Novas abordagens de sequenciamento de ativação de bobinas eletromagnéticas para a otimização do problema inverso e imagens quantitativas atrelados à biosusceptometria AC - Deleigo, Ana Vitória Ferreira [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023)
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.
New approaches to coil activation sequencing for electromagnetic optimization of inverse problems and quantitative imaging linked to AC biosusceptometry
Keywords: Biosusceptometria AC; Bobinas magnetizantes; Simulação computacional