อนุภาคนาโนของเหล็กออกไซด์ช่วยเพิ่มความคมชัดในเครื่องสแกน MRI สนามต่ำ - Physics World

อนุภาคนาโนของเหล็กออกไซด์ช่วยเพิ่มความคมชัดในเครื่องสแกน MRI สนามต่ำ - Physics World

ประทับเวลา: 7 กันยายน 2023 5:00 น.

นักวิจัยของ NIST แซม โอเบอร์ดิก
สำรวจความแตกต่างของ MRI นักวิจัยของ NIST Samuel Oberdick และเพื่อนร่วมงานได้ทดสอบอนุภาคนาโนของเหล็กออกไซด์ที่สนามแม่เหล็กแรงต่ำ อนุภาคนาโนภายในสารละลายของเหลว (ดังภาพที่นี่) จะถูกดึงเข้าหาแม่เหล็กโดยอาศัยปฏิสัมพันธ์ระหว่างแม่เหล็กและแรงตึงผิว (เอื้อเฟื้อโดย: อาร์ วิลสัน/NIST)

ระบบ MRI แบบพกพาสนามต่ำ (1–100 mT) ที่สามารถทำการสแกนได้อย่างปลอดภัยนอกชุด MRI เฉพาะสามารถปฏิวัติการใช้รูปแบบการถ่ายภาพเพื่อการวินิจฉัยนี้ได้ นอกเหนือจากการบรรเทาความจำเป็นในการใช้ห้องถ่ายภาพ MRI โดยเฉพาะที่มีราคาแพงแล้ว เครื่องสแกนสนามต่ำยังมีราคาถูกกว่ามากและต้องการพื้นที่และพลังงานน้อยกว่าเครื่องสแกน MRI แบบดั้งเดิมที่ใช้แม่เหล็กยิ่งยวดแบบไครโอเจนิก ข้อได้เปรียบด้านต้นทุนดังกล่าวทำให้สามารถติดตั้งเครื่องสแกน MRI สนามต่ำในโรงพยาบาลและคลินิกที่มีความท้าทายทางเศรษฐกิจได้ ในขณะที่การพกพาอาจช่วยให้สามารถติดตั้งในรถพยาบาลหรือรถตู้พกพาที่ให้บริการในชุมชนห่างไกลได้

เครื่องสแกน MRI สนามต่ำ ณ จุดดูแลเชิงพาณิชย์เครื่องแรกคือของ Hyperfine ระบบถ่ายภาพ MR แบบพกพา Swoopซึ่งมีเครื่องหมาย CE และ US FDA 510k ได้รับการรับรองสำหรับการถ่ายภาพระบบประสาท Swoop ถูกนำมาใช้มากขึ้นในแผนกฉุกเฉินของโรงพยาบาลเพื่อถ่ายภาพผู้ป่วยที่มีอาการบาดเจ็บที่ศีรษะอย่างรุนแรงหรือสงสัยว่าเป็นโรคหลอดเลือดสมอง เครื่องสแกนแบบพกพานี้ทำงานที่ 64 mT ซึ่งต่ำกว่าสนามแม่เหล็กในเครื่องสแกน MRI ทั่วไปอย่างน้อย 20 เท่า

อย่างไรก็ตาม เพื่อขยายการใช้งานทางคลินิกของเครื่องสแกน MRI สนามต่ำ จำเป็นต้องมีสารคอนทราสต์ที่ดีกว่าเพื่อปรับปรุงคุณภาพของภาพ นอกจากนี้ จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อทำความเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างภาพในพื้นที่ต่ำกับคุณสมบัติของเนื้อเยื่อที่ซ่อนอยู่ในภาพเหล่านั้น

อนุภาคนาโนเป็นตัวแทนความเปรียบต่าง

นักวิจัยที่ สถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติ (NIST) ที่ มหาวิทยาลัยโคโลราโดโบลเดอ และ มหาวิทยาลัยฟลอเรนซ์ ได้พิจารณาแล้วว่าอนุภาคนาโนของเหล็กออกไซด์ซุปเปอร์พาราแมกเนติก (SPIONs) มีประสิทธิภาพเหนือกว่าสารคอนทราสต์ที่ใช้แกโดลิเนียมเชิงพาณิชย์อย่างมีนัยสำคัญ (กาโดบีเนต ไดเมกลูมีน หรือ Gd-BOPTA) ที่ใช้ในการตรวจด้วยเครื่องสแกน 3 T MRI กำลังเขียนอยู่ รายงานทางวิทยาศาสตร์โดยจะอธิบายคุณสมบัติของสารทึบรังสีที่มีธาตุเหล็กออกไซด์ในระหว่างการทำการสแกน MRI แบบสนามต่ำ

ประมาณ 25% ของการตรวจ MRI ทั้งหมดที่จุดแข็งของสนามทางคลินิกใช้สารคอนทราสต์ ซึ่งเป็นวัสดุแม่เหล็กที่ฉีดเข้าไปในผู้ป่วยเพื่อเพิ่มคอนทราสต์ของภาพ ทำให้สามารถแยกแยะลักษณะทางกายวิภาคตามระดับความสว่างหรือความมืดได้ สารตัดกันสามารถช่วยให้นักรังสีวิทยาระบุเนื้อเยื่อที่ไม่แข็งแรงโดยพิจารณาจากรูปแบบการเพิ่มประสิทธิภาพของ MR ของเนื้องอก ตัวอย่างเช่น หลอดเลือดของเนื้องอกสามารถสะสมคอนทราสต์ได้มากกว่าเนื้อเยื่อที่มีสุขภาพดี และเนื้องอกที่อาจมองไม่เห็นหากไม่มีคอนทราสต์อาจมองเห็นได้

ประสิทธิภาพของสารคอนทราสต์เกี่ยวข้องโดยตรงกับคุณสมบัติทางกายภาพและทางแม่เหล็ก ผู้เขียนนำ ซามูเอล โอเบอร์ดิคจาก NIST และมหาวิทยาลัยโคโลราโด โบลเดอร์ และผู้ร่วมเขียนคุณลักษณะ SPIONs ที่เคลือบด้วยกรดคาร์บอกซิลิกแบบ monodispersed ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ 4.9 ถึง 15.7 นาโนเมตร จุดมุ่งหมายของพวกเขาคือการทำความเข้าใจคุณสมบัติที่ขึ้นกับขนาดของ T1 ความแตกต่างที่ความแรงของสนามแม่เหล็กต่ำ (ภาพ MR ที่ถ่วงน้ำหนักด้วย T1 แสดงให้เห็นถึงความแตกต่างในเวลาผ่อนคลายตามยาวของเนื้อเยื่อ) ด้วยการถ่ายภาพ MRI Phantom พวกเขาพิจารณาคุณสมบัติคอนทราสต์ของ MRI ที่ 64 mT โดยใช้ระบบ Swoop และที่ 3 T โดยใช้เครื่องสแกนพรีคลินิก

นักวิจัยระบุว่าสารทึบรังสีที่ใช้ SPION มีคุณสมบัติที่ดีเช่น T1 สารตัดกันสำหรับ MRI สนามต่ำ ซึ่งแสดงการผ่อนคลายตามขนาดตามขนาด และมีประสิทธิภาพเหนือกว่า Gd-BOPTA เกือบเก้าเท่าที่อุณหภูมิห้อง และแปดเท่าที่อุณหภูมิทางสรีรวิทยา พวกเขายังตั้งข้อสังเกตอีกว่าการผ่อนคลายตามยาวของ SPION ที่ 64 mT เกือบจะมีลำดับความสำคัญที่ใหญ่กว่าที่ความแรงของสนามคลินิกมาตรฐานที่ 3 T ความผ่อนคลายที่สูงทำให้สามารถใช้คอนทราสต์ในปริมาณที่น้อยลงเพื่อสร้างเครื่องหมายสว่างที่มองเห็นได้บนภาพ MR

