Feldverteilung magnetischer Dipole als Modell magnetisch markierter Zellen in der MRT

ZusammenfassungDie Verzerrung des Grundmagnetfeldes durch einzelne magnetisch markierte Zellen führt zu einer schnellen Dephasierung der transversalen Magnetisierung in der Magnetresonanztomographie (MRT).ZielEs sollte mit Hilfe eines numerischen Modells analysiert werden, wie sich eine unterschiedliche Verteilung der magnetischen Partikel innerhalb einer Zelle auf die in der Umgebung der Zelle vorhandene Feldstörung auswirkt.MethodenEffekte verschiedener geometrischer Anordnungen magnetischer Momente auf die extrazelluläre Magnetfeldstörung einer einzelnen markierten Zelle wurden untersucht. Dabei wurde das magnetische Gesamtmoment auf eine unterschiedliche Anzahl intrazellulärer magnetischer Subkompartimente verteilt. Die Frequenzverteilung und der statische MR-Signalzerfall wurden berechnet.ErgebnisseLediglich in unmittelbarer Nähe zur markierten Zelle wurde die lokale Feldstörung von der intrazellulären Verteilung der Partikel beeinflusst. Mit zunehmender Entfernung zur Zelle wurden nachlassende Effekte der Partikelverteilung gefunden. Einzelne markierte Zellen führten zu Abweichungen von lorentzförmigen Verteilungen der Resonanzfrequenzen.SchlussfolgerungDie Feldverteilung einer magnetisch markierten Zelle entspricht näherungsweise dem Dipolfeld einer homogen magnetisierten Kugel mit gleichem magnetischem Gesamtmoment.

Due to the creation of intense local magnetic fields, iron oxide nanoparticles are used as a contrast agent to produce signal loss in Magnetic Resonance Imaging (MRI) in regions where labelled cells have migrated.ObjectiveTo study effects of the intracellular distribution of magnetic moments on the extracellular magnetic field by means of numerical simulations.MethodsVarious geometries of intracellular particle distributions were scrutinized and the extracellular field distortions were computed. The total magnetic moment of a labelled cell was assigned to various magnetic subcompartments. The implications on the intravoxel frequency distribution and the static MR signal decay were assessed.ResultsThe extracellular field perturbation was affected by the intracellular particle distribution only in close proximity to the labelled cell. With increasing distance from the labelled cell, the effects of the intracellular particle distribution were less pronounced. The intravoxel frequency distribution induced by a single labelled cell was non-lorentzian.ConclusionThe magnetic fields created by an iron loaded cell are sensitive to the intracellular distribution of nanoparticles only in close proximity to the cell. Far from the cell the field perturbation cannot be distinguished from the magnetic dipole field produced by a magnetic sphere with the same total magnetic moment.