Frequenzmisch Magnetische Erkennung Scanner für die Bildgebung magnetische Partikel in Planar Proben

Magnetischen Nanopartikeln (MNP) haben weit verbreitete Anwendungen in der Molekularbiologie und in der Medizin, also gefunden, für die Manipulation von Biomolekülen und Einzelzellen ^1, für die Zieleinheiten selektiv Markierung zur Detektion, ^{2, 3} für Chromatin – Modulation, ⁴ und für die mRNA – Isolierung und Behandlung von Krebs . ⁵ aufgrund ihrer superparamagnetischen Eigenschaften sind sie für die medizinische Bildgebung besonders geeignet. Sie können zum Beispiel als Kontrastmittel oder Tracer für die Magnetresonanztomographie (MRT) oder für die Anfälligkeit Bildgebung Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) Detektoren dienen. ^{2, 6} Die superparamagnetischen Nanopartikeln einen guten Kontrast zu den verschiedenen Geweben des menschlichen ergeben Körper, der dia- oder paramagnetisch sind. ^7. Somit können die Partikel zweckmßigerweise medizinische Bilder von menschlichen Körperteilen mit relativ gute räumliche Auflösung und Empfindlichkeit zu erhalten verwendet werden. ⁸

Zelt "> macht The Magnetic Particle Imaging (MPI) Technik , die von Gleich und Weizenecker ⁹ eingeführt , die Magnetisierung des Teilchens Verwendung der Nicht – Linearität. Bei Null oder schwach Vormagnetisierungsfeld, ist die Antwort von MNP an eine Wechselanregung der Frequenz f stark aufgrund ihre große Anfälligkeit. insbesondere die nichtlinearen Magnetisierung des Teilchens Anlass zu der Erzeugung von harmonischen gibt n · f, mit n = 2, 3, 4 … bei hohen Magnetfeldvorspannung, wird die harmonische Antwort schwach , weil die Partikel magnetisch gesättigt sind. In die MPI-Technik wird die Probe vollständig magnetisiert mit Ausnahme einer feldfreien Linie (FFL) oder einem feldfreien Punkt (FFP). nur Partikel in der Nähe dieser Linie oder Punkt wird der nichtlinearen Antwort der Probe beitragen. Mit dem Bewegung eines FFP und Einsatz geeigneter Empfangsspulen, Gleich und Weizenecker erworben MPI Bilder mit einer räumlichen Auflösung von 1 mm.

Damiterhalten Informationen über die räumliche Verteilung von MNP werden zwei Verfahren in der Regel verwendet wird , die mechanische Bewegung des Sensors in Bezug auf die Probe oder die Bewegung des FFL / FFP mittels Elektromagneten. ^{2, 3} Im letzteren Fall Bildrekonstruktionstechniken wie harmonisch-Raum MPI ³ oder X-Raum ^{10 MPI, 11, 12} sind erforderlich. Die räumliche Auflösung des MPI wird durch die Faltungseigenschaften der Anregungs- und Detektionsspulen sowie durch die Eigenschaften des magnetischen Feldgradienten bestimmt. Dies ermöglicht Bildrekonstruktionsalgorithmen eine verbesserte Auflösung gegenüber der nativen Auflösung zu erhalten, die durch die Maxwellschen Gleichungen bestimmt durch Größe und Abstand der Aufnahmespulen sowie durch die Magnetfeldverteilung bestimmt wird.

Ein MPI-Scanner ist in der Regel von einem starken Magneten besteht für die gesamte Probe zu magnetisieren, eine steuerbare Spulensystem für eine FFL oder FFP über die Probe zu steuern, eine hohe Frequenz excitation Spulensystem und ein Detektionsspulensystem zum Aufnehmen der nichtlinearen Antwort der Probe auf. Die FFL / FFP wird kontinuierlich durch das Probenvolumen, während die harmonische Antwort von dieser ungesättigten Probenbereich bewegt, wird aufgezeichnet. Um das Problem des Anbringens der Probe in den Scanner, ein einseitiges MPI – Scanner wurde von Gräfe et al gezeigt , zu vermeiden. ^13, jedoch auf Kosten einer reduzierten Leistung. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn die Probe durch die Magnete und Spulen umgeben ist. Weil die Probe vollständig magnetisiert werden muß, mit Ausnahme der FFL / FFP Region erfordert die Technik relativ großen und starken Magneten mit einer Wasserkühlung, was zu einer ziemlich sperrig und schwer MPI-System.

