Modellering van magnetische dynamica in de medische beeldvormingstechniek “magnetic nanoparticle imaging (MPI)”

Groep: DyNaMat

Promotoren en begeleiders: prof. Bartel Van Waeyenberge, dr. Jonathan Leliaert en dr. Annelies Coene (vakgroep Electrical Energy, Metals, Mechanical Constructions & Systems)

Probleemstelling

Recent werd een nieuwe beeldvormingstechniek ontwikkeld, genaamd Magnetic Particle Imaging (MPI), die toelaat om zeer nauwkeurig de locatie van magnetische nanodeeltjes te bepalen (videoclip size: 21.85MB). De techniek ondersteunt  biomedische toepassingen zoals geneesmiddelenafgifte, waarbij de nanodeeltjes lokaal een geneesmiddel loslaten, en magnetische hyperthermie, waarbij de nanodeeltjes lokaal het weefsel opwarmen om zo bijvoorbeeld tumoren te vernietigen.

Voordat een beeld gemaakt kan worden is het noodzakelijk dat het toestel gekalibreerd wordt door het opmeten van een ‘systeemfunctie’. Dit houdt in dat voor een gekende hoeveelheid nanodeeltjes hun magnetische respons op een specifiek magnetisch veld opgemeten wordt. Deze kalibratie is enkel geldig voor die specifieke soort van nanodeeltjes en gelijkaardige concentraties aan deeltjes.  Daarnaast wordt de magnetische dynamica van de deeltjes in een biologische omgeving beïnvloedt door tal van factoren zoals immobilisatie in cellen, cluster- of ketenvorming met daaruitvolgende  interacties tussen de deeltjes, wat zal resulteren in een andere respons dan opgemeten bij de kalibratie.  Dit zorgt voor artefacten en onnauwkeurigheden in de beelden.

Doelstelling

Het doel van deze thesis is om door middel van numerieke simulaties de magnetische dynamica van de nanodeeltjes in MPI te gaan modelleren. Hierbij zullen we gebruik maken van een computationeel intensieve bottom-up approach die vertrekt vanuit de magnetische dynamica op de nanoschaal. Door de wisselwerking tussen verschillende effecten ontstaat een complex gedrag dat we proberen te begrijpen. In een eerste fase wordt de systeemfunctie gemodelleerd waarbij we uitgaan van ideale geïsoleerde nanodeeltjes. In een volgende fase wordt gefocust op de impact van cluster- en ketenvorming en in een laatste fase wordt de link gelegd tussen een experimenteel opgemeten systeemfunctie en haar gemodelleerde equivalent.

Dit onderwerp kan ook opgenomen worden binnen de educatieve master.

Dit onderwerp biedt eventueel ook de mogelijkheid tot internationale mobiliteit (4 weken) door het experimenteel gaan opmeten van systeemfuncties in het PTB in Berlijn.

Modellering van magnetische dynamica