• Articles
• admin

3/20/01

daggry Levy, nyhedstjeneste (650) 725-1944; e-mail: [email protected]

to magneter er billigere end en: Stanford-ingeniører konstruerer en billig MR-scanner

der er et godt køb i kælderen i Stanfords Packard Electrical Engineering building: en billig magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) scanner. MR-scannere tager skarpe indre billeder af kroppen, herunder hjernen, rygsøjlen og leddene. MR-billeder giver bedre kontrast i blødt væv som hjernen sammenlignet med andre billeddannelsesteknikker såsom røntgen, CT eller ultralyd. Men MR-scannere kommer ikke billigt. En helkropsscanner koster $1 million til $3 millioner, og scanningsafgifter kan overstige $1.000.

“personligt kunne jeg aldrig lide omkostningerne ved Mr. Jeg er meget sparsommelig,” siger Steven Conolly, en seniorforskningsassistent på ingeniørteamet, der opretter den nye MR-scanner. Professor emeritus i teknik og radiologi Albert Macovski inspirerede projektet, som ledes af Conolly og ingeniørforskningsassistent Greig Scott. Et af holdets mål er at skabe en højkvalitets scanner, der vil sælge for omkring $150.000.

scanneren kan blive nyttig i udviklingslandene, siger Conolly, eller som et værktøj til grundvidenskabelig forskning.

holdets billige tilgang til opbygning af MR-scannere er praktisk og udfordrende. Og efter fem års arbejde har forskerne nu deres første menneskelige billeder i hånden.

tricket, siger Conolly, er at bruge to billige resistive magneter i stedet for en dyr superledende magnet.

MR fungerer i to trin. For det første udsætter den menneskekroppen for et stærkt magnetfelt. Nogle elementer, herunder hydrogenatomer inde i vand og kropsfedt, reagerer på et stærkt magnetfelt ved at stille sig sammen med det, ligesom jernarkiver stemmer overens med feltet for en skrivebordsmagnet. Her skal magnetfeltet være meget stærkt, fordi hydrogenatomer ikke reagerer så let på et magnetfelt som jernarkiver gør. Dagens MR-scannere bruger magneter så stærke som dem, der bruges til at hente biler i en skrotplads.

når hydrogenatomerne er opstillet, skaber de deres eget magnetiske signal. Fordi hydrogenatomer i forskellige væv har lidt forskellige signaler, måler MR-scanneren disse forskelle og detekterer kontrast i et billede. For dette andet trin-måling af forskellen mellem for eksempel et hydrogenatom inde i en tumor og en inde i muskler-skal magnetfeltet være ekstremt præcist, siger Conolly. Feltet kan ikke variere med mere end en ti tusindedel af en procent, hvilket betyder, at hvis jorden var så flad som et MR-magnetfelt, ville verdens højeste bakke kun være 20 fod høj.

de eneste magneter, der er tilgængelige i dag, der både er meget stærke og homogene, er superledende magneter. De er de største enkeltomkostninger i en MR-scanner. Men det viser sig, siger Conolly, at magneten inde i en MR-scanner ikke behøver at være samtidig stærk og konsistent. Så holdet byggede en hel MR-scanner fra bunden ved hjælp af to magneter til at erstatte den konventionelle superledende magnet. Den første magnet er meget stærk og i stand til at forene hydrogenatomerne. Det behøver dog ikke være meget præcist og har omkring 40 procent variation. “Det er som at bruge en lampe til at belyse en bog,” siger Conolly. “Lysintensiteten kan variere over sidens overflade med 40 procent, men så længe den er lys nok, kan du stadig læse siden.”Den anden magnet skaber et homogent magnetfelt, men det behøver ikke at være stærkt. Faktisk er det svagt, hvilket kræver kraften på omkring to hårtørrere. MR-teamet tænder den ene magnet for at lineere brintatomerne og tænder den anden for at registrere kroppens signal.

begge magneter er simple kobber resistive magneter-lavet af ting nogen kan finde på en isenkræmmer. Så snart Stanford MR-teamet oprettede en fungerende scanner, begyndte de at tage billeder. En af teamforskerne, Blaine Chronik, gik til købmanden, da de først begyndte at få data “og kiggede bare efter interessante ting til billedet,” siger Conolly. “Vi prøvede tomater, “sagde Sharon Ungersma, en kandidatstuderende på projektet,” og druer og andre fødevarer.”Bacon viste den mest interessante kontrast. Fedt og muskel striber på bacon dukkede op i skarp kontrast til hinanden. Snart begyndte holdet, inklusive kandidatstuderende Hao og Nate Matter, at afbilde menneskelige hænder og håndled. Billede skiver viser carpal knogler, sener og det bløde væv. “Håndbillederne er bestemt endnu ikke i samme kvalitet som konventionelle MR-scannere,” siger Conolly, “men vi kan faktisk tale om anatomi nu. Vi kan måle forbedringer.”

i sommer forventer Conolly, at billederne bliver langt bedre. En ny og forbedret homogen magnet er næsten afsluttet. Denne er større og kan arbejde med højere feltstyrke. Det passer til et knæ, ikke kun et håndled. Det er mere energieffektivt og passende endnu billigere. Holdet arbejder stadig for at opnå den homogenitet, de har brug for i lavstyrkemagneten. Fordi de skaber magneten ved at spole kobberbånd, skal hver tur placeres nøjagtigt i forhold til de andre spoler. “Der er mere end hundrede omdrejninger kobberbånd i spolerne, så hver lille knæk og bind ophobes,” siger Conolly. “Den udvendige diameter kan være slukket med omkring 50 tusindedele af en tomme fra ideal-hvilket er ret godt, men det er stadig et problem.”Ungersma opretter nu et nyt sæt spoler til at løse dette problem.

hele holdet har travlt med at forsøge at forbedre billedkvaliteten. Holdet er også begejstret for udsigten til grundlæggende videnskabelig forskning, som åbner døren for at udforske mange nye kontrastmekanismer.

holdet har modtaget tilskud til at skabe scannere til billeddannelse af knæ, hjerne og bryst. En af fordelene ved den billige MR-scanner er, at hospitaler kunne bruge mindre scannere, der er specifikke for bestemte dele af kroppen, i stedet for at købe en anden helkropsscanner. Med Stanford-teknologien kan MR-brystafbildning blive omkostningseffektiv til screening af brystkræft. I en alder af stigende medicinske omkostninger kan teknologien gøre MR tilgængelig for en større kundekreds.