Desenvolvimento e implementação de um sistema tomográfico para a reconstrução quantitativa de micro partículas magnéticas baseado em sensores de Biosusceptometria AC

Abstract

As micro e nano partículas magnéticas (MNPMs) são matérias com grande potencial para sistemas de entrega direcionada de fármaco, devido suas propriedades magnéticas e seu tamanho reduzido. Entretanto, para melhores informações e eficiência do processo de direcionamento é necessário técnicas capazes de detectar, localizar e imagiar as MNPMs dentro do organismo. Atualmente há algumas técnicas disponíveis, porém com algumas inviabilidades como alto custo, ausência de portabilidade e restrições para a experimentação animal. Desta maneira, a Biosusceptometria de Corrente Alternada (BAC) é uma técnica biomagnética capaz de detectar e realizar o imagiamento quantitativo das MNPMs in vitro, ex vivo, in vivo e em tempo real. Os resultados obtidos até o momento são reconstruções bidimensionais, restrita a aquisição em um único plano. Com o intuito de gerar imagens tomográficas e quantitativas utilizando a BAC, propomos um arranjo octogonal de bobinas detectoras e excitadoras disposto em uma geometria circular, possibilitando a aquisição em diferentes projeções. Esta configuração formada por múltiplas bobinas de detecção e excitação permitiu o teste de diferentes métodos e configurações de ativação das bobinas. Esses métodos permitiram uma análise mais profunda da estabilidade do problema inverso. Os resultados mostraram que a adição de bobinas de detecção resultou em uma melhor reconstrução, devido a quantidade de informações adicionadas no problema. Os resultados apresentados podem ter enormes impactos no desenvolvimento de futuras metodologias BAC que podem auxiliar no desenvolvimento de sistemas de entrega de medicamentos direcionados e possíveis aplicações in vivo de materiais micro e nano magnéticos.

Micro and nano magnetic particles (MNMPs) are materials with great potential for drug delivery systems and magnetic hyperthermia agents, due to their magnetic properties and small size. However, for better targeting process efficiency, techniques capable of detecting, locating and imaging MNPMs within the organism are necessary. Currently there are some techniques available, but with some disadvantages such as high cost, lack of portability, and restrictions for animal experimentation. Thus, Alternating Current Biosusceptometry (ACB) is an alternative biomagnetic technique capable of detecting and performing quantitative imaging of MNMPs in vitro, ex vivo, in vivo, and in realtime. So far, the ACB results presented were restricted to quantitative planar images. To generate quantitative tomographic images using the ACB, we propose an octagonal array of pick-up and excitation coils arranged in an octagonal geometry, enabling acquisition in different projections. This configuration formed by multiple pick-up and excitation coils allowed us to test different methods and setups of coils activation. These different methods and setups enabled a deeper analysis of the ACB inverse problem stability and details. The results showed that the addition of pick-up coils resulted in a better reconstruction due to the amount of information added to the problem. Here we show for the first time the ACB quantitative tomographic reconstruction of magnetic materials distribution. The data presented here can have huge impacts on the development of future ACB methodologies that may assist in developing targeted drug delivery systems and possible in vivo applications of micro and nano magnetic materials.