Unser Ansatz ist auf der Frequenz basierend auf der nichtlinearen Magnetisierungskurve von superparamagnetischen Partikeln vermischt werden . ¹⁴ Bei der Super-Paramagneten auf Magnetfelder bei zwei unterschiedlichen Frequenzen ausgesetzt sind (f ₁ und f </ em> _2), sum Frequenzen eine lineare Kombination repräsentiert m · f ₁ + n · f ₂ (mit ganzen Zahlen m, n) erzeugt werden . Es wurde gezeigt , dass das Auftreten dieser Komponenten auf die Nicht – Linearität der Magnetisierungskurve der Teilchen hoch spezifisch ist. ^15. Mit anderen Worten, wenn die MNP Probe gleichzeitig mit einer Antriebs Magnetfeld mit der Frequenz f ₂ und einem Sondieren Feld bei der Frequenz ausgesetzt wird , f _1, erzeugen die Teilchen eine Antwortfeld bei der Frequenz f ₁ + 2 · f _2. Diese Summenfrequenz wäre ohne die magnetisch nichtlinearen Probe nicht vorhanden sein, damit die Spezifität sehr hoch ist. Wir nannten diese Methode "Frequenzmisch magnetische Detektion" (Autobahnmeistereien). Es wurde experimentell nachgewiesen , dass die Technik einen Dynamikbereich von mehr als vier Größenordnungen in der Partikelkonzentration ergibt. ¹⁴

<p class = "jove_content"> Im Gegensatz zu typischen MPI Instrumentierung, die planare Frequenzmisch magnetische Detektion (p-Autobahnmeistereien) Ansatz erfordert nicht die Probe zu magnetisieren schließen , weil die Erzeugung der Summenfrequenzkomponente f ₁ + 2 · f bis zur Sättigung ₂ ist maximal bei Null statischen Vormagnetisierungsfeld. ¹⁴ daher die Notwendigkeit für eine starke und sperrig Magneten gelindert wird. In der Tat sind die äußeren Abmessungen des Messkopfes nur 77 mm × 68 mm × 29 mm. Zum Vergleich sind MPI Setups typischerweise metergroße. ⁷ Der Nachteil ist jedoch, dass die Technik auf planare Proben mit einer maximalen Dicke von 2 mm in der aktuellen Einstellungen beschränkt. Die Probe relativ zu dem zweiseitigen Meßkopfes abgetastet werden. Eine Re-Konstruktion für dickere Proben erlaubt ist möglich, aber ist für einen Verlust an räumlicher Auflösung gehandelt werden.

Basierend auf dieser Technik Autobahnmeistereien, präsentieren wir eine besondere Art von MPI detector für planare Proben, die "planare Frequenzmisch magnetische Detektion" (p-Autobahnmeistereien) Scanner so genannte. Das Prinzip wurde vor kurzem veröffentlicht. ¹⁷ In dieser Arbeit konzentrieren wir uns auf die Methodik der Technik und Gegenwart Protokolle , wie eine solche Scanner einzurichten und wie Scans durchzuführen. Es hat sich gezeigt , dass MPI für medizinische Diagnosezwecke , wie beispielsweise Herz – Kreislauf oder Krebs – Bildgebung angewendet werden. ^{16, 18, ​​19} Daher glauben wir , dass die neue MPI – Scanner für eine breite Palette von möglichen Anwendungen verwendet werden kann, beispielsweise zur Messung von magnetischen Teilchen Verteilung in Gewebeschnitten.