Name: frequency mixing magnetic detection scanner for imaging magnetic particles in planar samples
Uploaded: 2016-06-09T14:00:00
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Diese Arbeit wurde von der ICT-F &amp; E-Programm von MSIP / IITP, Republik Korea (Förder-Nr: B0132-15-1001, Entwicklung von Next Imaging System) unterstützt.

1. Design ein Planar Autobahnmeistereien Messkopf <ol><li> Wählen Sie eine Spule Schema für den Messkopf. Wählen Sie eine Konfiguration gemäß Figur 1, bestehend aus zwei Aufnahmespulen oberhalb und zwei unterhalb der Probe in einem (-, +, +, -) Sequenz, wobei die Probe zwischen den beiden (+) Spulen in der Mitte sitzt. Das Vorzeichen bezeichnet die Richtung der Wicklung, dh (+) für Rechts- und (-) für gegen den Uhrzeigersinn. Somit wird die Empfindlichkeit der Aufnahmespulen über die ...

<ol>
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Instrum. 83 (3), 033708 (2012).</li><li>Lampe, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+reconstruction+in+magnetic+particle+imaging.">Fast reconstruction in magnetic particle imaging.</a> Phys. Med. Biol. 57 (4), 1113-1134 (2012).</li><li>Yim, H., Seo, S., Na, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MRI+Contrast+Agent-Based+Multifunctional+Materials:+Diagnosis+and+Therapy.">MRI Contrast Agent-Based Multifunctional Materials: Diagnosis and Therapy.</a> J Nanomat. 2011 (2011), (2011).</li></ol>

Das Messverfahren nutzt die Nichtlinearität der Magnetisierungskurve der superparamagnetischen Teilchen. Die zweiseitige Meßkopf trifft gleichzeitig zwei magnetischen Anregungsfelder unterschiedlicher Frequenz auf die Probe, einer niedrigen Frequenz (f 2) Komponente , die Teilchen in magnetische Sättigung und eine hohe Frequenz (f 1) Sondenfeld die nichtlineare magnetische Antwort zu messen , zu fahren . Insbesondere beide Harmonischen der einfallenden Felder, m · <em...

