نانو ذرات مغناطیسی در تصویربرداری پزشکی (1)

Παρουσίαση με θέμα: "نانو ذرات مغناطیسی در تصویربرداری پزشکی (1)"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 نانو ذرات مغناطیسی در تصویربرداری پزشکی (1)
حورا نکونام، اسماعیل میرزایی

2 کاربردهای فناوری نانو نانوپزشکی 31

3 تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI)
MRI(magnetic resonance imaging ) ابزار قدرتمند پزشکی، در زمینه تشخیص می باشد.

4 تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI)
استراتژی اصلی برای درمان بیماری ها در تشخیص سریع آنها می باشد. هرچه بیماری در مراحل ابتدائی تر شناسایی شود، امید به درمان موفقیت آمیز آن بیشتر است.

5 تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI)
امکان تشخیص زودهنگام سرطان وانواع بیماری ها را فراهم می آورد.

6 اصول کنتراست MRI در MRI یک میدان مغناطیسی قوی بکار می رود که...
ممان های مغناطیسی پروتون در نمونه را هم جهت می کند و... یک مغناطیس پذیری به بزرگی M0 در راستای محور z (Mz) تولید می کند.

7 اصول کنتراست MRI یک پالس فرکانس رادیویی(RF) در فرکانس تشدید و با قابلیت انتقال انرژی به پروتون با چرخش ممان های مغناطیسی پروتون ها، باعث.... دور شدن آنها از محور Z و قرار گرفتن آنها در زاویه ای می شود که زاویه فلیپ نام دارد. انتخاب زاویه فلیپ وابسته به توالی تصویر برداری اعمالی می باشد... این زاویه عموماً در صفحه عرضی (صفحه xy) قرار می گیرد و باعث مغناطیس پذیری خالص Mxy می شود.

8 اصول کنتراست MRI با برداشتن RF ممان های مغناطیسی پروتون به حالت اول (تعادل) آسایش می یابند. زمان مورد نیاز برای آسایش ممان های مغناطیسی به حالت تعادل، که اصطلاحاً زمان آسایش نام دارد، به نوع بافت وابسته است.

9 اصول کنتراست MRI کنتراست MRI در بافت های نرم به علت تفاوت در موارد زیر است... دانسیته پروتون زمان آسایش اسپین-شبکه (T1) T1ثابت زمانی فرآیند بازیابی نمایی M0در راستای محور Z بعد از اعمال پالس RF می باشد. زمان آسایش اسپین-اسپین (T2) پروتون

10 اصول کنتراست MRI پروتون هایی که سریع آسایش می یابند (T1کوتاه دارند)...
مغناطیس پذیری کامل در جهت محور Z را دوباره ایجاد می کنند. سیگنال با شدت های بالا تولید می کنند.

11 اصول کنتراست MRI برای پروتون هایی که آهسته تر آسایش می یابند (T2طولانی دارند)... مغناطیس پذیری کامل قبل از برداشتن پالس RF، مجدداً ایجاد نمی شود و بنابراین... این پروتون ها به طور ذاتی سیگنال ضعیف تری تولید می کنند و منجر به ایجاد پدیده ای به نام اثر اشباع می شوند. تصاویر وزن T1 آناتومی را به خوبی نشان می دهند و هنگامی که تصاویر واضح از ساختار مورد نیاز است، ارجحیت دارند.

12 اصول کنتراست MRI T2 ، ثابت زمانی از بین رفتن نمایی مغناطیس پذیری عرضی (Mxy) بعد از اعمال پالس RF می باشد. T2 با مقدار زمان مورد نیاز ممان های مغناطیسی پروتون ها برای تغییر جهت و قرار گرقتن تصادفی در راستای صفحه xy بعد از اعمال RF ، مرتبط می باشد. نهایتاً منجر به ممان مغناطیسی خالص صفر در صفحه xy می شود.

