多维磁粒子成像中大型固定化磁性纳米颗粒系综的磁化动力学建模
介观与纳米尺度物理
2021-10-27 v1 计算物理
摘要
磁性纳米颗粒（MNPs）在包括 MRI 与磁粒子成像（MPI）等成像方式在内的生物医学应用中扮演重要角色。后者利用大型磁性纳米颗粒系综对磁场的非线性磁化响应，从而可从测得电压信号确定 MNP 浓度的空间分布。目前，在 MPI 环境下对大型 MNP 系综的电压信号进行建模尚无法准确实现，尤其对于多维磁激励场中的液态示踪剂。因此，电压到图像的映射仍通过耗时的校准流程获得。尽管铁磁流体情形可视为典型设置，但近年来固定化且可能取向的 MNPs 受到相当关注。通过在固定化过程中对颗粒进行排列，可将易轴角度编码进磁化响应，为基于模型的方法提供一个精细基准系统。本文中，我们解决 MPI 背景下固定化、取向 MNPs 的建模问题。我们研究一种基于模型的方法，其中磁化响应由粒子磁矩的 Néel 旋转模型模拟，系综磁化通过求解 Fokker-Planck 方程方法获得。由于模型参数先验未知，我们考察不同参数辨识方法，并讨论两种模型：其一使用由模型参数张成空间中单一函数向量，其二考虑函数向量的叠加。我们表明，与平衡模型相比，我们的模型能更准确地复现取向依赖的信号响应，而平衡模型是当前 MPI 中基于模型的系统矩阵模拟的最先进方法。
引用
@article{arxiv.2106.08040,
title = {Modeling the Magnetization Dynamics for Large Ensembles of Immobilized Magnetic Nanoparticles in Multi-dimensional Magnetic Particle Imaging},
author = {Hannes Albers and Tobias Knopp and Martin Möddel and Marija Boberg and Tobias Kluth},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.08040},
year = {2021}
}