T2 Spin-Echo-Relaxation von magnetisch markierten Zellen und Eisenoxid-Agglomerationen

Zielsetzung:

Bestimmung der Mikrostrukturparameter für Agglomerationen von magnetisch markierten Zellen und Eisenoxid-Agglomerationen mittels T2-Spin-Echo-Sequenzen.

Material und Methodik:

In einem dreidimensionalen Symmetriemodell für (super)para- oder ferromagnetische Partikeln wird die Agglomeration mehrerer Partikel auf einen sphärischen Einheitspartikel in einer konzentrischen Dephasierungskugel reduziert und für den lokalen magnetischen Dipol die Spin-Echo-Relaxationszeit mithilfe einer einfachen Beziehung zwischen Korrelationszeit, Spin-Echo-Relaxationszeit und Gradienten-Echo-Relaxationszeit aus der “strong collision” Näherung berechnet. Sie ist abhängig von Durchmesser, Konzentration, Diffusionskoeffizient, Magnetfeldstärke und Suszeptibilitätsdifferenz der Magnetfeldinhomogenität.

Ergebnisse:

Modellvorhersagen für die Spin-Echo-Relaxationsrate in Abhängigkeit vom Radius der Einheitskugel werden mit experimentellen Daten aus der Literatur verglichen und zeigen eine gute Übereinstimmung. Die Grenzfälle des Modells für jeweils sehr kleine und große Spin-Spin-Korrelationszeiten im “motional narrowing” und “static dephasing” Regime stimmen mit bekannten Betrachtungen aus der Literatur überein. Analog zum Vessel Size Imaging ergibt sich für große Partikeldurchmesser ein Plateau der Gradienten-Echo-Relaxationsrate während die Spin-Echo-Relaxationsrate bei großen Durchmessern abnimmt.

Schlussfolgerungen:

Innerhalb eines einfachen Symmetriemodells für Agglomerationen von magnetisch markierten Teilchen kann die Spin-Echo-Relaxationsrate in Abhängigkeit von Mikrostrukturparametern wie Partikelgröße und -konzentration bestimmt werden. Eine mögliche Anwendung besteht in der Quantifizierung von Eisenoxidablagerungen in neurodegenerativen Erkrankungen oder dem Tracking von magnetisch markierten Makrophagen in atherosklerotisch veränderten Gefäßen.

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