13 اصول کنتراست MRI فرآیند بی فاز شدن، می تواند به وسیله موارد برشمرده در زیر ایجاد شود... ترکیب شدن ناهمگونی های موضعی میدان مغناطیسی در نتیجه بر همکنش مولکول های مجاور بوسیله اثرات ماکروسکوپیک مرتبط با تغییرات کوچک در میدان مغناطیسی خارجی

14 اصول کنتراست MRI وقتی که زمان بی فاز شدن ...
هم برای برهمکنش های مولکولی و هم برای ناهمگونی های میدان مغناطیسی خارجی محاسبه شود، اصطلاحاً به آن T2* گفته می شود. تصاویر تولید شده تصاویر با وزن T2* خوانده می شوند.

15 اصول کنتراست MRI تصاویر با وزن T2 با حذف اثرات بی فاز شدن مربوط به ناهمگونی های میدان خارجی تولید می شود و فقط برای برهمکنش های مولکولی محاسبه می شود. تصاویر وزن T2 زمانی که مایعات غیرنرمال در برابر زمینه بافت نرمال روشن ظاهر می شوند، اطلاعات پاتولوژیک خوبی می دهد.

16 اصول کنتراست MRI دلایل استفاده وسیع این روش تصویر برداری در پزشکی:
تفاوتهای موجود بین محتوای آب اندامها و بافتها تغییر در محتوای آب در خیلی از بیماریها طی روند آسیب رسانی

17 اصول کنتراست MRI دستگاه MRI لوله‌‌ای است که بوسیله آهنربای دایره‌ای شکل دواری احاطه شده است. این آهنربا میدان مغناطیسی ایجاد می کند. در اینجا امواج رادیویی با طول موجهای متفاوت سطح نمونه را اسکن می کنند.

18 اصول کنتراست MRI هنگامی که یک میدان مغناطیسی یکنواخت استفاده می شود...
هسته چرخشی در فرکانس لارمور (Larmor) دارد و از دو سطح انرژی بالا و پایین تشکیل می شود.

19 اصول کنتراست MRI نمونه با جذب انرژی از موج رادیویی هم فرکانس با تفاوت دو تراز... به حالت انرژی بالاتری می رود. در راستای میدان مغناطیسی خارجی قرار می گیرد. با قطع میدان، این هسته ها به حالت اولیه خود برمی گردند. در برگشت به سطح قبلی، امواج رادیویی ( (RFدر فرکانس Larmor را منتشر می کنند.

20 اصول کنتراست MRI سیگنال RF با سیم پیچ رادیو فرکانسی دریافت می‌شود.
این سیگنال میزان تفاوت بین دو سطح را نشان می دهد. سپس سیم امواج دریافتی را به جریان الکتریکی تبدیل می‌کند. این جریانها تقویت می‌شوند و به عنوان سیگنالهای MRI به رایانه داده می‌شود.

21 اصول کنتراست MRI رایانه با استفاده از سیستم تبدیلی به نام تبدیل فوریه این داده ها را به تصویر تبدیل می‌کنند. این تصویر بسیار دقیق است و تغییرات بسیار کوچک را نیز می‌تواند نشان دهد.

22 مزایای MRI غیر هجومی است. رزولوشن فضایی بالایی دارد.
توانایی توموگرافی چند بعدی دارد. و مشکل آن حساسیت پایین می باشد.

23 مزایای MRI توانایی تکنیک های مدرن MRI در تمایز بین بافت های بیمار، توموری و ملتهب به ... عامل کنتراست استفاده شده بستگی دارد.

24 مزایای MRI عوامل کنتراست که غالباً استفاده می شده است شامل...
یون های فلزی پارامغناطیس مثلMn2+,Fe3+ یا شلات های نادر زمین مثل Gd3+ می باشد. استفاده از این عوامل دارای معایبی است..

