二つの磁石は一つよりも安いです：スタンフォードのエンジニアは、安価なMRIス: 3/01
3/20/01
Dawn Levy,News Service(650)725-1944;e-mail:[email protected]
二つの磁石は一つよりも安い：スタンフォードのエンジニアは、安価なMRIスキャナを構築
スタンフォードのパッカード電気工学ビルの地下に掘り出し物があります：低コストの磁気共鳴イメージング（MRI）スキャナ。 MRIスキャナは、脳、脊椎、関節を含む体の鋭い内側の写真を撮ります。 MRI画像は、X線、CT、または超音波などの他の画像技術と比較して、脳のような軟部組織においてより良好なコントラストを提供する。 しかし、MRIスキャナは安くはありません。 1つの全身の走査器はcosts1，000,000から3 3，000,000を要し、スキャン充満はexceed1,000を超過できます。
“個人的には、私はMRIのコストが好きではありませんでした。 私は非常に質素です”と、新しいMRIスキャナを作成するエンジニアリングチームの上級研究員であるSteven Conolly氏は言います。 工学および放射線学の名誉教授Albert MacovskiはConollyおよび工学研究仲間Greig Scottによって導かれるプロジェクトに影響を与えた。 チームの目標の一つは、約$150,000のために販売する高品質のスキャナを作成することです。
スキャナは、発展途上国で、あるいは基礎科学研究のためのツールとして有用になるかもしれない、とコノリー氏は言います。
MRIスキャナを構築するためのチームの低コストのアプローチは実用的で困難です。 そして、5年間の仕事の後、研究者は今、彼らの最初の人間のイメージを手に持っています。
トリックは、コノリーは言う、高価な超伝導磁石の代わりに二つの安価な抵抗磁石を使用することです。
MRIは二つのステップで動作します。 まず、人体を強い磁場にさらします。 水や体脂肪の中の水素原子を含むいくつかの要素は、鉄のファイリングがデスクトップ磁石の磁場と整列するように、強い磁場に反応します。 水素原子は鉄のファイリングがそうであるように磁場に簡単に応答しないので、ここで磁場は非常に強くする必要があります。 今日のMRIスキャナは、廃品で車を拾うために使用されるものと同じくらい強い磁石を使用しています。
水素原子が一列に並ぶと、それらは独自の磁気信号を生成します。 異なったティッシュの水素原子にわずかに異なった信号があるので、MRIの走査器はイメージの対照を検出するそれらの相違を測定する。 この第2段階では、例えば腫瘍内の水素原子と筋肉内の水素原子の差を測定するためには、磁場は非常に正確でなければならない、とConollyは言います。 フィールドは、地球がMRI磁場のように平坦であった場合、世界で最も高い丘はわずか20フィートの高さになることを意味し、パーセントの一万分の一以上に
今日入手可能な非常に強く均質な磁石は、超伝導磁石だけです。 それらはMRIの走査器の最も大きい単一の費用である。 しかし、Mriスキャナ内の磁石は同時に強く一貫している必要はないとConolly氏は言います。 そこで、チームは、従来の超伝導磁石を置き換えるために二つの磁石を使用して、ゼロから全体のMRIスキャナを構築しました。 最初の磁石は非常に強く、水素原子を並べることができます。 しかし、それは非常に正確である必要はなく、約40パーセントの変動を持っています。 “それは本を照らすためにランプを使用してのようなものだ、”コノリー氏は述べています。 「光の強さはページの表面全体で40％変化する可能性がありますが、十分に明るい限り、ページを読むことができます。「第二の磁石は均質な磁場を作り出しますが、それは強くする必要はありません。 実際には、それは約二つのヘアドライヤーの力を必要とする、弱いです。 MRIチームは、一方の磁石をオンにして水素原子を整列させ、もう一方の磁石をオンにして身体の信号を記録します。
両方の磁石は、単純な銅抵抗磁石です-誰もが金物店で見つけるかもしれないもので作られています。 スタンフォードMRIチームが作業スキャナを作成するとすぐに、彼らは写真を撮り始めました。 チームの科学者の一人であるBlaine Chronikは、最初にデータを取得し始めたときに食料品店に行きました「そして、イメージする面白いものを探しました」とConollyは言いま “私たちはトマトを試してみました”と、プロジェクトの大学院生であるSharon Ungersma氏は述べています”と、ブドウやその他の食品。”ベーコンは最も興味深いコントラストを示した。 ベーコンの脂肪と筋肉の縞模様は、お互いに全く対照的に現れました。 すぐに大学院生ハオ徐とネイトマターを含むチームは、人間の手や手首のイメージングを開始しました。 画像スライスは、手根骨、腱および軟部組織を示す。 「手の画像は、まだ従来のMRIスキャナと同じ品質ではありません」とConolly氏は言います。 改善を測定することができます。”
この夏までに、Conollyは画像がはるかに良くなると予想しています。 新しく改良された均質な磁石はほぼ完成しています。 これはより大きく、より高い電界強度で動作することができます。 それは手首だけでなく、膝に合うでしょう。 それはよりエネルギー効率が高く、適合性が高く、さらに安価です。 チームは、低強度磁石に必要な均質性を達成するためにまだ取り組んでいます。 彼らは銅テープを巻くことによって磁石を作成するので、各ターンは、他のコイルに対して正確に配置する必要があります。 「コイルには100回転以上の銅テープがあるため、小さなキンクやバインドがすべて蓄積されます」とConolly氏は言います。 「外径は理想から約50000分の1インチ離れている可能性があります-これはかなり良いですが、それはまだ問題です。”Ungersmaは現在、この問題を解決するための新しいコイルセットを作成しています。
チーム全体が画質の向上に取り組んでいます。 チームはまた、多くの新しいコントラストメカニズムを探索するための扉を開く基礎科学研究の見通しに興奮しています。
チームは、膝、脳、乳房を撮像するためのスキャナを作成するための助成金を受けています。 低コストのMRIスキャナの利点の一つは、病院ではなく、第二の全身スキャナを購入するのではなく、身体の特定の部分に固有の小さなスキャナを使用 スタンフォードの技術では、MRI乳房画像は、乳癌スクリーニングのための費用対効果になる可能性があります。 医療費の上昇の時代には、技術はMRIをより大きい依頼人に利用できるようにするかもしれません。