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Biomedical Engineering / Biomedizinische Technik

Editor-in-Chief: Dössel, Olaf

Editorial Board Member: Augat, Peter / Haueisen, Jens / Jockenhoevel, Stefan / Lenarz, Thomas / Leonhardt, Steffen / Plank, Gernot / Radermacher, Klaus M. / Schkommodau, Erik / Schmitz, Georg / Stieglitz, Thomas / Witte, Herbert / Boenick, Ulrich / Jaramaz, Branislav / Kraft, Marc / Lenthe, Harry / Lo, Benny / Mainardi, Luca / Micera, Silvestro / Penzel, Thomas / Robitzki, Andrea A. / Schaeffter, Tobias / Snedeker, Jess G. / Sörnmo, Leif / Sugano, Nobuhiko / Werner, Jürgen / Wintermantel, Erich /

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1862-278X
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Volume 54, Issue 2 (Apr 2009)

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Volume 57 (2012)

Evaluation of Ferucarbotran (Resovist®) as a photoacoustic contrast agent / Evaluation von Ferucarbotran (Resovist®) als photoakustisches Kontrastmittel

Martin P. Mienkina
  • Institute of Medical Engineering, Ruhr University Bochum, Bochum, Germany
/ Claus-Stefan Friedrich
  • Institute of Photonics and Terahertz Technology, Ruhr University Bochum, Bochum, Germany
/ Karin Hensel
  • Institute of Medical Engineering, Ruhr University Bochum, Bochum, Germany
/ Nils C. Gerhardt
  • Institute of Photonics and Terahertz Technology, Ruhr University Bochum, Bochum, Germany
/ Martin R. Hofmann
  • Institute of Photonics and Terahertz Technology, Ruhr University Bochum, Bochum, Germany
/ Georg Schmitz
  • Institute of Medical Engineering, Ruhr University Bochum, Bochum, Germany
Published Online: 2009-03-03 | DOI: https://doi.org/10.1515/BMT.2009.012

Abstract

Photoacoustic imaging combines the resolution of ultrasound imaging with the contrast of optical imaging, while maintaining a penetration depth up to a few centimeters. Inorganic gold nanorods can be employed as photoacoustic contrast agents. However, the toxicological properties of such nanoparticles are still under investigation. At the same time, there is an increasing need for clinically established photoacoustic contrast agents. In this paper, therefore, we investigate the photoacoustic properties of Ferucarbotran, which is a clinically established nanoscale contrast agent for magnetic resonance imaging. Gelatin phantoms containing cubes with different gelatin-Ferucarbotran mixture concentrations were prepared and irradiated by a Nd:YAG laser (1064 nm). First, the photoacoustic signals were acquired by a single element ultrasound transducer (7.5 MHz) and evaluated quantitatively. In a second setup, photoacoustic imaging of Ferucarbotran with a modified clinical scanner was demonstrated. The experiments showed that in order to achieve a 6 dB gain of received photoacoustic signal energy, compared to the sensitivity threshold of the used system, a Ferucarbotran concentration of 1.9 μmol Fe/ml is needed. The photoacoustic imaging was successful and showed a contrast-to-background ratio of 15.7 dB for a concentration of 11.63 μmol Fe/ml. However, for imaging in tissue the signal-to-noise ratio has to be increased.

Zusammenfassung

Die Photoakustik kombiniert die Auflösung der Ultraschallbildgebung mit dem Kontrast der optischen Bildgebung, wobei eine Eindringtiefe von bis zu einigen Zentimetern erhalten bleibt. Insbesondere können anorganische Gold-Nano-Rods auf Grund ihrer besonders starken optischen Absorption vorteilhaft als photoakustische Kontrastmittel eingesetzt werden. Die toxikologischen Eigenschaften dieser Partikel sind jedoch noch nicht eingehend geklärt. Gleichzeitig entsteht aber ein zunehmender Bedarf an klinisch zugelassenen photoakustischen Kontrastmitteln. Daher sollen ihm Rahmen dieser Arbeit die photoakustischen Eigenschaften von Ferucarbotran, einem klinisch eingesetzten Nanopartikel-Kontrastmittel für die Magnetresonanztomographie, evaluiert werden. Es wurden Gelatinephantome hergestellt, die einen Kubus mit verschiedenen Ferucarbotrankonzentrationen erhielten und mittels eines Nd:YAG-Lasers (1064 nm) bestrahlt wurden. Zunächst wurden photoakustische Signale durch einen Einzelelementultraschallwandler (7,5 MHz) aufgenommen und quantitativ ausgewertet. Anschließend wurde die photoakustische Bildgebung von Ferucarbotran mit einem modifizierten klinischen Ultraschallgerät demonstriert. Die quantitativen Experimente zeigen, dass, um einen Gewinn der Signalenergie aus dem Ferucarbotranblock von 6 dB gegenüber der Sensitivitätsgrenze des eingesetzten Systems zu erhalten, eine Konzentration von 1,9 μmol Fe/ml notwendig ist. Weiterhin wurden die Phantome erfolgreich photoakustisch abgebildet und ein Kontrast der Zielregion zum Hintergrund von 15,7 dB für eine Konzentration von 11,63 μmol Fe/ml erreicht. Für die Bildgebung im Gewebe muss das Signal-Rausch-Verhältnis des Systems jedoch noch weiter verbessert werden.

Keywords: contrast agents; Ferucarbotran; optoacoustics; photoacoustics; Resovist®; Ferucarbotran; Kontrastmittel; Optoakustik; Photoakustik; Resovist®

About the article

Corresponding author: Prof. Dr.-Ing. Georg Schmitz, Ruhr University Bochum, Institute of Medical Engineering, Building IC 6/151, 44780 Bochum, Germany Phone: +49-234-3227573 Fax: +49-234-3214872


Received: 2008-09-17

Accepted: 2008-12-31

Published Online: 2009-03-03

Published Online: 2009-03-03

Published in Print: 2009-04-01



Citation Information: Biomedizinische Technik/Biomedical Engineering, ISSN (Online) 1862-278X, ISSN (Print) 0013-5585, DOI: https://doi.org/10.1515/BMT.2009.012. Export Citation

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Martin P. Mienkina, Claus-Stefan Friedrich, Nils C. Gerhardt, Martin F. Beckmann, Martin F. Schiffner, Martin R. Hofmann, and Georg Schmitz
Optics Express, 2010, Volume 18, Number 9, Page 9076
[2]
Diederik J. Grootendorst, Raluca M. Fratila, Martijn Visscher, Bennie Ten Haken, Richard J. A. van Wezel, Sven Rottenberg, Wiendelt Steenbergen, Srirang Manohar, and Theo J. M. Ruers
Journal of Biophotonics, 2013, Volume 6, Number 6-7, Page 493
[3]
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Applied Optics, 2012, Volume 51, Number 33, Page 8041
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Marc Fournelle, Wolfgang Bost, Ingo H. Tarner, Tobias Lehmberg, Eike Weiß, Robert Lemor, and Robert Dinser
Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, 2012, Volume 8, Number 3, Page 346

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