A vas-oxid nanorészecskék növelik a kontrasztot az alacsony látóterű MRI szkennerekben – Fizika világa

A vas-oxid nanorészecskék növelik a kontrasztot az alacsony látóterű MRI szkennerekben – Fizika világa

Időbélyeg: 7. szeptember 2023. 5:00

Sam Oberdick, a NIST kutatója
MRI kontrasztok feltárása Samuel Oberdick, a NIST kutatója és munkatársai vas-oxid nanorészecskéket teszteltek kis erősségű mágneses mezőkön. A folyékony oldatban lévő nanorészecskéket (az itt látható képen) mágneses kölcsönhatások és felületi feszültség kombinációja révén a mágnes felé húzzák. (Jó: R Wilson/NIST)

A hordozható, alacsony látóterű (1–100 mT) MRI-rendszerek, amelyek biztonságosan végezhetnek szkenneléseket a dedikált MRI-készleten kívül is, forradalmasíthatják ennek a diagnosztikai képalkotó módszernek a használatát. Amellett, hogy csökkentik a drága, MRI-vel foglalkozó képalkotó helyiségek szükségességét, az alacsony térerejű szkennerek sokkal olcsóbbak, és kevesebb helyet és energiát igényelnek, mint a hagyományos MRI-szkennerek, amelyek kriogén szupravezető mágnesekre támaszkodnak. Az ilyen költségelőnyök lehetővé teszik az alacsony hatótávolságú MRI-szkennerek telepítését a gazdaságilag nehéz kórházakban és klinikákon, míg hordozhatóságuk lehetővé teheti a távoli közösségeket kiszolgáló mentőautókba vagy hordozható kisteherautókba történő telepítést.

Az első kereskedelmi forgalomban kapható kismezős MRI szkenner a Hyperfine Swoop hordozható MR képalkotó rendszer, amely rendelkezik CE-jelöléssel és az amerikai FDA 510k engedélyével a neuroimaginghez. A Swoop-ot egyre gyakrabban használják a kórházi sürgősségi osztályokon súlyos fejsérülésben szenvedő vagy agyvérzés gyanúja esetén. Ez a hordozható szkenner 64 mT-n működik – ez legalább 20-szor alacsonyabb, mint a hagyományos MRI-szkennerek mágneses mezője.

Az alacsony látóterű MRI-szkennerek klinikai alkalmazásának bővítéséhez azonban jobb kontrasztanyagokra van szükség a képminőség javítása érdekében. Ezen túlmenően további kutatásra van szükség ahhoz, hogy megértsük az alacsony térerősségű képek és a mögöttes szöveti tulajdonságok közötti kapcsolatot.

Nanorészecskék kontrasztanyagként

A kutatók a Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézet (NIST), a University of Colorado Boulder és a Firenze Egyetem megállapították, hogy a szuperparamágneses vas-oxid nanorészecskék (SPION-ok) jelentősen felülmúlják a 3 T MRI-szkennereken végzett vizsgálatokhoz használt, kereskedelmi forgalomban lévő gadolínium-alapú kontrasztanyagot (gadobenát-dimeglumin vagy Gd-BOPTA). Beírás Tudományos jelentései, leírják a vas-oxid alapú kontrasztanyagok tulajdonságait kismezős MRI-felvételek készítése során.

A klinikai térerősségen végzett MRI-vizsgálatok körülbelül 25%-a kontrasztanyagot használ – olyan mágneses anyagokat, amelyeket a betegekbe fecskendeznek a kép kontrasztjának fokozása érdekében, lehetővé téve az anatómiai jellemzők megkülönböztetését a világosság vagy a sötétség szintje alapján. A kontrasztanyagok segíthetnek a radiológusoknak az egészségtelen szövetek azonosításában a daganat MR-javítási mintái alapján. Például a tumor érrendszere több kontrasztot halmozhat fel, mint az egészséges szövet, és láthatóvá válhat egy daganat, amely kontraszt nélkül nem volt látható.