<html> Magnetischen Nanopartikeln (MNP) haben weit verbreitete Anwendungen in der Molekularbiologie und in der Medizin, also gefunden, für die Manipulation von Biomolekülen und Einzelzellen 1, für die Zieleinheiten selektiv Markierung zur Detektion, 2, 3 für Chromatin - Modulation, 4 und für die mRNA - Isolierung und Behandlung von Krebs . 5 aufgrund ihrer superparamagnetischen Eigenschaften sind sie für die medizinische Bildgebung besonders geeignet. Sie können zum Beispiel als Kontrastmittel oder Tracer für die Magnetresonanztomographie (MRT) oder für die Anfälligkeit Bildgebung Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) Detektoren dienen. 2, 6 Die superparamagnetischen Nanopartikeln einen guten Kontrast zu den verschiedenen Geweben des menschlichen ergeben Körper, der dia- oder paramagnetisch sind. 7. Somit können die Partikel zweckmßigerweise medizinische Bilder von menschlichen Körperteilen mit relativ gute räumliche Auflösung und Empfindlichkeit zu erhalten verwendet werden. 8 Zelt &quot;&gt; macht The Magnetic Particle Imaging (MPI) Technik , die von Gleich und Weizenecker 9 eingeführt , die Magnetisierung des Teilchens Verwendung der Nicht - Linearität. Bei Null oder schwach Vormagnetisierungsfeld, ist die Antwort von MNP an eine Wechselanregung der Frequenz f stark aufgrund ihre große Anfälligkeit. insbesondere die nichtlinearen Magnetisierung des Teilchens Anlass zu der Erzeugung von harmonischen gibt n · f, mit n = 2, 3, 4 ... bei hohen Magnetfeldvorspannung, wird die harmonische Antwort schwach , weil die Partikel magnetisch gesättigt sind. In die MPI-Technik wird die Probe vollständig magnetisiert mit Ausnahme einer feldfreien Linie (FFL) oder einem feldfreien Punkt (FFP). nur Partikel in der Nähe dieser Linie oder Punkt wird der nichtlinearen Antwort der Probe beitragen. Mit dem Bewegung eines FFP und Einsatz geeigneter Empfangsspulen, Gleich und Weizenecker erworben MPI Bilder mit einer räumlichen Auflösung von 1 mm. Damiterhalten Informationen über die räumliche Verteilung von MNP werden zwei Verfahren in der Regel verwendet wird , die mechanische Bewegung des Sensors in Bezug auf die Probe oder die Bewegung des FFL / FFP mittels Elektromagneten. 2, 3 Im letzteren Fall Bildrekonstruktionstechniken wie harmonisch-Raum MPI 3 oder X-Raum 10 MPI, 11, 12 sind erforderlich. Die räumliche Auflösung des MPI wird durch die Faltungseigenschaften der Anregungs- und Detektionsspulen sowie durch die Eigenschaften des magnetischen Feldgradienten bestimmt. Dies ermöglicht Bildrekonstruktionsalgorithmen eine verbesserte Auflösung gegenüber der nativen Auflösung zu erhalten, die durch die Maxwellschen Gleichungen bestimmt durch Größe und Abstand der Aufnahmespulen sowie durch die Magnetfeldverteilung bestimmt wird. Ein MPI-Scanner ist in der Regel von einem starken Magneten besteht für die gesamte Probe zu magnetisieren, eine steuerbare Spulensystem für eine FFL oder FFP über die Probe zu steuern, eine hohe Frequenz excitation Spulensystem und ein Detektionsspulensystem zum Aufnehmen der nichtlinearen Antwort der Probe auf. Die FFL / FFP wird kontinuierlich durch das Probenvolumen, während die harmonische Antwort von dieser ungesättigten Probenbereich bewegt, wird aufgezeichnet. Um das Problem des Anbringens der Probe in den Scanner, ein einseitiges MPI - Scanner wurde von Gräfe et al gezeigt , zu vermeiden. 13, jedoch auf Kosten einer reduzierten Leistung. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn die Probe durch die Magnete und Spulen umgeben ist. Weil die Probe vollständig magnetisiert werden muß, mit Ausnahme der FFL / FFP Region erfordert die Technik relativ großen und starken Magneten mit einer Wasserkühlung, was zu einer ziemlich sperrig und schwer MPI-System. Unser Ansatz ist auf der Frequenz basierend auf der nichtlinearen Magnetisierungskurve von superparamagnetischen Partikeln vermischt werden . 14 Bei der Super-Paramagneten auf Magnetfelder bei zwei unterschiedlichen Frequenzen ausgesetzt sind (f 1 und f &lt;/ em&gt; 2), sum Frequenzen eine lineare Kombination repräsentiert m · f 1 + n · f 2 (mit ganzen Zahlen m, n) erzeugt werden . Es wurde gezeigt , dass das Auftreten dieser Komponenten auf die Nicht - Linearität der Magnetisierungskurve der Teilchen hoch spezifisch ist. 15. Mit anderen Worten, wenn die MNP Probe gleichzeitig mit einer Antriebs Magnetfeld mit der Frequenz f 2 und einem Sondieren Feld bei der Frequenz ausgesetzt wird , f 1, erzeugen die Teilchen eine Antwortfeld bei der Frequenz f 1 + 2 · f 2. Diese Summenfrequenz wäre ohne die magnetisch nichtlinearen Probe nicht vorhanden sein, damit die Spezifität sehr hoch ist. Wir nannten diese Methode &quot;Frequenzmisch magnetische Detektion&quot; (Autobahnmeistereien). Es wurde experimentell nachgewiesen , dass die Technik einen Dynamikbereich von mehr als vier Größenordnungen in der Partikelkonzentration ergibt. 