25 عوامل کنتراست در MRI در بیشتر بافت ها، تغییرات ذاتی T1 و T2 کوچک است و اغلب در کاربردهای بالینی.... از مواد خارجی برای تقویت کنتراست بین بافت هدف و بافتهای اطراف استفاده می شود. در حالی که تقریباً تمام عوامل کنتراست MRI بر هر دو زمان T1 و T2تاثیر دارند، اما... اثر عوامل کنتراست معمولاً بر روی یکی از زمان های T1 یا T2 برجسته تر است. این امرمنجر به تقسیم بندی این پروب ها به عوامل کنتراست T1 یا T2می شود.

26 عوامل کنتراست در MRI عوامل کنتراست T1برای افزایش شدت سیگنالی بکار می رود که باعث تقویت کنتراست مثبت در تصاویر وزن T1می شود. عوامل کنتراست T2شدت سیگنال را کاهش می دهند و منجر به تقویت کنتراست منفی در تصاویر وزن T2می شود.

27 عوامل کنتراست در MRI در حال حاضر بیشتر عوامل کنتراست مورد استفاده در بالین، مبتنی بر... شلاته های پارامغناطیس فلزات لانتانید مانند گادولینیم می باشد. حضور یون های پارامغناطیس نزدیک پروتون های آب... زمان آسایشT1 آنها را از طریق هماهنگی با مولکول های آب کاهش می دهد. باعث افزایش کنتراست می شود.

28 عوامل کنتراست در MRI با وجود اینکه که شلاته های گادولینیم به طور وسیع استفاده می شوند اما... زمان کوتاه در گردش خون آنها حساسیت ردیابی ضعیف نگرانی های مربوط به سمیت منجر به توسعه پیوسته نانوذرات مغناطیسی، به عنوان تقویت کننده های کنتراست شده است.

29 معایب عوامل کنتراست معمول در MRI
سمیت منگنز آزاد مشکلاتی در سیستم های مختلف بدن از جمله.. قلبی عروقی، سیستم عصبی مرکزی، ریه، کبد سمیت روی تولیدمثل و جنین را بدنبال دارد. گادولونیوم سمیت زیادی بر عملکرد کلیه دارد.

30 معایب عوامل کنتراست معمول در MRI
سمیت گادولونیوم آزاد.... زمان حضور در بدن بسیار کوتاهی دارند که بررسی را مشکل می کند. توانایی مشخص کردن کامل بافت ملتهب اترواسکلروزیس، متاستاز سرطان و نشان دادن مراحل بهبود حاصل از درمان را ندارد. این عوامل عملکرد منفردی دارند و قابلیت های دیگر مثل انتقال دارو را ندارند.

31 محاسن نانوذرات مغناطیسی به عنوان عوامل کنتراست
محاسن نانوذرات مغناطیسی به عنوان عوامل کنتراست سمیت پایینی دارند. زیست سازگارهستند، مثلاً... در استفاده از اکسید آهن چون مقدار آن نسبت به آهن بدن بسیار کمتر است... طبق مکانیسم های هموستاتیک آهن فیزیولوژیک متابولیزه می شود. تغییر چندانی در میزان آنزیم های کبدی و استرس اکسیداتیو به همراه ندارد. علاوه بر این استفاده از پوشش روی سطح سمیت آن را کمتر می کند .

32 محاسن نانوذرات مغناطیسی به عنوان عوامل کنتراست
تاثیر نانوذرات مغناطیسی بر استرس اکسیداتیو و میزان آنزیم های کبدی

33 محاسن نانوذرات مغناطیسی به عنوان عوامل کنتراست
مدت زمان حضور بالایی در خون دارند. با استفاده از پوششی در سطح می توان کلیرانس ذرات را به تعویق انداخت و مدت زمان حضور خونی را افزایش داد.

34 محاسن نانوذرات مغناطیسی به عنوان عوامل کنتراست
توانایی حمل انواع داروهای هیدروفوب مثل paclitaxel ,doxorubicin به بافت را نیز دارند.

35 محاسن نانوذرات مغناطیسی به عنوان عوامل کنتراست
کنتراست خوبی دارند. شکل زیرکنتراست بهتر در تصاویر با استفاده از نانو ذرات مغناطیسی را نشان می دهد.

