Obrazowanie cząstek magnetycznych
Obrazowanie cząstek magnetycznych (ang. magnetic particle imaging, MPI) – nowa, wciąż rozwijana tomograficzna technika diagnostyczna, która pozwala na obrazowanie rozkładu przestrzennego nanocząstek superparamagnetycznych. Metoda została opracowana w 2001 r. przez naukowców z Philips Research Laboratories w Hamburgu. Teorię działania pierwszego system do obrazowania nanocząstek magnetycznych opublikowano na łamach Nature w 2005 roku[1].
Zasada działania
[edytuj | edytuj kod]W detekcji wykorzystywana jest nieliniowa charakterystyka magnetyzacji superparamagnetyków opisywana funkcją Langevina[2]. Wprowadzenie nanocząstek do badanej przestrzeni, pobudzanej sinusoidalnym polem magnetycznym powoduje niesinusoidalne zmiany pola Ośrodek pobudza się za pomocą cewki nadawczej, w której wymuszany jest prąd sinusoidalny. Sygnał odbierany w cewce odbiorczej (prawo indukcji elektromagnetycznej Faradaya) jest w przypadku ośrodka liniowego sinusoidalny, a w przypadku ośrodka nieliniowego (nanocząstki superparamagnetyczne) zawiera zniekształcenia harmoniczne. Amplituda składowych harmonicznych jest bardzo mała i wymaga specjalnych układów odbiorczych[3].
Lokalizacja przestrzenna nanocząstek jest realizowana poprzez kodowanie przestrzeni silnym gradientowym polem magnetycznym generowanym przez dodatkowy zestaw cewek. Przy odpowiednio dobranej wielkości gradientu nanocząstki znajdujące się poza małym obszarem otaczającym punkt o zerowej wartości pola (tzw. punkt wolny od pola) znajdują się w stanie nasycenia. W takiej sytuacji zniekształcenia harmoniczne pochodzą tylko i wyłącznie od nanocząstek znajdujących się w obszarze otaczającym punkt wolny od pola. Za pomocą pary cewek dla każdej osi X,Y,Z można generować równomierne w przestrzeni pole magnetyczne o różnej amplitudzie i w ten sposób przesuwać punkt wolny od pola w każdej z osi. Przesuwając punkt wolny od pola w przestrzeni można uzyskać trójwymiarową mapę koncentracji nanocząstek. Istnieje również koncepcja skanowania przestrzeni za pomocą tak zwanej linii o zerowej wartości pola wymagająca rozwiązania przekształcenia odwrotnego[4].
Zastosowanie
[edytuj | edytuj kod]Do obrazowania najczęściej używane są nanocząstki tlenku żelaza (SPION – super-paramagnetic iron oxide nanoparticle) o średnicach z zakresu 10–100 nm, powlekane biokompatybilnym polimerem. Łączenie nanocząstek z molekułami biologicznymi umożliwia tworzenie magnetofarmaceutyków, które mogą być wykorzystywane w badaniach procesów biologicznych i fizjologicznych. W tym celu powinno się wprowadzić magnetofarmaceutyk do organizmu i obserwować rozkład przestrzenny w funkcji czasu. Ocenia się, że ze względu na czułość pomiarów MPI może stać się jedną z technik obrazowania molekularnego obok jednofotonowej tomografii emisyjnej i tomografii pozytonowej[5].
Zobacz też
[edytuj | edytuj kod]Przypisy
[edytuj | edytuj kod]- ↑ Bernhard Gleich, Jürgen Weizenecker, Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles, „Nature”, 435 (7046), 2005, s. 1214–1217, DOI: 10.1038/nature03808 (ang.).
- ↑ T.M. Buzug i inni, Magnetic Particle Imaging – Challenges and Promises of a New Modality, „World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering”, 25 (4), Monachium, Niemcy 2009, DOI: 10.1007/978-3-642-03882-2_390 (ang.).
- ↑ M. Midura i inni, The Hybrid System for the Magnetic Characterization of Superparamagnetic Nanoparticles, „Sensors”, 22 (22), 2022, s. 8879, DOI: 10.3390/s22228879 (ang.).
- ↑ J. Weizenecker, B. Gleich, J. Borgert, Magnetic particle imaging using a field free line, „Journal of Physics D: Applied Physics”, 41 (10), 2008, DOI: 10.1088/0022-3727/41/10/105009 (ang.).
- ↑ P. Wróblewski, W. Smolik, Rozwój tomografii nanocząstek magnetycznych w zakładzie elektroniki jądrowej i medycznej, „Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska”, 7 (1), 2017, s. 125–129, DOI: 10.5604/01.3001.0010.4600.