Nanopartikel besi oksida meningkatkan kontras pada pemindai MRI medan rendah – Dunia Fisika

Nanopartikel besi oksida meningkatkan kontras pada pemindai MRI medan rendah – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 7 September 2023 5

Peneliti NIST Sam Oberdick
Menjelajahi kontras MRI Peneliti NIST Samuel Oberdick dan rekannya menguji nanopartikel besi oksida pada medan magnet berkekuatan rendah. Partikel nano di dalam larutan cair (gambar di sini) ditarik ke arah magnet melalui kombinasi interaksi magnetik dan tegangan permukaan. (Sumber: R Wilson/NIST)

Sistem MRI portabel dengan medan rendah (1–100 mT) yang dapat melakukan pemindaian dengan aman di luar rangkaian MRI khusus dapat merevolusi penggunaan modalitas pencitraan diagnostik ini. Selain mengurangi kebutuhan akan ruang pencitraan khusus MRI yang mahal, pemindai medan rendah jauh lebih murah dan memerlukan lebih sedikit ruang serta daya dibandingkan pemindai MRI tradisional yang mengandalkan magnet superkonduktor kriogenik. Keunggulan biaya tersebut memungkinkan penerapan pemindai MRI low-field di rumah sakit dan klinik yang memiliki keterbatasan ekonomi, sementara portabilitasnya memungkinkan pemasangan di ambulans atau van portabel yang melayani komunitas terpencil.

Pemindai MRI low-field point-of-care komersial pertama adalah Hyperfine Sistem Pencitraan MR Portabel Sapuan, yang memiliki izin CE Mark dan US FDA 510k untuk neuroimaging. Swoop semakin banyak digunakan di unit gawat darurat rumah sakit untuk menggambarkan pasien dengan trauma kepala parah atau diduga menderita stroke. Pemindai portabel ini beroperasi pada 64 mT – setidaknya 20 kali lebih rendah dibandingkan medan magnet pada pemindai MRI konvensional.

Namun, untuk memperluas penerapan klinis pemindai MRI medan rendah, diperlukan agen kontras yang lebih baik untuk meningkatkan kualitas gambar. Selain itu, diperlukan lebih banyak penelitian untuk memahami hubungan antara gambar bidang rendah dan sifat jaringan dasar yang diwakilinya.

Partikel nano sebagai agen kontras

Para peneliti di Institut Nasional Standar dan Teknologi (NIST), itu University of Colorado Boulder dan Universitas Florence telah menentukan bahwa nanopartikel besi oksida superparamagnetik (SPIONs) secara signifikan mengungguli zat kontras berbasis gadolinium komersial (gadobenate dimeglumine, atau Gd-BOPTA) yang digunakan untuk ujian pada pemindai MRI 3 T. Menulis di Laporan Ilmiah, mereka menggambarkan sifat-sifat zat kontras berbasis oksida besi selama perolehan pemindaian MRI medan rendah.

Sekitar 25% dari seluruh pemeriksaan MRI pada kekuatan lapangan klinis menggunakan agen kontras – bahan magnetik yang disuntikkan ke pasien untuk meningkatkan kontras gambar, sehingga fitur anatomi dapat dibedakan berdasarkan tingkat kecerahan atau kegelapan. Agen kontras dapat membantu ahli radiologi mengidentifikasi jaringan yang tidak sehat berdasarkan pola peningkatan MR suatu tumor. Misalnya, pembuluh darah tumor dapat mengumpulkan lebih banyak kontras dibandingkan jaringan sehat, dan tumor yang mungkin tidak terlihat tanpa kontras dapat menjadi terlihat.

Kemanjuran zat kontras berhubungan langsung dengan sifat fisik dan magnetiknya. Penulis utama Samuel Oberdick, dari NIST dan Universitas Colorado Boulder, dan rekan penulis mengkarakterisasi SPION berlapis asam karboksilat monodispersi dengan diameter berkisar antara 4.9 hingga 15.7 nm. Tujuan mereka adalah untuk memahami sifat T. yang bergantung pada ukuran1 kontras pada kekuatan medan rendah (gambar MR berbobot T1 menunjukkan perbedaan waktu relaksasi longitudinal jaringan). Dengan pencitraan hantu MRI, mereka menentukan sifat kontras MRI pada 64 mT menggunakan sistem Swoop dan pada 3 T menggunakan pemindai praklinis.

Para peneliti menentukan bahwa agen kontras berbasis SPION menunjukkan kualitas yang menguntungkan seperti T1 agen kontras untuk MRI medan rendah, menunjukkan relaksasi longitudinal yang bergantung pada ukuran dan mengungguli Gd-BOPTA hampir sembilan kali lipat pada suhu kamar dan delapan kali lipat pada suhu fisiologis. Mereka juga mengamati bahwa relaksasi longitudinal SPION pada 64 mT hampir satu urutan besarnya lebih besar dibandingkan dengan kekuatan medan klinis standar sebesar 3 T. Relaktivitas tinggi memungkinkan penggunaan jumlah kontras yang lebih kecil untuk menciptakan penanda terang yang terlihat pada gambar MR.

Tim juga mengukur T. bidang rendah1 sifat ferumoxytol, pengobatan berbasis nanopartikel besi oksida untuk kekurangan zat besi. Ferumoxytol juga menunjukkan peningkatan kontras dibandingkan dengan agen berbasis gadolinium. Karena sudah disetujui FDA, ferumoxytol dapat segera digunakan di luar label untuk mengevaluasi T. pylori1 kontras agen kontras berbasis nanopartikel besi oksida dalam studi klinis.

Oberdick menyarankan bahwa tim sekarang berencana untuk mengeksplorasi properti optimal untuk T1 agen kontras di bidang rendah. Pekerjaan di masa depan mungkin menggunakan sintesis nanopartikel khusus untuk membuat SPION dengan ukuran rekayasa dan sifat magnetik untuk meningkatkan T1 kontras pada kekuatan medan rendah tertentu.

Pencitraan otak

Di tempat lain di NIST, Kalina Jordanova dan rekannya telah berupaya memvalidasi metode untuk membuat gambar dengan medan magnet yang lebih lemah. Mereka baru-baru ini mengukur sifat-sifat jaringan otak pada kekuatan medan magnet rendah dalam sebuah penelitian terhadap lima sukarelawan pria dan lima sukarelawan wanita, dan melaporkan temuan mereka di jurnal Nature. Bahan Resonansi Magnetik dalam Fisika, Biologi dan Kedokteran.

Kalina Jordanova, Stephen Ogier dan Katy Keenan
Memajukan teknologi MRI Kalina Jordanova, Stephen Ogier dan Katy Keenan termasuk di antara peneliti NIST yang berupaya memajukan MRI menggunakan medan magnet berkekuatan rendah. (Sumber: R. Jacobson/NIST)

Tim mengumpulkan gambar MR 64 mT dari seluruh otak dan memperoleh data dari materi abu-abu, materi putih, dan cairan serebrospinal. Ketiga komponen otak ini merespons medan magnet rendah dengan cara berbeda dan menghasilkan sinyal berbeda yang mencerminkan sifat uniknya. Hal ini memungkinkan sistem MRI menghasilkan gambar yang berisi informasi kuantitatif tentang setiap konstituen.

“Dengan sistem MRI medan rendah, kontras gambarnya berbeda, jadi kita perlu mengetahui bagaimana jaringan manusia melihat kekuatan medan rendah ini,” kata Jordanova. “Mengetahui sifat kuantitatif jaringan memungkinkan kami mengembangkan strategi pengumpulan gambar baru untuk sistem MRI ini,” tambah rekan penulis Katy Keenan.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika