Novas abordagens de sequenciamento de ativação de bobinas eletromagnéticas para a otimização do problema inverso e imagens quantitativas atrelados à biosusceptometria AC

Abstract

As nanopartículas magnéticas (MNPs, do inglês magnetic nanoparticles) possuem uma vasta gama de aplicações na área biomédica. Essas nanopartículas magnéticas podem ser projetadas para se ligarem a medicamentos e realizar distribuições controladas em áreas específicas. A utilização de campos magnéticos externos permite localizar a acumulação das MNPs, possibilitando o uso de técnicas de detecção e quantificação dessas nanopartículas distribuídas em ambientes biológicos. Atualmente existem técnicas consideradas padrão ouro, mas que apresentam alto custo instrumental e operacional. A biosusceptometria AC (BAC) é uma técnica biomagnética fundamentada em magnetizar e detectar traçadores magnéticos em meios biológicos através de bobinas de indução. Somente recentemente foram criados métodos computacionais e matemáticos mais robustos, possibilitando a reconstrução quantitativa de distribuições de MNPs com maior resolução espacial e sensibilidade. O modelo apresentado para reconstruções quantitativas via BAC é a resolução do problema inverso associado à técnica. Em técnicas como a magnetorelaxometria (MRX) foi mostrado que a inclusão de arranjos de múltiplas bobinas magnetizantes pode aprimorar a reconstrução de distribuições de MNPs. Também existem trabalhos na literatura sobre a otimização do sequenciamento das bobinas magnetizantes, a fim de reduzir o tempo de aquisição e melhorar a performance da reconstrução quantitativa. A performance dos sequenciamentos pode ser avaliada com base em parâmetros relacionados à eficácia do método, independentemente das características das MNPs. Considerando as similaridades da BAC com a MRX, é esperado que protocolos similares possam ser implementados à BAC. Dessa forma, os objetivos deste estudo incluem a criação de novos métodos de instrumentação BAC que empregam um conjunto de bobinas magnetizantes que podem ser ativadas em sequências, bem como a identificação das sequências de ativação que aprimoram a qualidade das imagens reconstruídas por meio do problema inverso. Os resultados mostraram que as três metodologias se mostraram capazes de realizar com precisão a quantificação e reconstrução das geometrias propostas e que a segunda sequência de ativação proposta otimiza a metodologia BSC escaneando com 9 bobinas magnetizantes fixa. As metodologias sugeridas representam inovações no campo e já comprovaram sua eficácia. Dado o número limitado de sequenciamentos propostos, cria-se expectativas da aplicação de métodos heurísticos em estudos futuros para uma melhor otimização.