Магнитно-резонансная микроскопия

Магнитно-резонансная микроскопия (МРМ, μМРТ) — это магнитно-резонансная томография (МРТ) на микроскопическом уровне вплоть до масштаба микрон. ^[2] Первым определением МРТ было МРТ с разрешением вокселей лучше 100 мкм. ^[3]

Номенклатура

Магнитно-резонансная микроскопия относится к МРТ-визуализации с очень высоким разрешением (вплоть до нанометрового масштаба, в некоторых случаях сопоставимого с гистопатологией). Термин МР-микроскопия наиболее широко используется кафедрой магнитно-резонансной томографии высокого разрешения в Университете Дьюка, возглавляемой доктором Г. Алланом Джонсоном, и группой Национальной лаборатории высоких магнитных полей в AMRIS, Университете Флориды/Университете штата Флорида. ^[4]

Различия между МРТ и МРМ

МРМ представляют собой более высокую ступень эволюции МРТ
MRM использует гораздо более сильное магнитное поле, которое проводится в гораздо меньших масштабах. ^[5]
Разрешение : Разрешение медицинской МРТ обычно составляет около 1 мм; требуемое разрешение МРТ составляет 100 мкм или меньше до 10 мкм, что сопоставимо с гистологией.
Размер образца: Медицинские аппараты МРТ спроектированы таким образом, чтобы пациент мог поместиться внутри. Камеры МРТ обычно небольшие, обычно менее 1 см3 ^для визуализации крыс, мышей и грызунов. Компания BrukerBio Spin Company, Биллерика, Массачусетс, специализируется на поставке различных зондов для микровизуализации (5 мм – 75 мм) для визуализации ex vivo/in vivo выделенных биологических образцов. ^[6]

Текущее состояние MRM

Хотя МРТ очень распространена в медицинских приложениях, ММР все еще разрабатывается в лабораториях вплоть до резонансных частот 1000 МГц ^[1] (для ядерного магнитного резонанса; электронный магнитный резонанс обычно работает на гораздо более высоких частотах). Основные препятствия для практического ММР включают:

Градиент магнитного поля : Высокий градиентный фокус магнитного резонанса в меньшем объеме (меньшая функция рассеяния точки ) приводит к лучшему пространственному разрешению. Градиенты для MRM обычно в 50–100 раз больше, чем у клинических систем. Однако конструкция радиочастотных (РЧ) катушек, используемых в MRM, не позволяет использовать сверхвысокие градиенты.
Чувствительность : поскольку вокселы для МРТ могут составлять 1/100 000 от вокселей в МРТ, сигнал пропорционально слабее. ^[7]^[8]^[9]

Альтернативный МРМ

Магнитно-резонансная силовая микроскопия (MRFM) имеет разрешение в нм-шкале. Она улучшает проблему чувствительности, вводя микроизготовленные кантилеверы для измерения крошечных сигналов. Магнитный градиент генерируется магнитным наконечником микрометрового масштаба, что дает типичный градиент в 10 миллионов раз больше, чем у клинических систем. Эта технология все еще находится на ранней стадии разработки. Поскольку образец должен находиться в высоком вакууме при криогенных температурах, MRFM можно использовать только для твердотельных материалов.

Ссылки

^ Ли, Чунг Х.; Бенгтссон, Никлас; Чжановски, Стивен М.; Флинт, Джереми Дж.; Уолтер, Гленн А.; Блэкбэнд, Стивен Дж. (2017). «Магнитно-резонансная микроскопия (МРМ) отдельных миофибрилл млекопитающих и миоядер». Scientific Reports . 7 : 39496. Bibcode :2017NatSR...739496L. doi :10.1038/srep39496. PMC 5206738 . PMID 28045071.
^ Шарма, Р. (2009). «Микровизуализация кожи безволосой крысы с помощью магнитного резонанса на частоте 900 МГц» (PDF) . Магнитно-резонансная томография . 27 (2): 240–55 . doi :10.1016/j.mri.2008.06.013. PMID 18775619.
^ Гловер, Пол; Мэнсфилд, сэр Питер (2002). «Пределы магнитно-резонансной микроскопии». Reports on Progress in Physics . 65 (10): 1489. Bibcode : 2002RPPh...65.1489G. doi : 10.1088/0034-4885/65/10/203. S2CID 250824265.
^ Шарма, Ракеш; Шарма, Авдхеш (2011). «21,1 Тесла Магнитно-резонансный томограф и интерпретация изображений: первый отчет о научном прогрессе». Последние патенты на медицинскую визуализацию . 1 (2): 89. doi :10.2174/1877613211101020089.
^ "Магнитно-резонансная микроскопия (МРМ) | Энциклопедия проекта "Эмбрион"". Embryo.asu.edu . Энциклопедия проекта "Эмбрион" . Получено 11 октября 2021 г. .
^ Шарма, Р.; Локк, Б. Р. (2010). «Токсичность реактивного топлива: повреждение кожи, измеренное с помощью 900-МГц МРТ-микроскопии кожи и визуализации с помощью обработки 3D-изображений МРТ». Магнитно-резонансная томография . 28 (7): 1030–48 . doi :10.1016/j.mri.2010.03.045. PMID 20663627.
^ Маронпот, Роберт Р.; Силлс, Роберт К.; Джонсон, Г. Аллан (2004). «Применение магнитно-резонансной микроскопии» (PDF) . Токсикологическая патология . 32 (5): 42– 8. CiteSeerX 10.1.1.1029.6047 . doi :10.1080/01926230490451707. PMID 15503663. S2CID 233584.
^ Шарма, Р. Физическая основа гадолиний-индуцированного нефрофиброза кожи: тестирование с помощью анализа таргетинга белка гадолиния и магнитно-резонансной микроскопии на основе наночастиц оксида железа. ISRN Дерматология. 1
^ Шарма, Р. (2010). «Критерии тестирования возраста кожи: характеристика структур кожи человека с помощью 500 МГц МРТ с множественным контрастом и обработкой изображений». Физика в медицине и биологии . 55 (14): 3959–79 . Bibcode : 2010PMB....55.3959S. doi : 10.1088/0031-9155/55/14/002. PMID 20577039. S2CID 25447408.

Внешние ссылки

Введение в магнитно-резонансную микроскопию. Лаборатория слуховых исследований в Университете Северной Каролины.

[1] Ли, Чунг Х.; Бенгтссон, Никлас; Чжановски, Стивен М.; Флинт, Джереми Дж.; Уолтер, Гленн А.; Блэкбэнд, Стивен Дж. (2017). «Магнитно-резонансная микроскопия (МРМ) отдельных миофибрилл млекопитающих и миоядер». Scientific Reports . 7 : 39496. Bibcode :2017NatSR...739496L. doi :10.1038/srep39496. PMC 5206738 . PMID 28045071.

[2] Шарма, Р. (2009). «Микровизуализация кожи безволосой крысы с помощью магнитного резонанса на частоте 900 МГц» (PDF) . Магнитно-резонансная томография . 27 (2): 240–55 . doi :10.1016/j.mri.2008.06.013. PMID 18775619.

[3] Гловер, Пол; Мэнсфилд, сэр Питер (2002). «Пределы магнитно-резонансной микроскопии». Reports on Progress in Physics . 65 (10): 1489. Bibcode : 2002RPPh...65.1489G. doi : 10.1088/0034-4885/65/10/203. S2CID 250824265.

[4] Шарма, Ракеш; Шарма, Авдхеш (2011). «21,1 Тесла Магнитно-резонансный томограф и интерпретация изображений: первый отчет о научном прогрессе». Последние патенты на медицинскую визуализацию . 1 (2): 89. doi :10.2174/1877613211101020089.

[5] "Магнитно-резонансная микроскопия (МРМ) | Энциклопедия проекта "Эмбрион"". Embryo.asu.edu . Энциклопедия проекта "Эмбрион" . Получено 11 октября 2021 г. .

[6] Шарма, Р.; Локк, Б. Р. (2010). «Токсичность реактивного топлива: повреждение кожи, измеренное с помощью 900-МГц МРТ-микроскопии кожи и визуализации с помощью обработки 3D-изображений МРТ». Магнитно-резонансная томография . 28 (7): 1030–48 . doi :10.1016/j.mri.2010.03.045. PMID 20663627.

[7] Маронпот, Роберт Р.; Силлс, Роберт К.; Джонсон, Г. Аллан (2004). «Применение магнитно-резонансной микроскопии» (PDF) . Токсикологическая патология . 32 (5): 42– 8. CiteSeerX 10.1.1.1029.6047 . doi :10.1080/01926230490451707. PMID 15503663. S2CID 233584.

[8] Шарма, Р. Физическая основа гадолиний-индуцированного нефрофиброза кожи: тестирование с помощью анализа таргетинга белка гадолиния и магнитно-резонансной микроскопии на основе наночастиц оксида железа. ISRN Дерматология. 1

[9] Шарма, Р. (2010). «Критерии тестирования возраста кожи: характеристика структур кожи человека с помощью 500 МГц МРТ с множественным контрастом и обработкой изображений». Физика в медицине и биологии . 55 (14): 3959–79 . Bibcode : 2010PMB....55.3959S. doi : 10.1088/0031-9155/55/14/002. PMID 20577039. S2CID 25447408.