ทีมงานยังได้วัดสนามต่ำ T1 คุณสมบัติของ ferumoxytol ซึ่งเป็นการบำบัดด้วยอนุภาคนาโนของเหล็กออกไซด์สำหรับการขาดธาตุเหล็ก นอกจากนี้ Ferumoxytol ยังแสดงให้เห็นความแตกต่างที่เพิ่มขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับสารที่มีแกโดลิเนียมเป็นหลัก เนื่องจากได้รับการอนุมัติจาก FDA แล้ว จึงสามารถใช้ ferumoxytol นอกฉลากได้ทันทีเพื่อประเมิน T1 ความคมชัดของสารทึบแสงที่ใช้อนุภาคนาโนของเหล็กออกไซด์ในการศึกษาทางคลินิก

Oberdick แนะนำว่าขณะนี้ทีมงานวางแผนที่จะสำรวจคุณสมบัติที่เหมาะสมที่สุดสำหรับ T ที่ใช้ SPION1 สารตัดกันที่พื้นที่ต่ำ งานในอนาคตอาจใช้การสังเคราะห์อนุภาคนาโนแบบกำหนดเองเพื่อสร้าง SPIONs ที่มีขนาดทางวิศวกรรมและคุณสมบัติทางแม่เหล็กเพื่อเพิ่ม T1 ความคมชัดที่จุดแข็งของสนามข้อมูลต่ำจำเพาะ

การถ่ายภาพสมอง

ที่อื่นที่ NIST คาลีนา จอร์โนวา และเพื่อนร่วมงานได้ทำงานเพื่อตรวจสอบวิธีการสร้างภาพที่มีสนามแม่เหล็กอ่อนลง เมื่อเร็วๆ นี้ พวกเขาได้วัดคุณสมบัติของเนื้อเยื่อสมองที่มีความแรงของสนามแม่เหล็กต่ำในการศึกษาอาสาสมัครชาย XNUMX คนและหญิง XNUMX คน โดยรายงานผลการค้นพบของพวกเขาใน วัสดุเรโซแนนซ์แม่เหล็กในสาขาฟิสิกส์ ชีววิทยา และการแพทย์.

คาลินา จอร์โนวา, สตีเฟน โอจิเออร์ และเคที คีแนน
ความก้าวหน้าของเทคโนโลยี MRI Kalina Jordanova, Stephen Ogier และ Katy Keenan เป็นหนึ่งในนักวิจัยของ NIST ที่ทำงานเพื่อพัฒนา MRI โดยใช้สนามแม่เหล็กที่มีกำลังต่ำกว่า (เอื้อเฟื้อโดย: R. Jacobson/NIST)

ทีมงานได้รวบรวมภาพ MR ของสมองทั้งหมด 64 mT และได้รับข้อมูลจากสสารสีเทา สสารสีขาว และน้ำไขสันหลัง ส่วนประกอบของสมองทั้งสามนี้ตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กต่ำในรูปแบบที่แตกต่างกัน และสร้างสัญญาณที่โดดเด่นซึ่งสะท้อนถึงคุณสมบัติเฉพาะตัวของพวกมัน ช่วยให้ระบบ MRI สามารถสร้างภาพที่มีข้อมูลเชิงปริมาณเกี่ยวกับองค์ประกอบแต่ละส่วนได้

“ด้วยระบบ MRI ในสนามต่ำ คอนทราสต์ของภาพจะแตกต่างกัน ดังนั้นเราจึงจำเป็นต้องรู้ว่าเนื้อเยื่อของมนุษย์มองที่จุดแข็งของสนามที่ต่ำกว่าเหล่านี้อย่างไร” Jordanova กล่าว "การทราบคุณสมบัติเชิงปริมาณของเนื้อเยื่อช่วยให้เราสามารถพัฒนากลยุทธ์การรวบรวมภาพใหม่สำหรับระบบ MRI นี้" ผู้เขียนร่วมกล่าวเสริม เคที คีแนน.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์