To magneter er billigere enn En: Stanford ingeniører konstruerer en billig MR-skanner: 3/01
3/20/01
Dawn Levy, Nyhetstjeneste (650) 725-1944; e-post: [email protected]
To magneter er billigere enn en: Stanford ingeniører konstruerer en billig MR-skanner
Det er et røverkjøp i kjelleren Av Stanfords Packard Electrical Engineering building:en rimelig magnetisk resonans imaging (MRI) skanner. MR-skannere tar skarpe indre bilder av kroppen, inkludert hjernen, ryggraden og leddene. MR-bilder gir bedre kontrast i bløtvev som hjernen sammenlignet med andre bildeteknikker som Røntgen, CT eller ultralyd. MEN MR-skannere kommer ikke billig. En helkroppsskanner koster $ 1 million til $ 3 millioner, og skannekostnader kan overstige $1000.
» Personlig likte jeg aldri KOSTNADEN FOR MR. Jeg er veldig sparsommelig, » sier Steven Conolly, seniorforsker på ingeniørteamet som lager den nye MR-skanneren. Professor emeritus i ingeniørfag Og radiologi Albert Macovski inspirerte prosjektet, som ledes Av Conolly Og engineering research associate Greig Scott. Et av lagets mål er å skape en skanner av høy kvalitet som vil selge for rundt $150.000.
skanneren kan bli nyttig i utviklingsland, Sier Conolly, eller som et verktøy for grunnvitenskapelig forskning.
teamets rimelige tilnærming til å bygge MR-skannere er praktisk og utfordrende. Og etter fem års arbeid har forskerne nå sine første menneskelige bilder i hånden.
trikset, Conolly sier, er å bruke to billige resistive magneter i stedet for en dyr superledende magnet.
MR fungerer i to trinn. Først utsetter den menneskekroppen for et sterkt magnetfelt. Noen elementer, inkludert hydrogenatomer inne i vann og kroppsfett, reagerer på et sterkt magnetfelt ved å stille opp med det mye som jernspon på linje med feltet til en stasjonær magnet. Her må magnetfeltet være veldig sterkt fordi hydrogenatomer ikke reagerer like lett på et magnetfelt som jernspon gjør. DAGENS MR-skannere bruker magneter like sterke som de som pleide å plukke opp biler i en søppelplass.
når hydrogenatomene har lined opp, lager de sitt eget magnetiske signal. Fordi hydrogenatomer i forskjellige vev har litt forskjellige signaler, måler MR-skanneren disse forskjellene og oppdager kontrast i et bilde. For dette andre trinnet-måling av forskjellen mellom for eksempel et hydrogenatom inne i en svulst og en inne i muskelen-må magnetfeltet være ekstremt presist, Sier Conolly. Feltet kan ikke variere med mer enn en ti tusen prosent, noe som betyr at Hvis Jorden var så flat som ET mr-magnetfelt, ville verdens høyeste bakke bare være 20 meter høy.
de eneste magneter som er tilgjengelige i dag som er både veldig sterke og homogene, er superledende magneter. DE er den største enkeltkostnaden i EN MR-skanner. Men Det viser Seg, Sier Conolly, at magneten inne I EN MR-skanner ikke trenger å være samtidig sterk og konsistent. Så laget bygget en HEL MR-skanner fra bunnen av, ved hjelp av to magneter for å erstatte den konvensjonelle superledende magneten. Den første magneten er veldig sterk og i stand til å stille opp hydrogenatomer. Det trenger ikke være veldig presis, skjønt, og har om lag 40 prosent variasjon. «Det er som å bruke en lampe til å belyse en bok,» sier Conolly. «Lysintensiteten kan variere over overflaten av siden med 40 prosent, men så lenge den er lys nok, kan du fortsatt lese siden.»Den andre magneten skaper et homogent magnetfelt, men det trenger ikke være sterkt. Faktisk er det svakt, og krever kraften til omtrent to hårfønere. MR-teamet slår på en magnet for å stille opp hydrogenatomer og slår på den andre for å registrere kroppens signal.
begge magneter er enkle kobber resistive magneter-laget av ting noen kan finne på en jernvarehandel. Så snart Stanford MR-teamet opprettet en arbeidsskanner, begynte de å ta bilder. En av teamforskerne, Blaine Chronik, gikk til matbutikken da de først begynte å få data «og bare så etter interessante ting å bilde,» sier Conolly. «Vi prøvde tomater,» Sa Sharon Ungersma, en kandidatstudent på prosjektet, » og druer og andre matvarer .»Bacon viste den mest interessante kontrasten. Fett og muskel striper på bacon dukket opp i sterk kontrast til hverandre. Snart begynte teamet, Inkludert hovedfagsstudenter Hao Xu og Nate Matter, å avbilde menneskelige hender og håndledd. Bilde skiver viser carpal bein, sener og bløtvev. «Håndbildene er definitivt ikke av samme kvalitet som konvensjonelle MR-skannere, «sier Conolly,» men vi kan faktisk snakke om anatomi nå. Vi kan måle forbedringer.»
Innen sommeren forventer Conolly at bildene vil bli langt bedre. En ny og forbedret homogen magnet er nesten fullført. Denne er større og kan fungere med høyere feltstyrke. Det vil passe et kne, ikke bare et håndledd. Det er mer energieffektivt og passende, enda billigere. Teamet jobber fortsatt for å oppnå den homogeniteten de trenger i lavstyrkemagneten. Fordi de lager magneten ved å spole kobbertape, må hver tur plasseres nøyaktig i forhold til de andre spolene. «Det er mer enn hundre svinger av kobbertape i spolene, så hver liten kink og bind akkumuleres,» sier Conolly. «Utvendig diameter kan være av med omtrent 50 tusendeler av en tomme fra ideell-noe som er ganske bra, men det er fortsatt et problem.»Ungersma oppretter nå et nytt sett med spoler for å fikse dette problemet.
hele teamet er opptatt med å prøve å forbedre bildekvaliteten. Teamet er også begeistret for utsiktene til grunnleggende vitenskapelig forskning, som åpner døren for å utforske mange nye kontrastmekanismer.
teamet har fått tilskudd til å lage skannere for avbildning av kneet, hjernen og brystet. EN av fordelene med DEN rimelige MR-skanneren er at sykehus kan bruke mindre skannere som er spesifikke for visse deler av kroppen, i stedet for å kjøpe en andre helkroppsskanner. Med Stanford-teknologien KAN MR – brystavbildning bli kostnadseffektiv for brystkreft screening. I en alder av økende medisinske kostnader, kan teknologien gjøre MR tilgjengelig for et større klientell.