Obtenção de imagens quantitativas através da aplicação do problema inverso utilizando um sistema híbrido de magnetorresistores anisotrópicos e BAC - Alvarez, Marcelo Dante Tacconi [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2023)
Os avanços crescentes em técnicas biomagnéticas de imagem tornam cada vez mais viável o estudo de diversos parâmetros fisiológicos e anatômicos de forma não invasiva. Essas técnicas utilizam campos eletromagnéticos gerados por tecidos biológicos ou através de traçadores magnéticos (TM), que podem ser micro ou nanoparticulados. Dentro dessa última categoria, a técnica de Biossusceptometria de Corrente Alternada (BAC) se destaca por sua versatilidade, portabilidade e custo reduzido em comparação com técnicas de alto padrão. No seu desenvolvimento, a BAC foi principalmente empregada em medidas de parâmetros do trato gastrintestinal, como esvaziamento e atividade de contração gástrica. Ela também foi utilizada para mensuração de outros parâmetros fisiológicos, como perfil e tempo de circulação de nanopartículas magnéticas (NPMs) em animais com lesões renais, cerebrais e hepáticas induzidas, bem como em estudos de internalização celular e captação tecidual de NPM. Recentemente, estudos relacionados à solução e aplicação do problema inverso associado à técnica possibilitaram novas abordagens e investigações a partir da obtenção de imagens quantitativas de TMs. Isso torna necessário realizar atualizações quantitativas sobre estudos anteriores, explorando inclusive diferentes instrumentações e suas características no contexto da técnica BAC. Assim, o objetivo deste estudo foi resolver e aplicar o problema inverso associado ao sistema BAC-AMR Vetorial, que emprega sensores de magnetorresistência anisotrópicos (AMR - do inglês Anisotropic Magnetoresistance) para a detecção de campos magnéticos em três direções ortogonais. Devido às propriedades desse sistema, como o tamanho do sensor AMR e sua capacidade de detecção vetorial, foi possível obter imagens quantitativas de TM micro particulados (ferrita em pó) com melhor resolução espacial quando comparadas com o sistema BAC Convencional (sensor Mono canal). Além de proporcionar imagens quantitativas para fins de caracterização do método, esse sensor também demonstrou ser capaz de obter imagens quantitativas in vivo em modelo de ratos Wistar após ingestão de ração marcada. Dessa forma, este trabalho destaca a importância do desenvolvimento de novas instrumentações biomédicas versáteis e de baixo custo. Esses avanços abrem portas e têm um impacto significativo em estudos quantitativos tanto na pesquisa quanto na pré-clínica médica.

The increasing advancements in biomagnetic imaging techniques make it increasingly feasible to study various physiological and anatomical parameters non-invasively. These techniques utilize electromagnetic fields generated by biological tissues or through magnetic tracers (MT), which can be micro or nanoparticles. Within this latter category, the technique of Alternating Current Biosusceptometry (ACB) stands out for its versatility, portability, and reduced cost compared to high-standard techniques. In its development, ACB was mainly employed in measurements of parameters of the gastrointestinal tract, such as emptying and gastric contraction activity. It has also been used for measuring other physiological parameters, such as profile and circulation time of magnetic nanoparticles (MNPs) in animals with induced renal, cerebral, and hepatic lesions, as well as in studies of cellular internalization and tissue uptake of MNPs. Recently, studies related to the solution and application of the inverse problem associated with the technique have enabled new approaches and investigations through the acquisition of quantitative images of MTs. This makes it necessary to perform quantitative updates on previous studies, including exploring different instrumentations and their characteristics in the context of the ACB technique. Thus, the objective of this study was to solve and apply the inverse problem associated with the BAC-Vector AMR system, which employs anisotropic magnetoresistance (AMR) sensors for the detection of magnetic fields in three orthogonal directions. Due to the properties of this system, such as the size of the AMR sensor and its vector detection capability, it was possible to obtain quantitative images of micro-particulate MTs (powdered ferrite) with excellent spatial resolution when compared to the Conventional BAC system (Single-Channel sensor). In addition to providing quantitative images for method characterization purposes, this sensor also demonstrated the ability to obtain in vivo quantitative images of Wistar rats that ingested marked feed. Thus, this work highlights the importance of developing low-cost and versatile biomedical instrumentation. These advancements open doors and have a significant impact on quantitative studies in both research and medical pre-clinics.
Obtaining quantitative images through the application of the inverse problem using a hybrid system of anisotropic magnetoresistors and BAC
Keywords: Nanopartículas magnéticas; Instrumentação médica; Imagens quantitativas; Biossusceptometria AC; Magnetorresistores anisotrópicos; Problema inverso