Manyetik Parçacık Görüntüleme (MPG), 2005 yılında ortaya çıkan yeni bir görüntüleme yöntemidir. MPG ile farklı yollarla vücuda verilebilen (damar yolu, solunum, lokal enjeksiyon, vb.) manyetik nanoparçacıklar manyetik alanlar kullanılarak görüntülenebilmektedir. MPG’nin, vücuda zararı olmayan demir oksit tabanlı nanoparçacıkların kullanılması, yüksek çözünürlüklü görüntülerin gerçek zamanlı veya gerçek zamana yakın olarak elde edilebilmesi, derinlik kısıtı olmaksızın vücudun herhangi bir bölgesinin görüntülenebilmesi ve iyonlaştırıcı radyasyon kullanılmaması gibi avantajları bulunmaktadır. MPG’nin anjiyografi, tümör görüntüleme, vücut içi kanamaların görüntülenmesi, kök hücre takibi, fonksiyonel beyin görüntülemesi gibi çok çeşitli tıbbi uygulamalarda kullanımına yönelik araştırma çalışmaları devam etmektedir.
Manyetik Parçacık Görüntüleme Yönteminin Temel Çalışma Prensipleri
Çapları 5 nm ile 100 nm arasında değişen manyetik nanoparçacıklar, genellikle demir oksit (Fe304/Fe2O3) bir çekirdek ile bu çekirdeğin etrafına kaplanmış bir polimerden oluşur. Bu çaplarda demiroksit süperparamanyetik özellik göstermektedir. Yani ortamda manyetik alan yokken ortalama manyetizasyonları sıfır iken, manyetik alan uygulandığında bu alan doğrultusunda hızlı bir şekilde mıknatıslanırlar. Çekirdeklerin polimer ile kaplanması, parçacıkların birleşmesini önler ve vücudun bağışıklık sistemi tarafından algılanarak yok edilmesi engeller. Bu sayede nanoparçacıkların vücut içinde dolaşım süresi uzatılır. Ayrıca, polimerlere antikor, ilaç, enzim, nükleik asit gibi moleküller bağlanarak nanoparçacıkların fonksiyonelleştirilmesi mümkündür. Böylece, parçacıklara vücut dışından görüntülenme, hedef hücrelere bağlanma (örn. tümör hücreleri), ilaç taşıma ve salınımı gibi özellikler kazandırılabilmektedir.
Manyetik Parçacık Görüntüleme, isminden dolayı Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG) ile karıştırılabilmektedir. Ancak bu iki yöntem hem çalışma prensibi, hem de elde edilen görüntüler bakımından birbirinden tamamen farklıdır. MRG’de dokular anatomik olarak görüntülenirken MPG görüntülerinde dokular görünmez, sadece vücuda verilen manyetik nanoparçacıklar görüntülenir. Böylece anatomik görüntü ile nanoparçacık görüntüsü birbirine karışmaz ve mutlak nanoparçacık yoğunluğuna bağlı görüntüleme yapılabilir.
MPG yönteminde, görüntülenen bölgede manyetik alanın sıfırlandığı bir bölge (Manyetik alansız bölge - MAB) oluşturulur. MAB civarında manyetik alan yoğunluğu düşük olduğundan, bu bölgede bulunan nanoparçacıkların manyetizasyon vektörleri rastgele yönlerdedir. MAB’dan uzaklaştıkça manyetik alan yoğunluğu artar. Yoğun manyetik alanda bulunan nanoparçacıkların manyetizasyonu, uygulanan manyetik alan ile aynı yönde hizalanmış durumdadır (manyetik doygunluk hali). Zamanla değişen bir homojen manyetik alan uygulandığında MAB dışındaki nanoparçacıklar doygun durumda olduğundan bu manyetik alan tepki veremez. MAB etrafındaki nanoparçacıklar ise hızlı bir şekilde tepki vererek manyetize olur. Bu manyetizasyon sinyali alma bobinleri kullanılarak alınır. MAB, görüntüleme bölgesi içinde elektronik ve/veya mekanik olarak taranarak nanoparçacık yoğunluğu ile orantılı bir görüntü elde edilir.
ASELSAN’da yapılan çalışmalar
Dünyada henüz insan boyutunda ticari bir MPG cihazı bulunmamaktadır. ASELSAN Araştırma Merkezi’nde özgün bir prototip MPG sistemi geliştirilmiştir. Girişimsel uygulamalar da göz önüne alınarak yeni bir kenarları açık sistem mimarisi önerilmiş ve ABD patenti alınmıştır. Bu sistemde çizgisel bir manyetik alansız bölge doku içinde taranmaktadır, bu sayede yüksek sinyal gürültü oranı elde edilmekte, ayrıca geniş bölgelerin daha hızlı taranması mümkün olmaktadır. Bununla birlikte, kenarları açık konfigürasyonlar, hastalar için kapalı sistemlere göre çok daha konforludur. 60 mm çaplı bir bölgede tarama yapabilen ASELSAN MPG prototip sisteminde küçük hayvan deneylerinin yapılmasına mümkün olabilecektir. Sistemde çözünürlük ve hassasiyet ölçümleri yapılmış, damar tıkanıklığı tespitinin yapılabilirliğini göstermek için fantom deneyleri gerçekleştirilmiştir.
