Magnetická rezonance a kryogenika

Tepelné záření je významnou složkou tepelných toků v kryotechnických systémech. Tým se proto zabývá zjišťováním koeficientů emisivity tepelného záření materiálů. K měření při nízkých teplotách si staví speciální přístroje. Předmětem studia jsou rovněž možnosti snižování emisivity pomocí speciálních úprav povrchů.

Vedení tepla v konstrukčních materiálech a plynech a dále tepelné záření jsou příčinou nežádoucích tepelných toků v kryostatech. Tým se věnuje vývoji výpočetních metod k analýze těchto toků. K výpočtu ustálených teplot a tepelných toků na osobním počítači byla vytvořena soustava numerických procedur. Program KRYOM 3.3 založený na těchto procedurách umožňuje analyzovat a optimalizovat obvyklá kryotechnická zařízení. Průběžně jsou také vyvíjeny a zdokonalovány metody modelování přechodových jevů.

Kryostat je zařízení používané k tepelné izolaci vnitřních chladných částí od okolního prostředí. Vnitřní části jsou chlazeny vnějším chladicím zařízením nebo tzv. kryokapalinami. Z nich jsou nejběžnější kapalný dusík (teplota 77 K) a kapalné helium (4.2 K). V kryostatech však může být dosaženo podstatně nižších teplot. V chladných částech kryostatů se provádějí vědecké experimenty a technická měření, která vyžadují nízké teploty, nebo jsou v nich umístěny supravodivé magnety.

Současná práce je zaměřena na kolaborativní výzkum Parkinsonovy choroby, schizofrenie a rakoviny v myších a potkaních modelech a na testování experimentálních kontrastních látek připravených spolupracujícími týmy k vývoji nanočásticových nebo molekulárních nosičů pro cílený transport léčiv a diagnostických markerů.

Jaderná hyperpolarizace, tzn. zvýšení magnetizace atomových jader nad hodnotu odpovídající boltzmannovské termodynamické rovnováze, je perspektivní oblast pro řadu oblastí aplikace NMR. Současná práce je směrována na vývoj technologie pro účinnou hyperpolarizaci xenonu-129 metodou spinové výměny s laserem polarizovanými parami rubidia. Během tohoto procesu jde o účinné přenesení momentu hybnosti kruhově polarizovaných fotonů pocházejících z titan-safírového nebo polovodičového laseru na elektron atomu rubidia a z něj pak na atomové jádro xenonu.

Význam: MR je zdrojem řady typů dat, vypovídající o různých objektivních parametrech vzorků. Pro získání konzistentního obrazu o procesech v něm probíhajících je užitečné mít možnost data rozdílných typů uvažovat současně.
Metody: Základním problémem je spolehlivá koregistrace obrazů, řada světových pracovišť k tomuto účelu vyvinula a vyvíjí algoritmy a software.
Výzkum: V současné době je testována použitelnost jednotlivých produktů pro probíhající animální studie.

Význam: Morfometrie na bázi MR slouží k objektivnímu vyhodnocení morfologických anomálií souvisejících s konkrétním onemocněním, čímž napomáhá ke stanovení patofyziologie a jako marker k testování vlivu léčiv.
Metody: Software pro tyto aplikace ve světě vyvíjí řada pracovišť, a to zejména pro humánní aplikace v nižších polích. Základními principy je koregistrace obrazů a statistické vyhodnocení rozdílů mezi skupinami. Skupina MR se momentálně zabývá jejich aplikací pro animální měření v silném poli.

Význam: Kontrastní látky jsou tvořeny molekulami nebo nanočásticemi, které jsou zpravidla nitrožilně vpraveny do krevního oběhu, jímž jsou unášeny, a jejž tak mohou charakterizovat. Mohou být použity např. pro angiografická měření k zvýraznění krve, ale vzhledem k tomu, že angiografie je proveditelná i bez nich, je jejich hlavní význam při charakterizaci perfúze a funkce biologických bariér; průnik částic závisí na jejich velikosti a charakteru. Rostoucí význam kontrastních látek spočívá i v zájmu o vývoj cílených léčiv.

NMRScope-B je rozšiřující modul k programu jMRUI verze 5.0 (http://www.mrui.uab.es/mrui/) nebo pozdější, umožňující simulaci vázaných spinových systémů v průběhu NMR experimentu. Primárním cílem pluginu je simulace NMR signálů a spekter biomedicínsky zajímavých metabolitů pro potřeby jejich spektroskopické kvantifikace, poskytuje ale i řadu dalších funkcí pro vývoj metod in vivo MR spektroskopie a spektoskopického zobrazování.

Program jMRUI (http://www.mrui.uab.es/mrui/) je vyvíjen konsorciem evropských institucí ke kvantifikaci in vivo spekter měřených metodami MR jednovoxelové spektroskopie i spektroskopického zobrazování. ÚPT v současné době koordinuje softwarový vývoj, který souvisí s EU grantem TRANSACT “Transforming Magnetic Resonance Spectroscopy into a Clinical Tool” (http://www.transact-itn.eu/).