A kontrasztanyag hatékonysága közvetlenül összefügg annak fizikai és mágneses tulajdonságaival. Vezető szerző Samuel Oberdick, a NIST-től és a Colorado Boulder Egyetemtől, és a társszerzők 4.9 és 15.7 nm közötti átmérőjű monodiszperz karbonsavval bevont SPION-okat jellemeztek. Céljuk az volt, hogy megértsék a T méretfüggő tulajdonságait1 kontraszt alacsony térerősség mellett (a T1 súlyozott MR-kép különbségeket mutat a szövetek longitudinális relaxációs idejében). MRI fantom leképezésével meghatározták az MRI kontraszt tulajdonságait 64 mT-nál a Swoop rendszerrel és 3 T-nál preklinikai szkennerrel.

A kutatók megállapították, hogy a SPION-alapú kontrasztanyagok kedvező tulajdonságokat mutatnak, mint a T1 kontrasztanyagok az alacsony térerősségű MRI-hez, méretfüggő longitudinális relaxivitást mutatnak, és szobahőmérsékleten közel kilencszer, fiziológiás hőmérsékleten pedig nyolcszor felülmúlják a Gd-BOPTA-t. Azt is megfigyelték, hogy a SPION-ok longitudinális relaxivitása 64 mT mellett csaknem egy nagyságrenddel nagyobb, mint a standard klinikai térerősségnél, 3 T. A magas relaxivitás lehetővé teszi, hogy kisebb mennyiségű kontrasztot alkalmazzunk, hogy érzékelhető fényes markereket hozzanak létre az MR-képen.

A csapat megmérte az alacsony mezőnyű T-t is1 vas-oxid nanorészecskék alapú vashiány kezelésére szolgáló ferumoxitol tulajdonságai. A ferumoxitol fokozott kontrasztot is mutatott a gadolínium alapú szerhez képest. Mivel az FDA már jóváhagyta, a ferumoxitol azonnal felhasználható a jelölésen kívül a T1 vas-oxid nanorészecskék alapú kontrasztanyagok kontrasztja klinikai vizsgálatokban.

Oberdick azt tanácsolja, hogy a csapat most azt tervezi, hogy megvizsgálja a SPION-alapú T. optimális tulajdonságait1 kontrasztanyagok alacsony mezőkön. A jövőbeni munka a nanorészecskék egyedi szintézisét használhatja olyan SPION-ok létrehozására, amelyek tervezett méretű és mágneses tulajdonságokkal növelik a T1 kontraszt adott kis térerősségnél.

Az agy képalkotása

A NIST máshol, Kalina Jordanova és munkatársai a gyengébb mágneses térrel rendelkező képek készítésének módszereinek validálásán dolgoztak. Nemrég mérték az agyszövet tulajdonságait alacsony mágneses térerősség mellett egy öt férfi és öt női önkéntes bevonásával végzett vizsgálat során. Mágneses rezonancia anyagok a fizikában, a biológiában és az orvostudományban.

Kalina Jordanova, Stephen Ogier és Katy Keenan
Fejlődő MRI technológia Kalina Jordanova, Stephen Ogier és Katy Keenan a NIST kutatói közé tartozik, akik azon dolgoznak, hogy az MRI-t kisebb erősségű mágneses terek alkalmazásával előmozdítsák. (Jó: R. Jacobson/NIST)

A csapat 64 mT MR képet gyűjtött a teljes agyról, és adatokat nyert a szürkeállományból, a fehérállományból és a cerebrospinális folyadékból. Ez a három agyi alkotóelem különböző módon reagál az alacsony mágneses térre, és jellegzetes jeleket állít elő, amelyek tükrözik egyedi tulajdonságaikat. Ez lehetővé teszi az MRI-rendszer számára, hogy az egyes összetevőkről kvantitatív információkat tartalmazó képeket készítsen.

"Az alacsony térerősségű MRI-rendszereknél a képek kontrasztja eltérő, ezért tudnunk kell, hogyan néz ki az emberi szövet ezeken az alacsonyabb térerősségeken" - mondja Jordanova. "A szövetek mennyiségi tulajdonságainak ismerete lehetővé teszi számunkra, hogy új képgyűjtési stratégiákat dolgozzunk ki ehhez az MRI-rendszerhez" - teszi hozzá a társszerző. Katy Keenan.

Időbélyeg:

Még több Fizika Világa