• Articles
• admin

3/20/01

Dawn Levy, serviciul de știri (650) 725-1944; e-mail: [email protected]

doi magneți sunt mai ieftini decât unul: inginerii Stanford construiesc un scaner RMN ieftin

există o afacere în subsolul clădirii Packard Electrical Engineering din Stanford: un scaner de imagistică prin rezonanță magnetică (RMN) cu costuri reduse. Scanerele RMN fac fotografii interioare clare ale corpului, inclusiv creierul, coloana vertebrală și articulațiile. Imaginile RMN oferă un contrast mai bun în țesuturile moi, cum ar fi creierul, în comparație cu alte tehnici imagistice, cum ar fi radiografia, CT sau ultrasunetele. Dar scanerele RMN nu sunt ieftine. Un scaner pentru întregul corp costă între 1 milion și 3 milioane de dolari, iar taxele de scanare pot depăși 1.000 de dolari.

„personal, nu mi-a plăcut niciodată costul RMN. Sunt foarte frugal”, spune Steven Conolly, un asociat senior de cercetare în echipa de inginerie care creează noul scaner RMN. Profesorul emerit de inginerie și radiologie Albert Macovski a inspirat proiectul, care este condus de Conolly și de cercetătorul de inginerie Greig Scott. Unul dintre obiectivele echipei este de a crea un scaner de înaltă calitate care să se vândă pentru aproximativ 150.000 de dolari.

scanerul ar putea deveni util în țările în curs de dezvoltare, spune Conolly, sau ca un instrument de cercetare științifică de bază.

abordarea low-cost a echipei de a construi scanere RMN este practică și provocatoare. Și după cinci ani de muncă, cercetătorii au acum primele imagini umane în mână.

trucul, spune Conolly, este să folosești doi magneți rezistivi ieftini în locul unui magnet supraconductor scump.

RMN funcționează în două etape. În primul rând, expune corpul uman la un câmp magnetic puternic. Unele elemente, inclusiv atomii de hidrogen din apă și grăsimea corporală, răspund la un câmp magnetic puternic aliniindu-se cu acesta, la fel cum piliturile de fier se aliniază cu câmpul unui magnet de birou. Aici câmpul magnetic trebuie să fie foarte puternic, deoarece atomii de hidrogen nu răspund la fel de ușor la un câmp magnetic ca pilitura de fier. Scanerele RMN de astăzi folosesc magneți la fel de puternici ca cei folosiți pentru a ridica mașinile într-o groapă de gunoi.

odată ce atomii de hidrogen s-au aliniat, își creează propriul semnal magnetic. Deoarece atomii de hidrogen din diferite țesuturi au semnale ușor diferite, scanerul RMN măsoară aceste diferențe, detectând contrastul într-o imagine. Pentru acest al doilea pas-măsurarea diferenței dintre, de exemplu, un atom de hidrogen din interiorul unei tumori și unul din interiorul mușchiului-câmpul magnetic trebuie să fie extrem de precis, spune Conolly. Câmpul nu poate varia cu mai mult de zece mii de procente, ceea ce înseamnă că dacă Pământul ar fi la fel de plat ca un câmp magnetic RMN, cel mai înalt deal din lume ar avea doar 20 de metri înălțime.

singurii magneți disponibili astăzi, care sunt atât foarte puternici, cât și omogeni, sunt magneții supraconductori. Acestea sunt cel mai mare cost unic într-un scaner RMN. Dar se pare, spune Conolly, că magnetul din interiorul unui scaner RMN nu trebuie să fie simultan puternic și consecvent. Așa că echipa a construit un întreg scaner RMN de la zero, folosind doi magneți pentru a înlocui magnetul supraconductor convențional. Primul magnet este foarte puternic și capabil să alinieze atomii de hidrogen. Totuși, nu trebuie să fie foarte precis și are o variație de aproximativ 40%. „Este ca și cum ai folosi o lampă pentru a ilumina o carte”, spune Conolly. „Intensitatea luminii poate varia pe suprafața paginii cu 40%, dar atâta timp cât este suficient de luminos, puteți citi în continuare pagina.”Al doilea magnet creează un câmp magnetic omogen, dar nu trebuie să fie puternic. De fapt, este slab, necesitând puterea a aproximativ două uscătoare de păr. Echipa RMN activează un magnet pentru a alinia atomii de hidrogen și pe celălalt pentru a înregistra semnalul corpului.

ambii magneți sunt magneți rezistivi de cupru simpli-făcuți din lucruri pe care oricine le-ar putea găsi la un magazin de hardware. De îndată ce echipa RMN de la Stanford a creat un scaner funcțional, au început să facă fotografii. Unul dintre oamenii de știință ai echipei, Blaine Chronik, a mers la magazinul alimentar când au început să obțină date „și doar a căutat lucruri interesante de imaginat”, spune Conolly. „Am încercat roșiile”, a spus Sharon Ungersma, studentă absolventă a proiectului, ” și struguri și alte alimente.”Bacon a arătat cel mai interesant contrast. Grăsimea și dungile musculare de pe slănină au apărut în contrast puternic între ele. În curând, Echipa, inclusiv studenții absolvenți Hao Xu și Nate Matter, au început să-și imagineze mâinile și încheieturile umane. Feliile de imagine arată oasele carpiene, tendoanele și țesutul moale. „Imaginile mâinilor nu sunt încă la aceeași calitate ca scanerele RMN convenționale”, spune Conolly, „dar putem vorbi de fapt despre anatomie acum. Și putem măsura îmbunătățirile.”

până în această vară, Conolly anticipează că imaginile vor fi mult mai bune. Un magnet omogen nou și îmbunătățit este aproape finalizat. Acesta este mai mare și poate funcționa la o intensitate mai mare a câmpului. Se va potrivi un genunchi, nu doar o încheietura mâinii. Este mai eficient din punct de vedere energetic și, potrivit, chiar mai ieftin. Echipa încă lucrează pentru a atinge omogenitatea de care au nevoie în magnetul cu rezistență redusă. Deoarece creează magnetul prin înfășurarea benzii de cupru, fiecare rotire trebuie plasată exact în raport cu celelalte bobine. „Există mai mult de o sută de rotații de bandă de cupru în bobine, astfel încât fiecare mică încurcătură și legare se acumulează”, spune Conolly. „Diametrul exterior poate fi oprit cu aproximativ 50 de mii de centimetri de ideal-ceea ce este destul de bun, dar este încă o problemă.”Ungersma creează acum un nou set de bobine pentru a remedia această problemă.

întreaga echipă este ocupată încercând să îmbunătățească calitatea imaginii. Echipa este, de asemenea, încântată de perspectiva cercetării științifice de bază, care deschide ușa pentru explorarea multor noi mecanisme de contrast.

echipa a primit granturi pentru a crea scanere pentru imagistica genunchiului, creierului și sânului. Unul dintre avantajele scanerului RMN low-cost este că spitalele ar putea folosi scanere mai mici specifice anumitor părți ale corpului, în loc să cumpere un al doilea scaner pentru întregul corp. Cu tehnologia Stanford, imagistica RMN a sânului ar putea deveni rentabilă pentru screeningul cancerului de sân. Într-o epocă de creștere a costurilor medicale, tehnologia poate face RMN-ul disponibil pentru o clientelă mai mare.