Frequência mistura Scanner Detecção magnética for Imaging Partículas Magnéticas em amostras Planar

As nanopartículas magnéticas (MNP) têm encontrado aplicações generalizadas na biologia molecular e em medicina, por exemplo, para a manipulação de biomoléculas e células individuais ^1, para etiquetar selectivamente entidades alvo para a detecção, ^{2, 3} para a modulação da cromatina, ⁴ e para isolamento de ARNm e o tratamento do cancro ^5. Devido às suas propriedades superparamagnéticas, eles são especialmente úteis para a imagiologia médica. Eles podem servir, por exemplo, como agentes de contraste ou traçadores da Imagem por Ressonância Magnética (MRI) ou para a imagem latente susceptibilidade usando detectores Superconducting Quantum Interference dispositivo (SQUID). ^{2, 6} As nanopartículas superparamagnéticas deu um bom contraste com os diferentes tecidos do ser humano corpo que são dia- ou paramagnética. ⁷ Assim, as partículas podem ser convenientemente utilizado para a aquisição de imagens médicas de partes do corpo humano com relativamente boa resolução espacial e sensibilidade. ⁸

tenda "> A imagem da partícula magnética (MPI), técnica introduzida por Gleich e Weizenecker ⁹ faz uso da não-linearidade da magnetização da partícula. No zero ou viés campo magnético fraco, a resposta do MNP para uma excitação ac de frequência f é forte devido ao a sua grande susceptibilidade. Em particular, a magnetização não linear da partícula dá origem à geração de harmónicas n · F, com n = 2, 3, 4 … na polarização de campo magnético elevado, a resposta harmónica torna-se fraca porque as partículas são magneticamente saturado. Em a técnica de MPI, a amostra é completamente magnetizado excepto para uma linha de campo livre (FFL) ou um ponto livre de campo (FFP). Somente as partículas situado próximo a esta linha ou ponto irá contribuir para a resposta não linear da amostra. com o movimento de um FFP e do emprego de bobinas receptoras adequadas, Gleich e Weizenecker imagens adquiridas MPI com uma resolução espacial de 1 mm.

A fim deobter informações sobre a distribuição espacial de MNP, dois métodos são habitualmente utilizados, o movimento mecânico do sensor em relação à amostra, ou o movimento do FFL / FFP por meio de electromagnetos. ^{2, 3} Neste último caso, as técnicas de reconstrução da imagem como harmônica espaço MPI ³ ou X-espaço MPI ^{10, 11, 12} são obrigatórios. A resolução espacial de MPI é determinada pelas propriedades de convolução de excitação e detecção de bobinas, bem como pelas características do gradiente do campo magnético. Isto permite que os algoritmos de reconstrução de imagem para obter uma resolução melhorada através da resolução nativa, que é determinada pela dimensão e a distância das bobinas de captação, bem como por a distribuição do campo magnético governado pelas equações de Maxwell.

Um scanner MPI é geralmente composto de um íman forte para magnetizar toda a amostra, um sistema de bobina controlável para dirigir um FFL ou FFP toda a amostra, um excitatio alta frequênciasistema de bobina n, e um sistema de bobina de detecção para recolher a resposta não-linear a partir da amostra. O FFL / FFP é movida continuamente através do volume da amostra, enquanto a resposta harmónica a partir desta região insaturado amostra é registada. A fim de evitar o problema de montagem do espécime para o scanner, um scanner de MPI single-sided foi demonstrada por Grafe et al. ^13, no entanto à custa de redução do desempenho. Os melhores resultados são obtidos se a amostra está cercada pelos magnetos e bobinas. Porque a amostra tem de ser plenamente magnetizado com exceção da região FFL / FFP, a técnica requer ímãs relativamente grandes e fortes com refrigeração a água, levando a um sistema MPI bastante volumoso e pesado.

A nossa abordagem é baseada na frequência de mistura na curva de magnetização não-linear de partículas superparamagnéticas. ¹⁴ Quando super-paramagnets são expostos a campos magnéticos em duas frequências distintas (F ₁ e F </ em> _2), freqüências soma representando uma combinação linear m · f ₁ + n · f ₂ (com números inteiros m, n) são gerados. Mostrou-se que o aparecimento desses componentes é altamente específica para a não linearidade da curva de magnetização das partículas. ¹⁵ Em outras palavras, quando a amostra MNP é exposto simultaneamente a um campo magnético de condução na frequência f ₂ e um campo de sondagem à frequência f _1, as partículas de gerar um campo de resposta à frequência f ₁ + 2 · F _2. Esta frequência soma não seria existente sem a amostra magneticamente não-linear, portanto, a especificidade é extremamente elevado. Chamamos este método "frequência de mistura de detecção magnética" (FMMD). Foi experimentalmente verificado que a técnica produz uma gama dinâmica de mais de quatro ordens de grandeza em concentração de partículas ^14.

<p class = "jove_content"> Em contraste com a instrumentação típica MPI, a frequência planar misturando abordagem de detecção magnética (p-FMMD) não requer para magnetizar a amostra perto da saturação, porque a geração de soma de frequência componente f ₁ + 2 · f ₂ é máximo no campo de polarização estática zero. ¹⁴ por isso, a necessidade de ímãs fortes e volumosos é aliviada. Na verdade, as dimensões exteriores da cabeça de medição são apenas 77 mm x 68 milímetros x 29 milímetros. Para comparação, configurações MPI são tipicamente medidor de tamanho. ⁷ A desvantagem, no entanto, é que a técnica está limitada a amostras planas com uma espessura máxima de 2 mm na configuração corrente. A amostra tem de ser digitalizada relativamente à cabeça de medição de dois lados. A re-construção que permite amostras mais espessas é possível, mas tem que ser trocados por uma perda de resolução espacial.

Com base nesta técnica FMMD, apresentamos um tipo especial de MPI detecTor para amostras planas, o chamado "planar frequência de detecção magnética de mistura" (p-FMMD) do scanner. O princípio foi recentemente publicado. ¹⁷ Neste trabalho, nós nos concentramos na metodologia da técnica e protocolos atuais como configurar como um scanner e como realizar varreduras. Tem sido demonstrado que o IPM pode ser aplicado para fins de diagnóstico médicos, tais como a imagiologia cardiovascular ou cancro. ^{16, 18, ​​19} Portanto, cremos que o novo scanner de IPM pode ser utilizado para uma larga gama de potenciais aplicações, por exemplo, para a medição de partículas magnéticas distribuição em fatias de tecido.