14 &lt;p class = &quot;jove_content&quot;&gt; Im Gegensatz zu typischen MPI Instrumentierung, die planare Frequenzmisch magnetische Detektion (p-Autobahnmeistereien) Ansatz erfordert nicht die Probe zu magnetisieren schließen , weil die Erzeugung der Summenfrequenzkomponente f 1 + 2 · f bis zur Sättigung 2 ist maximal bei Null statischen Vormagnetisierungsfeld. 14 daher die Notwendigkeit für eine starke und sperrig Magneten gelindert wird. In der Tat sind die äußeren Abmessungen des Messkopfes nur 77 mm × 68 mm × 29 mm. Zum Vergleich sind MPI Setups typischerweise metergroße. 7 Der Nachteil ist jedoch, dass die Technik auf planare Proben mit einer maximalen Dicke von 2 mm in der aktuellen Einstellungen beschränkt. Die Probe relativ zu dem zweiseitigen Meßkopfes abgetastet werden. Eine Re-Konstruktion für dickere Proben erlaubt ist möglich, aber ist für einen Verlust an räumlicher Auflösung gehandelt werden. Basierend auf dieser Technik Autobahnmeistereien, präsentieren wir eine besondere Art von MPI detector für planare Proben, die &quot;planare Frequenzmisch magnetische Detektion&quot; (p-Autobahnmeistereien) Scanner so genannte. Das Prinzip wurde vor kurzem veröffentlicht. 17 In dieser Arbeit konzentrieren wir uns auf die Methodik der Technik und Gegenwart Protokolle , wie eine solche Scanner einzurichten und wie Scans durchzuführen. Es hat sich gezeigt , dass MPI für medizinische Diagnosezwecke , wie beispielsweise Herz - Kreislauf oder Krebs - Bildgebung angewendet werden. 16, 18, ​​19 Daher glauben wir , dass die neue MPI - Scanner für eine breite Palette von möglichen Anwendungen verwendet werden kann, beispielsweise zur Messung von magnetischen Teilchen Verteilung in Gewebeschnitten.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Magnetic particles &#34;SiMAG Silanol&#34;</td>
			<td>Chemicell (http://www.chemicell.com)</td>
			<td>1101-5</td>
			<td>Aqueous dispersion of magnetic silica particles, Maghemite, dia. 1 &#181;m</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic nanoparticles &#34;fluidMAG-Amine&#34;</td>
			<td>Chemicell (http://www.chemicell.com)</td>
			<td>4121-5</td>
			<td>Aqueous dispersion of magnetic nanoparticles, Magnetite, dia. 50 nm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microtube 10 &#181;l</td>
			<td>Hirschmann Laborger&#228;te (http://www.hirschmann-laborgeraete.de/?sc_lang=en)</td>
			<td></td>
			<td>volume 10 &#181;l, outer diameter 400 &#181;m, length 40 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrocellulose Membrane Biodyne B</td>
			<td>Thermo Scientific (http://www.thermoscientific.com)</td>
			<td>77016</td>
			<td>Biodyne B Nylon Membrane, 0.45 &#181;m, 8 cm x 12 cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DDS chip AD9834</td>
			<td>Analog Devices (http://www.analog.com)</td>
			<td>AD9834</td>
			<td>20 mW Power, 2.3 V to 5.5 V, 75 MHz Complete DDS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Operational Amplifier AD829</td>
			<td>Analog Devices (http://www.analog.com)</td>
			<td>AD829</td>
			<td>High Speed, Low Noise Video Op Amp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Analog Multiplier MPY634</td>
			<td>Texas Instruments (http://www.ti.com)</td>
			<td>MPY634</td>
			<td>Wide Bandwidth Precision Analog Multiplier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-Speed Buffer BUF634</td>
			<td>Texas Instruments (http://www.ti.com)</td>
			<td>BUF634</td>
			<td>250mA High-Speed Buffer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Operational Amplifier OPA627</td>
			<td>Texas Instruments (http://www.ti.com)</td>
			<td>OPA627</td>
			<td>Precision High-Speed Difet(R) Operational Amplifiers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Operational Amplifier TL072</td>
			<td>Texas Instruments (http://www.ti.com)</td>
			<td>TL072</td>
			<td>Dual Low-Noise JFET-Input General-Purpose Operational Amplifier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lock-In Amplifier SR830</td>
			<td>Stanford Instruments (http://www.thinksrs.com)</td>
			<td>SR830</td>
			<td>100 kHz DSP lock-in amplifier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>XYZ motorized stage</td>
			<td>Sciencetown, Incheon, Korea (http://mkmsll.en.ec21.com/)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cleanroom wiper</td>
			<td>Seoul Semitech Co (http://www.seoulsemi.com)</td>
			<td>CF-909</td>
			<td>dimension 2.0 mm &#215; 18 mm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

