• Articles
• admin

3/20/01

Dawn Levy, nyhetstjänst (650) 725-1944; e-post: [email protected]

två magneter är billigare än en: Stanford-ingenjörer konstruerar en billig Mr-skanner

det finns ett fynd i källaren i Stanfords Packard Electrical Engineering building: en billig magnetisk resonansavbildning (MRI) – skanner. MR-skannrar tar skarpa inre bilder av kroppen inklusive hjärnan, ryggraden och lederna. MR-bilder ger bättre kontrast i mjukvävnad som hjärnan jämfört med andra bildtekniker som röntgen, CT eller ultraljud. Men MR-skannrar är inte billiga. En helkroppsskanner kostar $1 miljon till $3 miljoner, och skanningsavgifterna kan överstiga $1000.

”personligen gillade jag aldrig kostnaden för MR. Jag är väldigt sparsam”, säger Steven Conolly, en senior forskningsassistent på ingenjörsteamet som skapar den nya Mr-skannern. Professor emeritus i teknik och radiologi Albert Macovski inspirerade projektet, som leds av Conolly och engineering research associate Greig Scott. Ett av lagets mål är att skapa en högkvalitativ skanner som skulle sälja för cirka 150 000 dollar.

skannern kan bli användbar i utvecklingsländerna, säger Conolly, eller som ett verktyg för grundvetenskaplig forskning.

lagets billiga tillvägagångssätt för att bygga MR-skannrar är praktiskt och utmanande. Och efter fem års arbete har forskarna nu sina första mänskliga bilder i handen.

tricket, säger Conolly, är att använda två billiga resistiva magneter istället för en dyr superledande magnet.

Mr fungerar i två steg. Först utsätter den människokroppen för ett starkt magnetfält. Vissa element, inklusive väteatomer i vatten och kroppsfett, svarar på ett starkt magnetfält genom att klara sig med det mycket som järnfiltreringar stämmer överens med fältet på en skrivbordsmagnet. Här måste magnetfältet vara mycket starkt eftersom väteatomer inte svarar lika lätt på ett magnetfält som järnfilningar gör. Dagens MR-skannrar använder magneter lika starka som de som används för att hämta bilar i en skräpgård.

när väteatomerna har lined upp skapar de sin egen magnetiska signal. Eftersom väteatomer i olika vävnader har något olika signaler mäter Mr-skannern dessa skillnader och upptäcker kontrast i en bild. För detta andra steg-att mäta skillnaden mellan till exempel en väteatom inuti en tumör och en inuti muskeln-måste magnetfältet vara extremt exakt, säger Conolly. Fältet kan inte variera med mer än en tiotusendel av en procent, vilket innebär att om jorden var så platt som ett Mr-magnetfält, skulle världens högsta kulle bara vara 20 meter hög.

de enda magneter som finns idag som är både mycket starka och homogena är superledande magneter. De är den största enskilda kostnaden i en MR-skanner. Men det visar sig, säger Conolly, att magneten inuti en MR-skanner inte behöver vara samtidigt stark och konsekvent. Så teamet byggde en hel Mr-skanner från grunden med två magneter för att ersätta den konventionella superledande magneten. Den första magneten är mycket stark och kan klara upp väteatomerna. Det behöver dock inte vara särskilt exakt och har cirka 40 procent variation. ”Det är som att använda en lampa för att belysa en bok”, säger Conolly. ”Ljusintensiteten kan variera över sidans yta med 40 procent, men så länge den är tillräckligt ljus kan du fortfarande läsa sidan.”Den andra magneten skapar ett homogent magnetfält, men det behöver inte vara starkt. Det är faktiskt svagt, vilket kräver kraften på cirka två Hårtorkar. Mr-teamet slår på en magnet för att ställa upp väteatomerna och slår på den andra för att spela in kroppens signal.

båda magneterna är enkla kopparresistiva magneter-gjorda av saker som någon kan hitta i en hårdvaruaffär. Så snart Stanford Mr-teamet skapade en fungerande skanner började de ta bilder. En av lagforskarna, Blaine Chronik, gick till mataffären när de först började få data ”och letade bara efter intressanta saker att bilda”, säger Conolly. ”Vi försökte tomater, ”sade Sharon Ungersma, en doktorand på projektet,” och druvor och andra livsmedel.”Bacon visade den mest intressanta kontrasten. Fettet och muskelbanden på baconet visade sig i skarp kontrast till varandra. Snart började teamet, inklusive doktorander Hao Xu och Nate Matter, avbilda mänskliga händer och handleder. Bildskivor visar karpala ben, senor och mjukvävnad. ”Handbilderna är definitivt ännu inte i samma kvalitet som konventionella MR-skannrar,” säger Conolly, ”men vi kan faktiskt prata om anatomi nu. Och vi kan mäta förbättringar.”

i sommar förutser Conolly att bilderna blir mycket bättre. En ny och förbättrad homogen magnet är nästan klar. Den här är större och kan arbeta med högre fältstyrka. Det passar ett knä, inte bara en handled. Det är mer energieffektivt och passande, ännu billigare. Teamet arbetar fortfarande för att uppnå den homogenitet som de behöver i låghållfasthetsmagneten. Eftersom de skapar magneten genom att linda koppartejp, måste varje varv placeras exakt i förhållande till de andra spolarna. ”Det finns mer än hundra varv kopparband i spolarna, så varje liten kink och bindning ackumuleras”, säger Conolly. ”Ytterdiametern kan vara avstängd med cirka 50 tusendels tum från ideal-vilket är ganska bra, men det är fortfarande ett problem.”Ungersma skapar nu en ny uppsättning spolar för att åtgärda detta problem.

hela teamet är upptagen med att försöka förbättra bildkvaliteten. Teamet är också glada över utsikterna till grundläggande vetenskaplig forskning, vilket öppnar dörren för att utforska många nya kontrastmekanismer.

teamet har fått bidrag för att skapa skannrar för avbildning av knä, hjärna och bröst. En av fördelarna med den billiga Mr-skannern är att sjukhus kan använda mindre skannrar specifika för vissa delar av kroppen, istället för att köpa en andra helkroppsskanner. Med Stanford-tekniken kan MR – bröstbilder bli kostnadseffektiva för screening av bröstcancer. I en tid av stigande medicinska kostnader kan tekniken göra MR tillgänglig för en större kundkrets.