36 چگونه نانوذرات مغناطیسی کنتراست تصاویر را بهبود می بخشند؟
چگونه نانوذرات مغناطیسی کنتراست تصاویر را بهبود می بخشند؟

37 چگونه نانوذرات مغناطیسی کنتراست تصاویر را بهبود می بخشند؟
چگونه نانوذرات مغناطیسی کنتراست تصاویر را بهبود می بخشند؟ این ذرات با ساختار کوچک خود منجر به کاهش زمان T1و T2 می شوند. این رخداد منجر به تیره شدن زمینه تصویر افزایش کنتراست و حساسیت می شود.

38 چگونه نانوذرات مغناطیسی کنتراست تصاویر را بهبود می بخشند؟
چگونه نانوذرات مغناطیسی کنتراست تصاویر را بهبود می بخشند؟ نانوذرات سوپر پارامغناطیس(SPM) در میدان مغناطیسی به کاررفته در MRI... اشباع مغناطیسی می شوند. قادر به تولید میدان دوقطبی مختل کننده موضعی هستند. لذا مقدار T1,T2 را کاهش می دهند.

39 چگونه نانوذرات مغناطیسی کنتراست تصاویر را بهبود می بخشند؟
چگونه نانوذرات مغناطیسی کنتراست تصاویر را بهبود می بخشند؟ واژه سوپرپارامغناطیس از طبیعت پارامغناطیس قوی ذرات با این سایز ناشی می شود. این ذرات وقتی تحت میدان مغناطیسی خارجی قرار می گیرند... مومنتوم ذرات در راستای میدان قرار می گیرد. جریان مغناطیسی را افزایش می دهد.

40 چگونه نانوذرات مغناطیسی کنتراست تصاویر را بهبود می بخشند؟
چگونه نانوذرات مغناطیسی کنتراست تصاویر را بهبود می بخشند؟ بنابراین، تصویرسازی از ذرات SPIO ها نیست، بلکه اثر آن روی آسایش طولی و عرضی از هسته های محیط اطراف می باشد. SPIO به ذرات آهن اکسید با خصوصیات سوپرپارامغناطیسی می گویند که از اندازه آنها در محدوده نانو منشا می گیرد. وقتی ذرات به محدوده سوپرپارامغناطیسی وارد می شوند، لوپ هیسترزیس را از دست می دهند، بنابراین شدیداً از میدان مغناطیسی خارجی تاثیر می پذیرند.

41 چگونه نانوذرات مغناطیسی کنتراست تصاویر را بهبود می بخشند؟
چگونه نانوذرات مغناطیسی کنتراست تصاویر را بهبود می بخشند؟ بعد از حذف میدان مغناطیسی، در جهت حذف پسماند های میدان، حرکات براونی جهت دهی تصادفی SPIO ها را موجب می شود. حرکات براونی از تجمع SPIO ها به دلیل جاذبه مغناطیسی جلوگیری می کند. با ایجاد پوشش در سطح نانوذرات با گروه های عملکردی خاص مثل آنتی بادی مونوکلونال و پروتئین .... اختصاصیت تشخیص و هیدروفیلیسیتی را درکاربری های MRI افزایش می دهند.

42 چگونه نانوذرات مغناطیسی کنتراست تصاویر را بهبود می بخشند؟
چگونه نانوذرات مغناطیسی کنتراست تصاویر را بهبود می بخشند؟ به این دلایل برای تقویت سیگنال از نانوذرات و نانوکریستال های مغناطیسی استفاده می کنند. ویژگی های نانومواد مصرفی در این خصوص: اندازه کوچک، مغناطیس قوی، زیست سازگاری و عملکرد فعال برای گیرنده در سال 2005 ایده استفاده از نانو ذرات آهن اکسید سوپرپارامغناطیس(SPIO) در MRI مطرح شد.