frequency mixing magnetic detection scanner for imaging magnetic particles in planar samples

Der Aufbau eines planaren Frequenzmisch magnetischen Erfassungs (p-Autobahnmeistereien) -Scanner für magnetische Partikel Imaging (MPI) für flache Proben Durchführung präsentiert. Es besteht aus zwei magnetischen Meßköpfe auf beiden Seiten der auf die Schenkel eines U-förmigen Träger angebracht Probe. Die Probe wird lokal an einem magnetischen Erregungsfeld ausgesetzt, bestehend aus zwei unterschiedlichen Frequenzen, eine stärkere Komponente bei etwa 77 kHz und einer schwächeren Feld bei 61 Hz. Die nichtlinearen Magnetisierungseigenschaften von superparamagnetischen Teilchen führen zu der Erzeugung von Intermodulationsprodukten. Eine ausgewählte Summenfrequenzkomponente der hoch- und niederfrequenten Magnetfeld fällt auf den magnetisch nichtlinearen Teilchen wird durch eine Demodulationselektronik aufgezeichnet. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Scanner MPI, p-Autobahnmeistereien erfordert nicht die Anwendung eines starken Magnetfeldes auf die gesamte Probe durch Mischen der beiden Frequenzen lokal auftritt. Somit sind die seitlichen Abmessungen der Probe einfachdurch den Scanbereich und die Träger begrenzt. Jedoch bestimmt die Probenhöhe der räumlichen Auflösung. In der aktuellen Setup ist es auf 2 mm begrenzt. Als Beispiele stellen wir zwei 20 mm × 25 mm p-Autobahnmeistereien Bilder von Proben mit 1 &amp; mgr; m Durchmesser Maghemitteilchen in Silanol-Matrix und mit 50 nm Magnetitteilchen in Aminosilan Matrix erworben. Die Ergebnisse zeigen, dass die neue MPI-Scanner zur Analyse von dünnen biologischen Proben und für Zwecke der medizinischen Diagnostik eingesetzt werden können.

Figur 5a zeigt die berechneten Empfindlichkeitsverteilung der inneren Doppeldifferentialdetektionsspule als eine Funktion der Koordinaten x und y in der Probenebene. Es wurde in einer umgekehrten Ansatz berechnet , indem von allen vier Erfassungsspulen an allen Punkten (x, y) in der Mittelebene erzeugt , um die Überlagerung der Magnetfelder zu bestimmen. Umgekehrt bestimmt diese die Empfindlichkeit der Detektionsspule mit einem magnet...

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Frequency Mixing Magnetic Detection Scanner for Imaging Magnetic Particles in Planar Samples

Ein Scanner zum Abbilden magnetischen Teilchen in planar Proben wurde unter Verwendung des planaren Frequenzmisch magnetischen Detektionstechnik entwickelt. Das magnetische Intermodulationsprodukt Antwort von der nichtlinearen hysteresefreie Magnetisierung der Teilchen wird bei einer Zweifrequenzanregung aufgezeichnet. Es kann verwendet werden 2D-Bilder von dünnen biologischen Proben zu nehmen.

Frequenzmisch Magnetische Erkennung Scanner für die Bildgebung magnetische Partikel in Planar Proben

The setup of a planar Frequency Mixing Magnetic Detection (p-FMMD) scanner for performing Magnetic Particles Imaging (MPI) of flat samples is presented. ...

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Engineering

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