• Articles
• admin

3/20/01

Dawn Levy, zpravodajská služba (650) 725-1944; e-mail: [email protected]

dva magnety jsou levnější než jeden: Stanfordští inženýři konstruují levný MRI skener

v suterénu Stanfordovy budovy Packard Electrical Engineering je výhodná nabídka: levný skener magnetické rezonance (MRI). MRI skenery pořizují ostré vnitřní snímky těla včetně mozku, páteře a kloubů. MRI obrazy poskytují lepší kontrast v měkkých tkáních, jako je mozek, ve srovnání s jinými zobrazovacími technikami, jako je rentgen, CT nebo ultrazvuk. Ale MRI skenery nejsou levné. Jeden celotělový skener stojí 1 až 3 miliony dolarů a poplatky za skenování mohou přesáhnout 1 000 dolarů.

“ osobně se mi nikdy nelíbily náklady na MRI. Jsem velmi skromný, “ říká Steven Conolly, vedoucí výzkumný pracovník ve strojírenském týmu vytvářejícím nový skener MRI. Emeritní profesor inženýrství a radiologie Albert Macovski inspiroval projekt, který je veden Conolly a engineering research associate Greig Scott. Jedním z cílů týmu je vytvořit vysoce kvalitní skener, který by se prodával za přibližně 150 000 dolarů.

skener by se mohl stát užitečným v rozvojovém světě, říká Conolly, nebo jako nástroj pro základní vědecký výzkum.

nízkonákladový přístup týmu k vytváření skenerů MRI je praktický a náročný. A po pěti letech práce mají vědci v ruce své první lidské obrazy.

trik, říká Conolly, je použít dva levné odporové magnety místo drahého supravodivého magnetu.

MRI pracuje ve dvou krocích. Nejprve vystavuje lidské tělo silnému magnetickému poli. Některé prvky, včetně atomů vodíku uvnitř vody a tělesného tuku, reagují na silné magnetické pole tím, že se s ním seřadí, stejně jako železné piliny se vyrovnávají s polem stolního magnetu. Zde musí být magnetické pole velmi silné, protože atomy vodíku nereagují na magnetické pole tak snadno jako železné piliny. Dnešní MRI skenery používají magnety stejně silné jako ty, které se používají k vyzvednutí aut na smetišti.

jakmile se atomy vodíku seřadily, vytvářejí svůj vlastní magnetický signál. Protože atomy vodíku v různých tkáních mají mírně odlišné signály, skener MRI měří tyto rozdíly a detekuje kontrast v obraze. Pro tento druhý krok-měření rozdílu mezi například atomem vodíku uvnitř nádoru a jedním uvnitř svalu-musí být magnetické pole extrémně přesné , říká Conolly. Pole se nemůže lišit o více než jednu desetitisícinu procenta, což znamená, že pokud by Země byla stejně plochá jako magnetické pole MRI, nejvyšší kopec na světě by byl jen 20 stop vysoký.

jediné dnes dostupné magnety, které jsou velmi silné a homogenní, jsou supravodivé magnety. Jsou to největší jednotlivé náklady na MRI skeneru. Ale ukázalo se, říká Conolly, že magnet uvnitř MRI skeneru nemusí být současně silný a konzistentní. Takže tým postavil celý MRI skener od nuly, pomocí dvou magnetů nahradit konvenční supravodivý magnet. První magnet je velmi silný a schopný Seřadit atomy vodíku. Nemusí to být příliš přesné, ačkoli, a má asi 40 procentní variace. „Je to jako používat lampu k osvětlení knihy,“ říká Conolly. „Intenzita světla se může na povrchu stránky lišit o 40 procent, ale pokud je dostatečně jasná, můžete stránku stále číst.“Druhý magnet vytváří homogenní magnetické pole, ale nemusí být silné. Ve skutečnosti je slabý a vyžaduje sílu asi dvou fénů. Tým MRI zapne jeden magnet, aby vyrovnal atomy vodíku, a zapne druhý, aby zaznamenal signál těla.

oba magnety jsou jednoduché měděné odporové magnety-vyrobené z věcí, které by někdo mohl najít v železářství. Jakmile tým Stanford MRI vytvořil funkční skener, začali fotografovat. Jeden z vědců týmu, Blaine Chronik, šel do obchodu s potravinami, když poprvé začali získávat data „a jen hledali zajímavé věci k obrazu,“ říká Conolly. „Vyzkoušeli jsme rajčata,“ řekla Sharon Ungersma, postgraduální studentka projektu, “ a hrozny a další potraviny.“Bacon ukázal nejzajímavější kontrast. Tuk a svalové pruhy na slanině se ukázaly v ostrém kontrastu. Brzy tým, včetně postgraduálních studentů Hao Xu a Nate Matter, začal zobrazovat lidské ruce a zápěstí. Obrazové řezy ukazují karpální kosti, šlachy a měkké tkáně. „Obrazy rukou rozhodně ještě nejsou ve stejné kvalitě jako běžné skenery MRI,“ říká Conolly, „ale nyní můžeme mluvit o anatomii. A můžeme měřit zlepšení.“

do letošního léta Conolly očekává, že obrázky budou mnohem lepší. Nový a vylepšený homogenní magnet je téměř dokončen. Tenhle je větší a může pracovat s vyšší intenzitou pole. Vejde se do něj koleno, ne jen zápěstí. Je energeticky úspornější a příhodně i levnější. Tým stále pracuje na dosažení homogenity, kterou potřebují v magnetu s nízkou pevností. Protože vytvářejí magnet navíjením měděné pásky, musí být každé otočení umístěno přesně s ohledem na ostatní cívky. „Ve svitcích je více než sto závitů měděné pásky, takže se hromadí každý malý zlom a vazba,“ říká Conolly. „Vnější průměr může být od ideálu vzdálen asi 50 tisícin palce-což je docela dobré , ale stále je to problém.“Ungersma nyní vytváří novou sadu cívek k vyřešení tohoto problému.

celý tým je zaneprázdněn snahou zlepšit kvalitu obrazu. Tým je také nadšený vyhlídkou na základní vědecký výzkum, který otevírá dveře pro zkoumání mnoha nových kontrastních mechanismů.

tým získal granty na vytvoření skenerů pro zobrazování kolena, mozku a prsu. Jednou z výhod levného MRI skeneru je, že nemocnice by mohly používat menší skenery specifické pro určité části těla, místo nákupu druhého celotělového skeneru. S technologií Stanford, MRI prsu zobrazování může stát nákladově efektivní pro screening rakoviny prsu. Ve věku rostoucích nákladů na zdravotní péči může tato technologie zpřístupnit MRI větší klientele.