Dois imãs são mais baratos do que um: Stanford engenheiros construir um barato scanner de ressonância magnética: 3/01
3/20/01
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Dois imãs são mais baratos do que um: Stanford engenheiros construir um barato aparelho de MRI
Há uma pechincha no porão de Stanford Packard Engenharia Elétrica, prédio: um baixo custo de imagem por ressonância magnética (MRI) do scanner. Os scanners de ressonância magnética tiram fotos internas nítidas do corpo, incluindo o cérebro, a coluna e as articulações. Imagens de ressonância magnética fornecem melhor contraste em tecidos moles como o cérebro em comparação com outras técnicas de imagem, como raio-X, TC ou ultra-som. Mas os scanners de ressonância magnética não são baratos. Um scanner de corpo inteiro custa US $ 1 milhão a US $3 milhões, e as cobranças de varredura podem exceder US $1.000.
“pessoalmente, nunca gostei do custo da ressonância magnética. Sou muito frugal”, diz Steven Conolly, pesquisador sênior da equipe de engenharia que cria o novo scanner de ressonância magnética. O Professor Emérito de engenharia e radiologia Albert Macovski inspirou o projeto, liderado por Conolly e pelo Associado de pesquisa de engenharia Greig Scott. Um dos objetivos da equipe é criar um scanner de alta qualidade que seria vendido por cerca de US $150.000. O scanner pode se tornar útil no mundo em desenvolvimento, diz Conolly, ou como uma ferramenta para pesquisa científica básica.
a abordagem de baixo custo da equipe para a construção de scanners de ressonância magnética é prática e desafiadora. E depois de cinco anos de trabalho, os pesquisadores agora têm suas primeiras imagens humanas em mãos. O truque, Conolly diz, é usar dois ímãs resistivos baratos em vez de um ímã supercondutor caro.
a ressonância magnética funciona em duas etapas. Primeiro, expõe o corpo humano a um forte campo magnético. Alguns elementos, incluindo átomos de hidrogênio dentro da água e da gordura corporal, respondem a um forte campo magnético alinhando-se com ele, assim como as limalhas de ferro se alinham com o campo de um ímã de mesa. Aqui, o campo magnético precisa ser muito forte porque os átomos de hidrogênio não respondem tão facilmente a um campo magnético quanto os arquivos de ferro. Os scanners de ressonância magnética de hoje usam ímãs tão fortes quanto os usados para pegar carros em um ferro-velho. Uma vez que os átomos de hidrogênio se alinharam, eles criam seu próprio sinal magnético. Como os átomos de hidrogênio em diferentes tecidos têm sinais ligeiramente diferentes, o scanner de ressonância magnética mede essas diferenças, detectando contraste em uma imagem. Para este segundo passo-medindo a diferença entre, por exemplo, um átomo de hidrogênio dentro de um tumor e um dentro do músculo-o campo magnético tem que ser extremamente preciso, diz Conolly. O campo não pode variar em mais de um dez milésimo de um por cento, o que significa que se a Terra fosse tão plana quanto um campo magnético de ressonância magnética, a colina mais alta do mundo teria apenas 20 pés de altura.
os únicos ímãs disponíveis hoje que são muito fortes e homogêneos são ímãs supercondutores. Eles são o maior custo único em um scanner de ressonância magnética. Mas acontece, diz Conolly, que o ímã dentro de um scanner de ressonância magnética não precisa ser simultaneamente forte e consistente. Assim, a equipe construiu um scanner de ressonância magnética inteiro do zero, usando dois ímãs para substituir o ímã supercondutor convencional. O primeiro ímã é muito forte e capaz de alinhar os átomos de hidrogênio. No entanto, não precisa ser muito preciso e tem cerca de 40% de variação. “É como usar uma lâmpada para iluminar um livro”, diz Conolly. “A intensidade da luz pode variar sobre a superfície da página em 40 por cento, mas contanto que seja brilhante o suficiente, você ainda pode ler a página.”O segundo ímã cria um campo magnético homogêneo, mas não precisa ser forte. Na verdade, é fraco, exigindo o poder de cerca de dois secadores de cabelo. A equipe de ressonância magnética Liga um ímã para alinhar os átomos de hidrogênio e liga o outro para registrar o sinal do corpo.
ambos os ímãs são ímãs resistivos de cobre simples-feitos de coisas que alguém pode encontrar em uma loja de ferragens. Assim que a equipe de ressonância magnética de Stanford criou um scanner de trabalho, eles começaram a tirar fotos. Um dos cientistas da equipe, Blaine Chronik, foi ao Supermercado quando eles começaram a obter dados “e apenas procuraram coisas interessantes para a imagem”, diz Conolly. “Tentamos tomates”, disse Sharon Ungersma, uma estudante de pós-graduação no projeto, ” e uvas e outros alimentos.”Bacon mostrou o contraste mais interessante. A gordura e as listras musculares no bacon apareceram em forte contraste entre si. Logo a equipe, incluindo os alunos de pós-graduação Hao Xu e Nate Matter, começou a criar imagens de mãos e pulsos humanos. As fatias de imagem mostram os ossos do carpo, os tendões e os tecidos moles. “As imagens das mãos definitivamente ainda não têm a mesma qualidade dos scanners convencionais de ressonância magnética”, diz Conolly, “mas podemos realmente falar sobre anatomia agora. E podemos medir melhorias.”
neste verão, Conolly antecipa que as imagens serão muito melhores. Um ímã homogêneo novo e melhorado está quase concluído. Este é maior e pode trabalhar com maior força de campo. Vai caber um joelho, não apenas um pulso. É mais eficiente em termos energéticos e, apropriadamente, ainda mais barato. A equipe ainda está trabalhando para atingir a homogeneidade que eles precisam no ímã de baixa resistência. Como eles criam o ímã enrolando fita de cobre, cada volta precisa ser colocada precisamente em relação às outras bobinas. “Há mais de cem voltas de fita de cobre nas bobinas, então cada pequena torção e ligação se acumula”, diz Conolly. “O diâmetro externo pode estar a cerca de 50 milésimos de polegada do ideal-o que é muito bom, mas ainda é um problema.”A Ungersma agora está criando um novo conjunto de bobinas para corrigir esse problema.
toda a equipe está ocupada tentando melhorar a qualidade da imagem. A equipe também está animada com a perspectiva de pesquisa científica básica, que abre as portas para explorar muitos novos mecanismos de contraste.
a equipe recebeu subsídios para criar scanners para imagens do joelho, cérebro e mama. Um dos benefícios do scanner de ressonância magnética de baixo custo é que os hospitais poderiam usar scanners menores específicos para certas partes do corpo, em vez de comprar um segundo scanner de corpo inteiro. Com a tecnologia de Stanford, a ressonância magnética da mama pode se tornar econômica para o rastreamento do câncer de mama. Em uma era de custos médicos crescentes, a tecnologia pode tornar a ressonância magnética disponível para uma clientela maior.