• Articles
• admin

3/20/01

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

dwa magnesy są tańsze niż jeden: inżynierowie Stanford konstruują niedrogi skaner MRI

w podziemiach budynku Packard Electrical Engineering Stanford jest okazja: tani skaner rezonansu magnetycznego (MRI). Skanery MRI zrobić ostre wewnętrzne zdjęcia ciała, w tym mózgu, kręgosłupa i stawów. Obrazy MRI zapewniają lepszy kontrast w tkankach miękkich, takich jak mózg, w porównaniu z innymi technikami obrazowania, takimi jak RTG, CT lub USG. Ale Skanery rezonansu nie są tanie. Jeden skaner całego ciała kosztuje od 1 do 3 milionów dolarów, a opłaty za skanowanie mogą przekroczyć 1000 dolarów.

” osobiście nigdy nie podobał mi się koszt rezonansu magnetycznego. Jestem bardzo oszczędny” – mówi Steven Conolly, starszy współpracownik w zespole Inżynierów tworzącym nowy skaner MRI. Emerytowany profesor inżynierii i radiologii Albert Macovski zainspirował projekt, który jest prowadzony przez Conolly i współpracownika ds. badań inżynierskich Greiga Scotta. Jednym z celów zespołu jest stworzenie wysokiej jakości skanera, który sprzedałby się za około 150 000 USD.

skaner może stać się przydatny w krajach rozwijających się, mówi Conolly, lub jako narzędzie do podstawowych badań naukowych.

tanie podejście zespołu do budowy skanerów MRI jest praktyczne i trudne. I po pięciu latach pracy, naukowcy mają teraz swoje pierwsze ludzkie obrazy w ręku.

sztuczka, mówi Conolly, polega na użyciu dwóch niedrogich magnesów rezystancyjnych zamiast drogiego magnesu nadprzewodzącego.

rezonans magnetyczny działa w dwóch etapach. Po pierwsze, naraża Ludzkie ciało na silne pole magnetyczne. Niektóre elementy, w tym atomy wodoru wewnątrz wody i tkanki tłuszczowej, reagują na silne pole magnetyczne, ustawiając się z nim tak samo, jak opiłki żelaza wyrównują się z polem magnesu biurkowego. Tutaj pole magnetyczne musi być bardzo silne, ponieważ atomy wodoru nie reagują tak łatwo na pole magnetyczne jak opiłki żelaza. Dzisiejsze Skanery rezonansu magnetycznego używają magnesów tak silnych, jak te używane do odbierania samochodów na złomowisku.

gdy atomy wodoru ustawią się w linii, tworzą swój własny sygnał magnetyczny. Ponieważ atomy wodoru w różnych tkankach mają nieco inne sygnały, skaner MRI mierzy te różnice, wykrywając kontrast na obrazie. W tym drugim kroku-zmierzenie różnicy między atomem wodoru w guzie a atomem w mięśniu-pole magnetyczne musi być bardzo precyzyjne, mówi Conolly. Pole nie może się różnić o więcej niż jedną dziesiątą procent, co oznacza, że gdyby ziemia była tak płaska jak Pole magnetyczne MRI, najwyższe wzgórze na świecie miałoby tylko 20 stóp wysokości.

jedynymi dostępnymi obecnie magnesami, które są zarówno bardzo mocne, jak i jednorodne, są magnesy nadprzewodzące. Są największym jednorazowym kosztem w skanerze MRI. Ale okazuje się, mówi Conolly, że magnes wewnątrz skanera MRI nie musi być jednocześnie silny i spójny. Zespół zbudował cały skaner MRI od podstaw, używając dwóch magnesów do zastąpienia konwencjonalnego magnesu nadprzewodzącego. Pierwszy magnes jest bardzo silny i zdolny do układania atomów wodoru. To nie musi być bardzo precyzyjne, choć, i ma około 40 procent zmienności. „To jak używanie lampy do oświetlania książki” – mówi Conolly. „Natężenie światła może się różnić na powierzchni strony o 40 procent, ale dopóki jest wystarczająco jasne, nadal można czytać stronę.”Drugi magnes wytwarza jednorodne pole magnetyczne, ale nie musi być silne. W rzeczywistości jest słaby, wymaga mocy około dwóch suszarek. Zespół MRI włącza jeden magnes, aby ustawić atomy wodoru, a drugi, aby zarejestrować sygnał ciała.

oba magnesy są prostymi miedzianymi magnesami rezystancyjnymi-wykonanymi z rzeczy, które każdy może znaleźć w sklepie z narzędziami. Gdy tylko Zespół Stanford MRI stworzył działający skaner, zaczęli robić zdjęcia. Jeden z naukowców zespołu, Blaine Chronik, poszedł do sklepu spożywczego, gdy po raz pierwszy zaczął zbierać dane „i po prostu szukał interesujących rzeczy do wyobrażenia”, mówi Conolly. „Próbowaliśmy pomidorów”, powiedziała Sharon Ungersma, absolwentka projektu, ” oraz winogron i innych produktów spożywczych.”Bacon pokazał najciekawszy kontrast. Tłuszcz i paski mięśni na bekonie pojawiły się w wyraźnym kontraście do siebie. Wkrótce zespół, w tym absolwenci Hao Xu i Nate Matter, rozpoczął obrazowanie ludzkich dłoni i nadgarstków. Plasterki obrazu pokazują kości nadgarstka, ścięgna i tkankę miękką. „Obrazy z ręki zdecydowanie nie są jeszcze tej samej jakości, co konwencjonalne skanery MRI”, mówi Conolly, ” ale teraz możemy mówić o anatomii. I możemy mierzyć ulepszenia.”

do tego lata Conolly przewiduje, że zdjęcia będą znacznie lepsze. Nowy i Ulepszony magnes jednorodny jest prawie ukończony. Ten jest większy i może pracować przy większej sile pola. Pasuje na kolano, nie tylko na nadgarstek. Jest bardziej energooszczędny i, co ważne, jeszcze tańszy. Zespół nadal pracuje nad osiągnięciem jednorodności, której potrzebuje w Magnesie o niskiej wytrzymałości. Ponieważ tworzą magnes przez zwijanie taśmy miedzianej, każdy obrót musi być umieszczony dokładnie w stosunku do innych cewek. „W zwojach znajduje się ponad sto zwojów miedzianej taśmy, więc każde małe załamanie i Wiązanie gromadzą się”, mówi Conolly. „Średnica zewnętrzna może być oddalona o około 50 tysięcznych cala od ideału – co jest całkiem dobre , ale nadal stanowi problem.”Ungersma tworzy teraz nowy zestaw cewek, aby rozwiązać ten problem.

cały zespół jest zajęty próbami poprawy jakości obrazu. Zespół jest również podekscytowany perspektywą podstawowych badań naukowych, które otwierają drzwi do odkrywania wielu nowych mechanizmów kontrastu.

zespół otrzymał granty na stworzenie skanerów do obrazowania kolana, mózgu i piersi. Jedną z zalet taniego skanera MRI jest to, że szpitale mogą używać mniejszych skanerów specyficznych dla niektórych części ciała, zamiast kupować drugi skaner całego ciała. Dzięki technologii Stanford, obrazowanie MRI piersi może stać się opłacalne dla badań przesiewowych raka piersi. W dobie rosnących kosztów leczenia technologia może udostępnić rezonans magnetyczny większej klienteli.