Ağustos 2020’de başlatılan öz kaynaklı bir proje ile insan boyutunda bir MPG tarayıcı geliştirmeye yönelik çalışmalara başlanmıştır. Bu tarayıcının Manyetik Rezonans görüntüleme için kullanımına yönelik araştırmaların da yapılması planlanmaktadır. Bu sayede, MR görüntüleri ile anatomik bilgi elde edilirken MPG ile de nanoparçacıkların görüntülenmesi mümkün olabilecektir.
Manyetik Parçacık Görüntüleme Yönteminin Temel Çalışma Prensipleri
Çapları 5 nm ile 100 nm arasında değişen manyetik nanoparçacıklar, genellikle demir oksit (Fe304/Fe2O3) bir çekirdek ile bu çekirdeğin etrafına kaplanmış bir polimerden oluşur. Bu çaplarda demiroksit süperparamanyetik özellik göstermektedir. Yani ortamda manyetik alan yokken ortalama manyetizasyonları sıfır iken, manyetik alan uygulandığında bu alan doğrultusunda hızlı bir şekilde mıknatıslanırlar. Çekirdeklerin polimer ile kaplanması, parçacıkların birleşmesini önler ve vücudun bağışıklık sistemi tarafından algılanarak yok edilmesi engeller. Bu sayede nanoparçacıkların vücut içinde dolaşım süresi uzatılır. Ayrıca, polimerlere antikor, ilaç, enzim, nükleik asit gibi moleküller bağlanarak nanoparçacıkların fonksiyonelleştirilmesi mümkündür. Böylece, parçacıklara vücut dışından görüntülenme, hedef hücrelere bağlanma (örn. tümör hücreleri), ilaç taşıma ve salınımı gibi özellikler kazandırılabilmektedir.
Manyetik Parçacık Görüntüleme, isminden dolayı Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG) ile karıştırılabilmektedir. Ancak bu iki yöntem hem çalışma prensibi, hem de elde edilen görüntüler bakımından birbirinden tamamen farklıdır. MRG’de dokular anatomik olarak görüntülenirken MPG görüntülerinde dokular görünmez, sadece vücuda verilen manyetik nanoparçacıklar görüntülenir. Böylece anatomik görüntü ile nanoparçacık görüntüsü birbirine karışmaz ve mutlak nanoparçacık yoğunluğuna bağlı görüntüleme yapılabilir.
MPG yönteminde, görüntülenen bölgede manyetik alanın sıfırlandığı bir bölge (Manyetik alansız bölge - MAB) oluşturulur. MAB civarında manyetik alan yoğunluğu düşük olduğundan, bu bölgede bulunan nanoparçacıkların manyetizasyon vektörleri rastgele yönlerdedir. MAB’dan uzaklaştıkça manyetik alan yoğunluğu artar. Yoğun manyetik alanda bulunan nanoparçacıkların manyetizasyonu, uygulanan manyetik alan ile aynı yönde hizalanmış durumdadır (manyetik doygunluk hali). Zamanla değişen bir homojen manyetik alan uygulandığında MAB dışındaki nanoparçacıklar doygun durumda olduğundan bu manyetik alan tepki veremez. MAB etrafındaki nanoparçacıklar ise hızlı bir şekilde tepki vererek manyetize olur. Bu manyetizasyon sinyali alma bobinleri kullanılarak alınır. MAB, görüntüleme bölgesi içinde elektronik ve/veya mekanik olarak taranarak nanoparçacık yoğunluğu ile orantılı bir görüntü elde edilir.
ASELSAN’da yapılan çalışmalar
Dünyada henüz insan boyutunda ticari bir MPG cihazı bulunmamaktadır. ASELSAN Araştırma Merkezi’nde özgün bir prototip MPG sistemi geliştirilmiştir. Girişimsel uygulamalar da göz önüne alınarak yeni bir kenarları açık sistem mimarisi önerilmiş ve ABD patenti alınmıştır. Bu sistemde çizgisel bir manyetik alansız bölge doku içinde taranmaktadır, bu sayede yüksek sinyal gürültü oranı elde edilmekte, ayrıca geniş bölgelerin daha hızlı taranması mümkün olmaktadır. Bununla birlikte, kenarları açık konfigürasyonlar, hastalar için kapalı sistemlere göre çok daha konforludur. 60 mm çaplı bir bölgede tarama yapabilen ASELSAN MPG prototip sisteminde küçük hayvan deneylerinin yapılmasına mümkün olabilecektir. Sistemde çözünürlük ve hassasiyet ölçümleri yapılmış, damar tıkanıklığı tespitinin yapılabilirliğini göstermek için fantom deneyleri gerçekleştirilmiştir.
Ağustos 2020’de başlatılan öz kaynaklı bir proje ile insan boyutunda bir MPG tarayıcı geliştirmeye yönelik çalışmalara başlanmıştır. Bu tarayıcının Manyetik Rezonans görüntüleme için kullanımına yönelik araştırmaların da yapılması planlanmaktadır. Bu sayede, MR görüntüleri ile anatomik bilgi elde edilirken MPG ile de nanoparçacıkların görüntülenmesi mümkün olabilecektir.
