Hạt nano oxit sắt tăng cường độ tương phản trong máy quét MRI trường thấp – Vật lý Thế giới

Hạt nano oxit sắt tăng cường độ tương phản trong máy quét MRI trường thấp – Vật lý Thế giới

Dấu thời gian: Ngày 7 tháng 2023 năm 5 00:XNUMX AM

Nhà nghiên cứu NIST Sam Oberdick
Khám phá sự tương phản của MRI Nhà nghiên cứu Samuel Oberdick của NIST và các đồng nghiệp đã thử nghiệm các hạt nano oxit sắt ở từ trường cường độ thấp. Các hạt nano bên trong dung dịch lỏng (trong hình) bị kéo về phía nam châm thông qua sự kết hợp giữa tương tác từ và sức căng bề mặt. (Được phép: R Wilson/NIST)

Các hệ thống MRI di động, trường thấp (1–100 mT) có thể thực hiện quét một cách an toàn bên ngoài bộ MRI chuyên dụng có thể cách mạng hóa việc sử dụng phương thức chẩn đoán hình ảnh này. Ngoài việc giảm bớt nhu cầu về phòng chụp ảnh chuyên dụng cho MRI đắt tiền, máy quét trường thấp có chi phí thấp hơn nhiều và cần ít không gian cũng như năng lượng hơn so với máy quét MRI truyền thống dựa vào nam châm siêu dẫn đông lạnh. Những lợi thế về chi phí như vậy khiến việc triển khai máy quét MRI cường độ thấp ở các bệnh viện và phòng khám gặp khó khăn về mặt kinh tế trở nên khả thi, trong khi tính di động của chúng có thể cho phép lắp đặt trên xe cứu thương hoặc xe tải di động phục vụ các cộng đồng ở vùng sâu vùng xa.

Máy quét MRI trường thấp tại điểm chăm sóc thương mại đầu tiên là của Hyperfine Hệ thống chụp ảnh MR di động Swoop, có chứng nhận CE Mark và FDA Hoa Kỳ 510k cho chẩn đoán hình ảnh thần kinh. Swoop ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các khoa cấp cứu của bệnh viện để chụp ảnh các bệnh nhân bị chấn thương đầu nặng hoặc nghi ngờ bị đột quỵ. Máy quét di động này hoạt động ở mức 64 mT - thấp hơn ít nhất 20 lần so với từ trường trong máy quét MRI thông thường.

Tuy nhiên, để mở rộng ứng dụng lâm sàng của máy quét MRI trường thấp, cần có chất tương phản tốt hơn để cải thiện chất lượng hình ảnh. Ngoài ra, cần có nhiều nghiên cứu hơn để hiểu mối quan hệ giữa hình ảnh trường thấp và các đặc tính mô cơ bản mà chúng thể hiện.

Hạt nano làm chất tương phản

Các nhà nghiên cứu tại Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ (NIST), Đại học Colorado Boulder và Đại học Florence đã xác định rằng các hạt nano oxit sắt siêu thuận từ (SPION) hoạt động tốt hơn đáng kể so với chất tương phản dựa trên gadolinium thương mại (gadobenate dimeglumine, hoặc Gd-BOPTA) được sử dụng để kiểm tra trên máy quét MRI 3 T. Viết bằng Báo cáo khoa học, họ mô tả các đặc tính của chất tương phản gốc oxit sắt trong quá trình chụp MRI trường thấp.

Khoảng 25% trong số tất cả các cuộc kiểm tra MRI ở lĩnh vực lâm sàng mạnh sử dụng chất tương phản – vật liệu từ tính được tiêm vào bệnh nhân để tăng cường độ tương phản hình ảnh, cho phép phân biệt các đặc điểm giải phẫu theo mức độ sáng hoặc tối của chúng. Chất cản quang có thể giúp bác sĩ X quang xác định mô không khỏe mạnh dựa trên mô hình tăng cường MR của khối u. Ví dụ, mạch máu của khối u có thể tích tụ nhiều độ tương phản hơn mô khỏe mạnh và khối u có thể không nhìn thấy được nếu không có độ tương phản có thể nhìn thấy được.

