Computational and experimental investigations on the imaging of magnetic nanoparticles based on magnetorelaxometry and minimum norm estimations for biomedical applications

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Magnetische Nanopartikel bieten durch ihre besonderen physikalischen Eigenschaften vielversprechende Anwendungen in der Medizin, jedoch fehlt bislang eine Bildgebungstechnologie für ihre nicht-invasive, sensitive und spezifische Detektion. Die Dissertation entwickelt einen neuartigen Lösungsansatz für die Bildgebung dieser Partikel, basierend auf Minimum-Norm-Schätzungen aus mehrkanaligen Magnetorelaxationsmessungen. Ein innovatives mathematisches Framework integriert das zeitliche Relaxationsverhalten der Partikel in die inverse Lösung und verspricht Verbesserungen bei der Rekonstruktion biomagnetischer Quellen. Umfangreiche Simulationsstudien zeigen den Einfluss von Signal-Rausch-Verhältnis, Sensor-Quelle-Abstand und Quellgitter-Ausdehnung auf die Rekonstruktionsqualität. Die Integration zeitlicher Informationen verbessert die Robustheit gegenüber Rauscheinflüssen. Durch Anpassung des Rekonstruktionsgitters an die Quellenausdehnung können Inhomogenitäten in geometrisch definierten Verteilungen rekonstruiert werden. Experimentelle Untersuchungen demonstrieren das Potenzial des Verfahrens, wobei Größe und Ausdehnung von Proben mit magnetischen Nanopartikeln präzise ermittelt wurden. Die Resultate zeigen, dass die Kombination der Quantifizierungseigenschaften mit hoher räumlicher Auflösung anderer Modalitäten für praktische Anwendungen sinnvoll ist. Dies ermöglicht eine exakte Überwachung therapeutischer Anwendungen der Partike