Caracterização de propriedades viscoelásticas de simuladores de

XXI CONGRESSO BRASILEIRO DE FÍSICA MÉDICA
24 A 27 DE AGOSTO DE 2016
Florianópolis
Caracterização de propriedades viscoelásticas de
simuladores de tecido biológico por vibrometria
magnética
Rubens V. T. Junior1, Sílvio L. Vieira2
1Universidade
2Instituto
Federal do Goiás, Goiânia, Brasil.
de Física da Universidade Federal do Goiás, Goiânia, Brasil.
Resumo: Este artigo tem como objetivo inicial explorar novas metodologias de caracterização das
propriedades viscoelásticas de simuladores de tecidos tecnológicos (phantom) utilizando sensores
magnéticos. Análises por meio de simulações computacionais foram realizadas para partículas de
magnetita (Fe3O4) e o resultado da relaxometria do campo magnético no modelo ideal gerado foi da
ordem de nanotesla. Posteriormente com um avanço nessa pesquisa será possível mostrar
explicitamente resultados promissores para futuras aplicações na medicina.
Palavras-chave: viscoelástica, phantom, relaxometria.
Abstract: This article has as initial objective to explore new methods of characterization of the
viscoelastic properties of technological fabrics simulators (phantom) using magnetic sensors. Analysis
by means of computer simulations were carried out for particles of magnetite (Fe3O4) and the result of
relaxometry the magnetic field in the ideal model was generated from nanotesla order. Later with a
breakthrough in this research will be possible to explicitly show promising results for future
applications in medicine.
Keywords: viscoelastic, phantom, relaxometry.
Introdução: O uso de nanopartículas magnéticas vem crescendo em estudos na área médica
com excelentes resultados no diagnóstico diferencial de doenças. No entanto, esses estudos
necessitam ser realizados previamente em simuladores de tecido, denominados phantoms com o
intuito de testar a qualidade e sensibilidade da técnica de imagem. No ponto de vista de
caracterização de propriedades viscoelásticas, o uso de phantoms possui muitos pontos importantes
para a medicina, na questão de diagnósticos diferenciais de doenças tais como, o câncer. O objetivo
geral deste projeto é explorar novas metodologias de caracterização das propriedades viscoelásticas
de materiais e tecidos biológico empregando sensores magnéticos. Este projeto foi dividido em duas
etapas, a simulacional que envolve obter os parâmetros necessários para realização da parte
experimental, sendo esta a segunda a etapa. Nesse estudo preliminar, a primeira etapa do projeto foi
abordada tendo como objetivo modelar o mecanismo de magnetização e resposta de um phantom
contendo ferrita (Fe3O4) por meio de simulações computacionais utilizando o software MatLab. A
simulação fez com que obtivéssemos valores para os parâmetros necessários como a corrente de
alimentação, diâmetro da bobina, número de espiras, tempos de relaxamento das partículas entre
outros. Esses parâmetros permitirão caracterizar o sistema de magnetização necessário para
magnetizar a amostra.
Método: Nesta primeira etapa do trabalho foi simular nanopartículas inseridas em um simulador
de tecido biológico (phantom) que serão magnetizadas por bobinas de Helmholtz e um campo
magnético gerado pelas nanopartículas será captado por um sensor magnético colocado próximo ao
phantom. Essa nossa amostra ainda está em desenvolvimento em um outro trabalho em paralelo,
inicialmente desejamos que tenha características semelhantes à do Mohammad Mehrmohammadi et
al [1]. Será otimizado todo o esquema de magnetização e analisado a ordem de grandeza de campo
gerado pelas nanopartículas. Para otimizar o campo induzido pelas bobinas de Helmholtz, foi
simulado diferentes valores para as variáveis do problema, sendo elas: número de espiras (N),
corrente (I) e raio da bobina (R). Após algumas combinações entre essas variáveis foram analisadas
e admitindo o raio da bobina sendo de 15 cm e 150 espiras da bobina a corrente foi simulada entre 0
a 6A.
XXI CONGRESSO BRASILEIRO DE FÍSICA MÉDICA
24 A 27 DE AGOSTO DE 2016
Florianópolis
Resultados: O modelo de magnetização estudado mostrou que a resposta do campo magnético
induzido pelas nanopartículas de ferrita é próximo da ordem de nanotesla. Assim, os resultados
indicam ser possível detectar partículas inseridas em phantoms com o auxílio de sensores
magnéticos de alta sensibilidade e nos torna aptos a empregar as metodologias experimentais para
obter a viscosidade e outras propriedades viscoelásticas da amostra. Dessa forma, a construção de
um aparato experimental baseado em dispositivos de estado sólido para detecção e mapeamento de
partículas magnéticas em tecido torna-se algo promissor.
Discussão e Conclusões: Com esses dados obtidos, só será possível captar esse sinal com
sensores de alta sensibilidade como sensores magnetoresistivos ou o SQUID. Este trabalho mostra
que é possível aplicar esse modelo com concentrações biocompatíveis [2] de partículas que será
explorado em uma segunda etapa dessa pesquisa. Entretanto, o modelo de magnetização
apresentado aqui é ideal, considerando o mecanismo de relaxação de Néel irá alterar o
comportamento desse campo[3] e oferecer mais informações do sistema para que seja possível
encontrar possibilidades mais próximas da realidade e propor aplicações na medicina. Esses
resultados preliminares fornecem condições para que seja realizada a etapa experimental.
Agradecimentos: Agradeço o espaço cedido pelo Instituto de Física da Universidade Federal de
Goiás para realização das simulações e aquisição dos equipamentos para montar o aparato
experimental.
Referências:
1. M. Mehrmohammadi et al, Imaging of Iron Oxide Nanoparticles Using Magneto-Motive Ultrasound (2007).
2. M. Mehrmohammadi et al, Pulsed Magneto-Acoustic Imaging, (2009).
3. N. L. Adolphi et al, SQUID Relaxometry, (2010).