43 چگونه نانوذرات مغناطیسی کنتراست تصاویر را بهبود می بخشند؟
چگونه نانوذرات مغناطیسی کنتراست تصاویر را بهبود می بخشند؟ پروب های نانو ذرات مغناطیسی برای کاربردهای تصویربرداری در زیست پزشکی شامل موارد زیر می باشد: هسته SPIOهای با اندازه نانو از نوع مگنتیت (Fe3O4) و یا مگهمیت (γ- Fe2O3) است. مگنتیت همراه با پوششی از پلی ساکارید، پلیمر و یا مونومر سنتزی، کاربرد بیشتری دارد.

44 تصویربرداری ملکولی تکنولوژی در حال گسترش تصویر برداری ملکولی نقش اساسی در بخش پژوهشی و کاربردی علوم زیستی دارد. تصویر برداری ملکولی حد فاصل علوم زیستی و فیزیک است و با تسهیل برهم کنش تکنیک استفاده شده با ساختار زیستی در سطح ملکولی تصویر ایجاد می کند.

45 تصویربرداری ملکولی تصویربرداری ملکولی تعاریف مختلفی دارد.
به عنوان روشی غیر هجومی، کمی و تکرار پذیر... تصویربرداری از ماکروملکول های مورد نظر و یا پروسه های زیستی در موجودات زنده را فراهم می کند.

46 تصویربرداری ملکولی با توجه به اینکه بسیاری از پروسه های بیماری زا با تغییر پروفایل ملکولی و یا تغییر رفتار سلولی قبل از آثار آناتومی مشخص می شود، این روش ... پیش بینی با دقت بیشتر از سطح بیماری و امکان درمان توسط خود بیمار در جهت کاهش پروسه های درمانی بهبود فهم ما از برهم کنش سلول با محیط اطراف امکان تشخیص سریع بیماری توانایی نمایش تاثیر عامل درمانی

47 تصویربرداری ملکولی تصویر برداری ملکولی در هر دو بخش آزمایشگاهی و درمانی تاثیر ژرفی خواهد داشت.

48 تصویربرداری ملکولی انواع تکنیک های مختلف که از گسترده ترین تکنیک های تصویر برداری ملکولی قابل استفاده هستند: تصویربرداری نوری تصویر برداری هسته ای تصویربرداری رزونانس مغناطیسی

49 تصویربرداری ملکولی MRI اطلاعات آناتومیکی و مورفولوژیکی با رزولوشن فضایی بالا و عمق نفوذ بدون محدودیت را فراهم می کند. این ویژگی ها با استفاده ازعوامل افزایش دهنده تضاد مثل MNP ها صورت می پذیرد، تا سطح سلولی و ملکولی بهبود یابد.

50 تصویربرداری ملکولی حدود 45 سال است که ازذرات اکسید آهن به عنوان عامل کنتراست استفاده می شوند. توسعه سنتز و پوشش نانو ذرات مغناطیسی در دهه اخیر افزایش کاربردهای آنها را در مطالعات زیستی از جمله انواع زیر را ممکن ساخته است: به عنوان عوامل کنتراست اختصاصی سلول و بافت در تصویربرداری مغناطیسی ادغام خونی ردیابی سلولی تشخیص بیوملکول ها

51 بحث و نتیجه گیری MRIبر پایه....
بر هم کنش امواج رادیویی با سطح نمونه در حضور میدان مغناطیسی می باشد. می توان با دریافت و تبدیل امواج منتشر شده از پروتون های بافتی تصاویر دقیقی از بافت تهیه کرد. معایب عوامل کنتراستی که به طور معمول استفاده می شوند: سمیت، نیمه عمر پایین و عدم امکان عملکرد چندگانه محاسن نانوذرات مغناطیسی با سمیت پایین نیمه عمر بالا و عملکرد چندگانه و از همه مهمتر کنتراست بهتر

52 بحث و نتیجه گیری ساختار این ذرات شامل هسته مگنتیت و مگهمیت همراه با پوششی از پلی ساکارید، پلیمر و یا مونومر می باشد. استفاده از این ذرات زمان T1 و T2را کاهش داده و موجب افزایش کنتراست تصاویر می شود.

53

54