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新的超材料可以提高MRI质量并缩短扫描时间

发布时间:2019-06-11 10:24:24 来源:

由塑料和铜制成的小型环形结构能否放大磁共振成像(MRI)机器已经强大的成像能力?张昕,斯蒂芬安德森和他们在波士顿大学光子学中心的团队可以清楚地描绘出这样的壮举。凭借他们在工程,材料科学和医学成像方面的综合专业知识,Zhang和Anderson以及Guangwu Duan和Xiaogogang Zhao在通信物理学中设计了一种新的磁性超材料,可以提高MRI质量并将扫描时间缩短一半。

张和安德森说,他们的磁性超材料可以作为一种添加剂技术,以提高低强度MRI机器的成像能力,增加诊所看到的患者数量,降低相关成本,没有任何风险随着使用更高 - 强度磁场。他们甚至设想超材料用于超低场MRI,其使用的磁场比目前使用的标准机器低数千倍。这将为全球范围内广泛使用的MRI技术打开大门。

波士顿医学中心放射科的放射学教授兼研究副主席安德森说:“这种[磁性超材料]可以产生更清晰的图像,可以以当前MRI扫描速度的两倍以上的速度产生。”

MRI利用磁场和无线电波创建人体器官和组织的图像,帮助医生诊断潜在的问题或疾病。医生使用MRI来识别重要器官以及许多其他类型的身体组织(包括脊髓和关节)的异常或疾病。“[MRI]是人类发明的最复杂的系统之一,”机械工程,电气和计算机工程,生物医学工程,材料科学和工程学院的教授,以及光子学中心的教授张说。

根据正在分析身体的哪个部位以及需要多少图像,MRI扫描可能需要长达一个小时或更长时间。在安排检查时,患者可能面临漫长的等待时间,并且对于医疗保健系统来说,操作机器是耗时且昂贵的。正如Anderson和Zhang所描述的那样,将MRI从1.5T(特斯拉的符号,磁场强度的测量)加强到7.0T绝对可以“调高图像的体积”。但是,虽然可以使用更强的磁场来进行更高功率的MRI,但它们会带来许多安全风险,甚至医疗诊所的成本也更高。MRI机器的磁场非常强大,房间对面的椅子和物体可以被吸向机器 - 给操作员和患者带来危险。

由波士顿大学研究人员设计的磁性超材料由一系列称为螺旋共振器的单元组成 - 三维高的结构由三维印刷塑料和细铜线圈构成 - 材料不太看上自己。但是,放在一起,螺旋共振器可以分组成柔性阵列,足够柔韧,可以覆盖人的膝盖骨,腹部,头部或需要成像的身体任何部位。当阵列放置在身体附近时,谐振器与机器的磁场相互作用,提高了MRI的信噪比(SNR),“调高了图像的体积”,正如Anderson所说。

“许多人对它的简单性感到惊讶,”张说。“这不是一些神奇的材料。'神奇'部分是设计和理念。”

为了测试磁性阵列,该团队使用1.5T机器扫描鸡腿,西红柿和葡萄。他们发现磁性超材料的SNR增加了4.2倍,这是一个根本性的改进,这可能意味着可以使用较低的磁场来拍摄比目前更清晰的图像。

现在,张和安德森希望与行业合作伙伴合作,以便他们的磁性超材料可以顺利地适应现实世界的临床应用。

“如果能够提供能够显着提高信噪比的东西,我们就可以开始考虑以前不存在的可能性,”安德森说,例如在战场或其他偏远地区进行核磁共振成像的可能性。“能够简化这项先进技术是非常有吸引力的,”他说。

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