• Articles
• admin

3/20/01

Dawn Levy, il Servizio di Notizie (650) 725-1944; e-mail: [email protected]

Due magneti sono più convenienti rispetto a uno: Stanford ingegneri costruire un economico scanner MRI

Ci sono un affare nel seminterrato di Stanford Packard Ingegneria Elettrica edificio: un basso costo di imaging a risonanza magnetica (MRI) scanner. Gli scanner MRI scattano immagini nitide interne del corpo, incluso il cervello, la colonna vertebrale e le articolazioni. Le immagini MRI forniscono un migliore contrasto nei tessuti molli come il cervello rispetto ad altre tecniche di imaging come raggi X, CT o ultrasuoni. Ma gli scanner MRI non sono economici. Uno scanner per tutto il corpo costa 1 1 milioni a million 3 milioni e le spese di scansione possono superare $1.000.

“Personalmente, non mi è mai piaciuto il costo della risonanza magnetica. Sono molto frugale”, afferma Steven Conolly, ricercatore senior del team di ingegneri che ha creato il nuovo scanner MRI. Professore emerito di ingegneria e radiologia Albert Macovski ha ispirato il progetto, che è guidato da Conolly e ingegnere research associate Greig Scott. Uno degli obiettivi del team è quello di creare uno scanner di alta qualità che venderebbe per circa $150.000.

Lo scanner potrebbe diventare utile nei paesi in via di sviluppo, dice Conolly, o come strumento per la ricerca scientifica di base.

L’approccio a basso costo del team per la costruzione di scanner MRI è pratico e stimolante. E dopo cinque anni di lavoro, i ricercatori hanno ora le loro prime immagini umane in mano.

Il trucco, dice Conolly, è quello di utilizzare due magneti resistivi poco costosi invece di un costoso magnete superconduttore.

La risonanza magnetica funziona in due fasi. Innanzitutto, espone il corpo umano a un forte campo magnetico. Alcuni elementi, inclusi gli atomi di idrogeno all’interno dell’acqua e del grasso corporeo, rispondono a un forte campo magnetico allineandosi con esso tanto quanto le limature di ferro si allineano con il campo di un magnete desktop. Qui il campo magnetico deve essere molto forte perché gli atomi di idrogeno non rispondono facilmente a un campo magnetico come fanno le limature di ferro. Gli scanner MRI di oggi usano magneti forti come quelli usati per raccogliere le auto in una discarica.

Una volta che gli atomi di idrogeno si sono allineati, creano il proprio segnale magnetico. Poiché gli atomi di idrogeno in diversi tessuti hanno segnali leggermente diversi, lo scanner MRI misura tali differenze, rilevando il contrasto in un’immagine. Per questo secondo passo-misurare la differenza tra, ad esempio, un atomo di idrogeno all’interno di un tumore e uno all’interno del muscolo-il campo magnetico deve essere estremamente preciso, dice Conolly. Il campo non può variare di più di un decimillesimo di percento, il che significa che se la Terra fosse piatta come un campo magnetico MRI, la collina più alta del mondo sarebbe alta solo 20 piedi.

Gli unici magneti oggi disponibili che sono sia molto forti che omogenei sono i magneti superconduttori. Essi sono il più grande singolo costo in uno scanner MRI. Ma si scopre, dice Conolly, che il magnete all’interno di uno scanner MRI non ha bisogno di essere contemporaneamente forte e coerente. Così il team ha costruito un intero scanner MRI da zero, utilizzando due magneti per sostituire il magnete superconduttore convenzionale. Il primo magnete è molto forte e in grado di allineare gli atomi di idrogeno. Non deve essere molto preciso, però, e ha circa il 40 per cento di variazione. “È come usare una lampada per illuminare un libro”, dice Conolly. “L’intensità della luce può variare sulla superficie della pagina del 40%, ma finché è abbastanza luminosa, puoi ancora leggere la pagina.”Il secondo magnete crea un campo magnetico omogeneo, ma non deve essere forte. In effetti, è debole, richiede la potenza di circa due asciugacapelli. Il team di risonanza magnetica accende un magnete per allineare gli atomi di idrogeno e accende l’altro per registrare il segnale del corpo.

Entrambi i magneti sono semplici magneti resistivi in rame-fatti di roba che chiunque potrebbe trovare in un negozio di ferramenta. Non appena il team di risonanza magnetica di Stanford ha creato uno scanner funzionante, hanno iniziato a scattare foto. Uno degli scienziati del team, Blaine Chronik, è andato al negozio di alimentari quando hanno iniziato a ricevere dati “e ha cercato solo cose interessanti da immaginare”, dice Conolly. “Abbiamo provato i pomodori”, ha detto Sharon Ungersma, uno studente laureato sul progetto, ” e uva e altri alimenti.”Bacon ha mostrato il contrasto più interessante. Il grasso e le strisce muscolari sulla pancetta si sono presentati in netto contrasto l’uno con l’altro. Ben presto il team, tra cui studenti laureati Hao Xu e Nate Matter, ha iniziato l’imaging mani e polsi umani. Le sezioni dell’immagine mostrano le ossa carpali, i tendini e i tessuti molli. “Le immagini a mano non hanno ancora la stessa qualità degli scanner MRI convenzionali”, afferma Conolly, ” ma ora possiamo parlare di anatomia. E possiamo misurare i miglioramenti.”

Entro quest’estate, Conolly anticipa che le immagini saranno di gran lunga migliori. Un magnete omogeneo nuovo e migliorato è quasi completato. Questo è più grande e può funzionare a maggiore intensità di campo. Si adatterà a un ginocchio, non solo a un polso. È più efficiente dal punto di vista energetico e, opportunamente, anche più economico. Il team sta ancora lavorando per raggiungere l’omogeneità di cui hanno bisogno nel magnete a bassa resistenza. Poiché creano il magnete avvolgendo il nastro di rame, ogni turno deve essere posizionato con precisione rispetto alle altre bobine. “Ci sono più di cento giri di nastro di rame nelle bobine, quindi ogni piccolo nodo e legame si accumula”, afferma Conolly. “Il diametro esterno può essere spento di circa 50 millesimi di pollice da ideal ideal che è abbastanza buono, ma è ancora un problema.”Ungersma sta ora creando un nuovo set di bobine per risolvere questo problema.

L’intero team è impegnato a cercare di migliorare la qualità dell’immagine. Il team è anche entusiasta della prospettiva della ricerca scientifica di base, che apre la porta per esplorare molti nuovi meccanismi di contrasto.

Il team ha ricevuto sovvenzioni per creare scanner per l’imaging del ginocchio, del cervello e del seno. Uno dei vantaggi dello scanner MRI a basso costo è che gli ospedali potrebbero utilizzare scanner più piccoli specifici per alcune parti del corpo, invece di acquistare un secondo scanner per tutto il corpo. Con la tecnologia di Stanford, l’imaging del seno MRI potrebbe diventare conveniente per lo screening del cancro al seno. In un’epoca di aumento dei costi medici, la tecnologia può rendere la risonanza magnetica a disposizione di una clientela più ampia.