Hiệu quả của chất tương phản liên quan trực tiếp đến tính chất vật lý và từ tính của nó. Tác giả chính Samuel Oberdick, từ NIST và Đại học Colorado Boulder, và các đồng tác giả đã mô tả SPION được phủ axit cacboxylic đơn phân tán với đường kính nằm trong khoảng từ 4.9 đến 15.7 nm. Mục đích của họ là tìm hiểu các đặc tính phụ thuộc vào kích thước của T1 độ tương phản ở cường độ trường thấp (ảnh MR T1W cho thấy sự khác biệt về thời gian thư giãn theo chiều dọc của mô). Bằng cách chụp ảnh bóng ma MRI, họ đã xác định được đặc tính tương phản MRI ở mức 64 mT bằng hệ thống Swoop và ở mức 3 T bằng máy quét tiền lâm sàng.

Các nhà nghiên cứu xác định rằng các chất tương phản dựa trên SPION thể hiện những phẩm chất thuận lợi như T1 chất tương phản cho MRI trường thấp, thể hiện độ giãn theo chiều dọc phụ thuộc vào kích thước và vượt trội so với Gd-BOPTA gần chín lần ở nhiệt độ phòng và tám lần ở nhiệt độ sinh lý. Họ cũng quan sát thấy rằng độ giãn theo chiều dọc của SPION ở 64 mT gần như lớn hơn một bậc so với cường độ trường lâm sàng tiêu chuẩn là 3 T. Độ giãn cao cho phép sử dụng lượng tương phản nhỏ hơn để tạo ra các điểm sáng có thể nhận biết được trên hình ảnh MRI.

Nhóm nghiên cứu cũng đo T trường thấp1 tính chất của ferumoxytol, một phương pháp điều trị dựa trên hạt nano oxit sắt để điều trị tình trạng thiếu sắt. Ferumoxytol cũng cho thấy độ tương phản được tăng cường so với tác nhân gốc gadolinium. Bởi vì nó đã được FDA chấp thuận nên ferumoxytol có thể ngay lập tức được sử dụng ngoài nhãn hiệu để đánh giá T1 độ tương phản của các chất tương phản dựa trên hạt nano oxit sắt trong các nghiên cứu lâm sàng.

Oberdick khuyên rằng nhóm hiện có kế hoạch khám phá các đặc tính tối ưu cho T dựa trên SPION1 chất tương phản ở trường thấp. Công việc trong tương lai có thể sử dụng sự tổng hợp tùy chỉnh các hạt nano để tạo ra SPION với kích thước được thiết kế và tính chất từ ​​tính để tăng T1 độ tương phản ở cường độ trường thấp cụ thể.

Hình ảnh não

Ở những nơi khác tại NIST, Kalina Jordanova và các đồng nghiệp đang nỗ lực xác nhận các phương pháp tạo ra hình ảnh có từ trường yếu hơn. Gần đây, họ đã đo các đặc tính của mô não ở cường độ từ trường thấp trong một nghiên cứu trên XNUMX tình nguyện viên nam và XNUMX nữ, báo cáo phát hiện của họ trong Vật liệu cộng hưởng từ trong Vật lý, Sinh học và Y học.

Kalina Jordanova, Stephen Ogier và Katy Keenan
Công nghệ MRI tiên tiến Kalina Jordanova, Stephen Ogier và Katy Keenan nằm trong số các nhà nghiên cứu của NIST đang nỗ lực cải tiến MRI bằng cách sử dụng từ trường cường độ thấp hơn. (Được phép: R. Jacobson/NIST)

Nhóm nghiên cứu đã thu thập hình ảnh MR 64 mT của toàn bộ não và thu được dữ liệu từ chất xám, chất trắng và dịch não tủy. Ba thành phần não này phản ứng với từ trường thấp theo những cách khác nhau và tạo ra các tín hiệu đặc biệt phản ánh đặc tính độc đáo của chúng. Điều này cho phép hệ thống MRI tạo ra hình ảnh chứa thông tin định lượng về từng thành phần.

Jordanova cho biết: “Với các hệ thống MRI trường thấp, độ tương phản của hình ảnh là khác nhau, vì vậy chúng tôi cần biết mô của con người trông như thế nào với các cường độ trường thấp hơn này”. Đồng tác giả cho biết thêm: “Biết được các đặc tính định lượng của mô cho phép chúng tôi phát triển các chiến lược thu thập hình ảnh mới cho hệ thống MRI này”. Katy Keenan.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý