Combined Preclinical Magnetic Particle Imaging and Magnetic Resonance Imaging: Initial Results in Mice

Abstract

Purpose: Magnetic particle imaging (MPI) is a new radiologic imaging modality. For the first time, a commercial preclinical scanner is installed. The goal of this study was to establish a workflow between MPI and magnetic resonance imaging (MRI) scanners for a complete in vivo examination of a mouse and to generate the first co-registered in vivo MR-MP images.

Materials and Methods: The in vivo examination of five mice were performed on a preclinical MPI scanner and a 7 Tesla preclinical MRI system. MRI measurements were used for anatomical referencing and validation of the injection of superparamagnetic iron oxide (SPIO) particles during a dynamic MPI scan. We extracted MPI data of the injection phase and co-registered it with MRI data.

Results: A workflow process for a combined in vivo MRI and MPI examination was established. A successful injection of ferucarbotran was proven in MPI and MRI. MR-MPI co-registration allocated the SPIOs in the inferior vena cava and the heart during and shortly after the injection.

Conclusion: The acquisition of preclinical MPI and MRI data is feasible and allows the combined analysis of MR-MPI information.

Key Points:

• The first commercial preclinical MPI system was installed and has been tested successfully in an in vivo experiment.

• This MPI system can detect SPIO in vivo in a mouse model.

• First time performance of a combined in vivo MPI-MRI examination.

• Co-registered MR-MPI allows high temporal resolution imaging of the vascular SPIO distribution.

Citation Format:

• Kaul MG., Weber O, Heinen U et al. Combined Preclinical Magnetic Particle Imaging and Magnetic Resonance Imaging: Initial Results in a Mouse. Fortschr Röntgenstr 2015; 187: 347 – 352

Zusammenfassung

Ziel: Magnetic particle imaging (MPI) ist ein neues Verfahren in der radiologischen Bildgebung und erstmalig wurde ein kommerzieller Scanner in einer präklinischen Variante installiert. Ziel der Studie war, einen Arbeitsablauf zwischen dem MPI System und einem präklinischen Magnetresonanztomografen zur vollständigen In-vivo-Untersuchung einer Maus zu etablieren und erstmalig co-registrierte In-vivo-MR-MP-Bilddaten zu erzeugen.

Material und Methoden: Die Untersuchung an fünf Mäusen wurde an einem präklinischen MPI-Scanner und einem präklinischen 7-Tesla-MRT-System durchgeführt. Die MRT diente zur anatomischen Referenzierung und zur Validierung der Injektion von superparamagnetischen Eisenoxidpartikeln (SPIO) während einer dynamischen MPI-Messung. Die MPI-Daten der Injektionsphase wurden extrahiert und mit MR-Bildern co-registriert.

Ergebnisse: Es konnte ein Arbeitsablauf für eine kombinierte präklinische In-vivo-MR-MPI Untersuchung etabliert werden. Eine erfolgreiche Injektion der SPIO konnte sowohl im MPI als auch im MRT nachgewiesen werden. Die MR-MPI-Co-Registrierung zeigte ein SPIO-Signal in der Vena cava inferior und dem Herzen während und nach der Injektion.

Schlussfolgerung: Daten aus einer präklinischen MPI- und MRT-Untersuchung können gemeinsam erhoben und die kombinierte MPI-MR-Bildinformation betrachtet werden.

Kernaussagen:

• Der erste kommerzielle präklinische MPI-Tomograf wurde installiert und erfolgreich in einem in vivo Experiment getestet.

• Dieses MPI-System erlaubt eine in vivo Detektion von SPIO in einem Mausmodell.

• Erstmalige Durchführung einer kombinierten In-vivo-MR-MPI-Untersuchung.

• Co-registiertes MP-MRI erlaubt eine zeitlich hochaufgelöste Abbildung der vaskulären SPIO-Biodistribution.

Key words

magnetic particle imaging - MR imaging - superparamagnetic iron oxide - preclinical - workflow - co-registration

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