Obrazowanie cząstek magnetycznych

Obrazowanie cząstek magnetycznych (ang. magnetic particle imaging, MPI) – nowa, wciąż rozwijana tomograficzna technika diagnostyczna, która pozwala na obrazowanie rozkładu przestrzennego nanocząstek superparamagnetycznych. Metoda została opracowana w 2001 r. przez naukowców z Philips Research Laboratories w Hamburgu. Teorię działania pierwszego system do obrazowania nanocząstek magnetycznych opublikowano na łamach Nature w 2005 roku^[1].

W detekcji wykorzystywana jest nieliniowa charakterystyka magnetyzacji superparamagnetyków opisywana funkcją Langevina^[2]. Wprowadzenie nanocząstek do badanej przestrzeni, pobudzanej sinusoidalnym polem magnetycznym ${\displaystyle H,}$ powoduje niesinusoidalne zmiany pola ${\displaystyle B.}$ Ośrodek pobudza się za pomocą cewki nadawczej, w której wymuszany jest prąd sinusoidalny. Sygnał odbierany w cewce odbiorczej (prawo indukcji elektromagnetycznej Faradaya) jest w przypadku ośrodka liniowego sinusoidalny, a w przypadku ośrodka nieliniowego (nanocząstki superparamagnetyczne) zawiera zniekształcenia harmoniczne. Amplituda składowych harmonicznych jest bardzo mała i wymaga specjalnych układów odbiorczych^[3].

Lokalizacja przestrzenna nanocząstek jest realizowana poprzez kodowanie przestrzeni silnym gradientowym polem magnetycznym generowanym przez dodatkowy zestaw cewek. Przy odpowiednio dobranej wielkości gradientu nanocząstki znajdujące się poza małym obszarem otaczającym punkt o zerowej wartości pola (tzw. punkt wolny od pola) znajdują się w stanie nasycenia. W takiej sytuacji zniekształcenia harmoniczne pochodzą tylko i wyłącznie od nanocząstek znajdujących się w obszarze otaczającym punkt wolny od pola. Za pomocą pary cewek dla każdej osi X,Y,Z można generować równomierne w przestrzeni pole magnetyczne o różnej amplitudzie i w ten sposób przesuwać punkt wolny od pola w każdej z osi. Przesuwając punkt wolny od pola w przestrzeni można uzyskać trójwymiarową mapę koncentracji nanocząstek. Istnieje również koncepcja skanowania przestrzeni za pomocą tak zwanej linii o zerowej wartości pola wymagająca rozwiązania przekształcenia odwrotnego^[4].

Do obrazowania najczęściej używane są nanocząstki tlenku żelaza (SPION – super-paramagnetic iron oxide nanoparticle) o średnicach z zakresu 10–100 nm, powlekane biokompatybilnym polimerem. Łączenie nanocząstek z molekułami biologicznymi umożliwia tworzenie magnetofarmaceutyków, które mogą być wykorzystywane w badaniach procesów biologicznych i fizjologicznych. W tym celu powinno się wprowadzić magnetofarmaceutyk do organizmu i obserwować rozkład przestrzenny w funkcji czasu. Ocenia się, że ze względu na czułość pomiarów MPI może stać się jedną z technik obrazowania molekularnego obok jednofotonowej tomografii emisyjnej i tomografii pozytonowej^[5].

• obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego