Rautaoksidin nanohiukkaset lisäävät kontrastia matalakentän MRI-skannereissa – Physics World

Kannettavat, matalakentän (1–100 mT) MRI-järjestelmät, jotka voivat suorittaa skannauksia turvallisesti erillisen MRI-sarjan ulkopuolella, voivat mullistaa tämän diagnostisen kuvantamismenetelmän käytön. Sen lisäksi, että matalakenttäskannerit helpottavat kalliin, MRI-kuvaushuoneen tarvetta, ne maksavat paljon vähemmän ja vaativat vähemmän tilaa ja tehoa kuin perinteiset MRI-skannerit, jotka käyttävät kryogeenisiä suprajohtavia magneetteja. Tällaiset kustannusedut tekevät mahdolliseksi ottaa käyttöön matalan kentän MRI-skannereita taloudellisesti haastavissa sairaaloissa ja klinikoilla, kun taas niiden siirrettävyys voi mahdollistaa asennuksen ambulansseihin tai kannettaviin pakettiautoihin, jotka palvelevat etäyhteisöjä.

Ensimmäinen kaupallinen hoitopisteen matalan kentän MRI-skanneri on Hyperfinen Swoop kannettava MR-kuvausjärjestelmä, jolla on CE-merkintä ja US FDA 510k -hyväksyntä neurokuvantamiseen. Swoopia käytetään yhä useammin sairaaloiden ensiapuosastoilla kuvaamaan potilaita, joilla on vakava päävamma tai joilla epäillään aivohalvausta. Tämä kannettava skanneri toimii 64 mT:lla, joka on vähintään 20 kertaa pienempi kuin perinteisten MRI-skannerien magneettikenttä.

Pienen kentän MRI-skannerien kliinisen käytön laajentamiseksi tarvitaan kuitenkin parempia kontrastiaineita kuvanlaadun parantamiseksi. Lisäksi tarvitaan lisää tutkimusta, jotta voidaan ymmärtää matalakentän kuvien ja niiden edustamien taustalla olevien kudosominaisuuksien välinen suhde.

Nanohiukkaset varjoaineina

Tutkijat Kansallinen standardointi- ja teknologiainstituutti (NIST), University of Colorado Boulder ja Firenzen yliopisto ovat todenneet, että superparamagneettiset rautaoksidinanohiukkaset (SPION:t) ylittävät merkittävästi kaupallisen gadoliinipohjaisen varjoaineen (gadobenaattidimeglumiini tai Gd-BOPTA), joita käytetään tutkimuksissa 3 T MRI-skannereilla. Kirjoittaminen sisään Tieteellinen raportit, ne kuvaavat rautaoksidipohjaisten varjoaineiden ominaisuuksia matalakentän MRI-skannausten hankinnan aikana.

Noin 25 % kaikista kliinisen kentänvoimakkuuden MRI-tutkimuksista käyttää kontrastiaineita – magneettisia materiaaleja, joita injektoidaan potilaisiin kuvan kontrastin parantamiseksi, mikä mahdollistaa anatomisten piirteiden erottamisen niiden kirkkaus- tai tummuustason perusteella. Varjoaineet voivat auttaa radiologeja tunnistamaan epäterveellisen kudoksen kasvaimen MR-parantumismallien perusteella. Esimerkiksi kasvaimen verisuonisto voi kerääntyä enemmän kontrastia kuin terve kudos, ja kasvain, joka ei ehkä ole näkynyt ilman kontrastia, voi tulla näkyviin.

Varjoaineen tehokkuus liittyy suoraan sen fysikaalisiin ja magneettisiin ominaisuuksiin. Pääkirjailija Samuel Oberdick, NIST:ltä ja Colorado Boulderin yliopistolta, ja yhteistyökumppanit karakterisoivat monodisperssejä karboksyylihappopäällysteisiä SPIONeja, joiden halkaisijat vaihtelivat välillä 4.9-15.7 nm. Heidän tavoitteenaan oli ymmärtää T:n koosta riippuvia ominaisuuksia₁ kontrasti pienillä kenttävoimakkuuksilla (T1-painotettu MR-kuva osoittaa eroja kudosten pituussuuntaisissa rentoutumisajoissa). Kuvaamalla MRI-fantomia he määrittelivät MRI-kontrastiominaisuudet 64 mT:ssa Swoop-järjestelmällä ja 3 T:ssa prekliinisellä skannerilla.

Tutkijat havaitsivat, että SPION-pohjaisilla varjoaineilla on suotuisia ominaisuuksia, kuten T₁ varjoaineita matalakentän magneettikuvaukseen, jotka osoittavat koosta riippuvaisia ​​pitkittäisiä relaksiivisuuksia ja ylittävät Gd-BOPTA:n lähes yhdeksän kertaa huoneenlämmössä ja kahdeksan kertaa fysiologisissa lämpötiloissa. He havaitsivat myös, että SPIONien pituussuuntaiset relaksiivisuudet 64 mT:ssa olivat lähes suuruusluokkaa suurempia kuin tavallisella kliinisellä 3 T kentänvoimakkuudella. Korkea relaksiteetti mahdollistaa pienempien kontrastimäärien käytön luomaan havaittavia kirkkaita markkereita MR-kuvaan.

Kannettava MRI diagnosoi aivohalvauksen potilaan sängyn vieressä

Joukkue mittasi myös matalan kentän T₁ ferumoksitolin, rautaoksidin nanopartikkeleihin perustuvan raudanpuutteen hoidon ominaisuudet. Ferumoksitoli osoitti myös parantunutta kontrastia verrattuna gadoliinipohjaiseen aineeseen. Koska se on jo FDA:n hyväksymä, ferumoksitolia voitaisiin välittömästi käyttää poikkeavasti T-arvojen arvioimiseksi₁ rautaoksidin nanopartikkeleihin perustuvien varjoaineiden kontrasti kliinisissä tutkimuksissa.

Oberdick neuvoo, että tiimi aikoo nyt tutkia SPION-pohjaisen T:n optimaalisia ominaisuuksia₁ varjoaineita matalilla kentillä. Tulevassa työssä voidaan käyttää mukautettua nanohiukkasten synteesiä luomaan SPIONeja, joilla on suunniteltu koko ja magneettiset ominaisuudet lisäämään T₁ kontrastia tietyillä matalilla kentänvoimakkuuksilla.

Aivojen kuvantaminen

Muualla NIST:ssä Kalina Jordanova ja kollegat ovat työskennelleet validoidakseen menetelmiä kuvien luomiseksi heikommin magneettikentillä. He mittasivat äskettäin aivokudoksen ominaisuuksia alhaisella magneettikentän voimakkuudella viiden miehen ja viiden naispuolisen vapaaehtoisen tutkimuksessa. Magneettiresonanssimateriaalit fysiikassa, biologiassa ja lääketieteessä.

Ryhmä keräsi 64 mT MR-kuvaa koko aivoista ja sai tietoa harmaa-aineesta, valkoisesta aineesta ja aivo-selkäydinnesteestä. Nämä kolme aivojen aineosaa reagoivat alhaiseen magneettikenttään eri tavoin ja tuottavat erottuvia signaaleja, jotka heijastavat niiden ainutlaatuisia ominaisuuksia. Tämän ansiosta MRI-järjestelmä voi tuottaa kuvia, jotka sisältävät kvantitatiivista tietoa jokaisesta ainesosasta.

"Matalakentän MRI-järjestelmissä kuvien kontrasti on erilainen, joten meidän on tiedettävä, kuinka ihmiskudos suhtautuu näihin alhaisiin kenttävoimakkuuksiin", Jordanova sanoo. "Kudoksen kvantitatiivisten ominaisuuksien tunteminen antaa meille mahdollisuuden kehittää uusia kuvankeräysstrategioita tälle MRI-järjestelmälle", lisää kirjoittaja Katy Keenan.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. Autot / sähköautot, hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• ChartPrime. Nosta kaupankäyntipeliäsi ChartPrimen avulla. Pääsy tästä.
• BlockOffsets. Ympäristövastuun omistuksen nykyaikaistaminen. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/iron-oxide-nanoparticles-boost-the-contrast-in-low-field-mri-scanners/