle Imaging (MPI) ist ein neues 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 Partikel. Das Verfahren nutzt dazu zwei überlagernde Magnetfelder, zum einen ein statisches Selektionsfeld, zum anderen ein dynamisches Wechselfeld. Werden die Nanopartikel in das Wechselfeld gebracht, erzeugen sie eine nichtlineare Magnetisierung, die mit einer Empfangsspule gemessen werden kann. Aufgrund der Nichtlinearität enthält das gemessene Signal neben der Grundfrequenz des Wechselfelds auch Harmonische, also Schwingungen mit einem Vielfachen Grundsignal, kann die Konzentration der Nanopartikel ermittelt werden. Eine örtliche Kodierung wird durch das statische Selektionsfeld erreicht. Als Tracer kommen nanopartikuläre Systeme aus Eisenoxid zum Einsatz. Die Rekonstruktion besteht beim Magnetic Particle Imaging in der Lösung des inversen Problems, bei dem zu den gemessenen induzierten Spannungen, die Konzentrationsverteilung der Nanopartikel bestimmt werden muss. Die Beziehung zwischen beiden Größen wird durch eine entsprechende Systemfunktion beschrieben. Aktuelle Entwicklungen in der Instrumentierung fokussieren insbesondere auf Spulenoptimierungen sowie Konzepte für die Ganzkörpertomographie.