Η μαγνητική τομογραφία (MRI) είναι ένα από τα πιο πολύτιμα εργαλεία που χρησιμοποιούν οι γιατροί για τη διάγνωση της νόσου. Ωστόσο, ακόμη και με τους σημερινούς προηγμένους σαρωτές, παραμένει δύσκολο να δημιουργηθούν καθαρές εικόνες ορισμένων περιοχών. Οι βαθιές δομές του εγκεφάλου και οι ευαίσθητοι ιστοί του ματιού και των γύρω τροχιών είναι ιδιαίτερα απαιτητικές λόγω του υλικού που είναι υπεύθυνο για τη μετάδοση και τη λήψη σημάτων ραδιοσυχνοτήτων.
Τώρα, μια ομάδα με επικεφαλής τη Nandita Saha, μια διδακτορική φοιτήτρια στο Πειραματικό Εργαστήριο Μαγνητικού Συντονισμού Υπερυψηλού Πεδίου του Καθηγητή Thorulf Niindorf στο Κέντρο Max Delbrück, ανέπτυξε μια νέα κεραία MRI βασισμένη σε προηγμένα μηχανικά υλικά. Η καινοτομία παράγει πιο ευκρινείς εικόνες σε λιγότερο χρόνο και μπορεί να ενσωματωθεί σε υπάρχοντα συστήματα μαγνητικής τομογραφίας χωρίς να απαιτείται εντελώς νέο μηχάνημα. Τα ευρήματά τους δημοσιεύτηκαν Προηγμένα υλικά.
Το έργο συγκεντρώνει ειδικούς στη φυσική μαγνητική τομογραφία, την κλινική οφθαλμολογία και τη μεταφραστική απεικόνιση από το Κέντρο Max Delbrück και το Ιατρικό Κέντρο του Πανεπιστημίου του Ροστόκ. Οι ερευνητές στο Rostock βοηθούν επίσης στην επικύρωση της τεχνολογίας για μελλοντική κλινική χρήση.
«Χρησιμοποιώντας ιδέες από μεταϋλικά, μπορέσαμε να καθοδηγήσουμε πιο αποτελεσματικά τα πεδία ραδιοσυχνοτήτων και να δείξουμε πώς η προηγμένη φυσική μπορεί να βελτιώσει άμεσα την ιατρική απεικόνιση», δήλωσε ο Niendorf, ανώτερος συγγραφέας της εργασίας. «Αυτή η εργασία δείχνει τον δρόμο για πιο γρήγορες, σαφέστερες μαγνητικές τομογραφίες που θα μπορούσαν να ωφελήσουν τους ασθενείς σε πολλούς κλινικούς τομείς».
Τα μεταϋλικά βελτιώνουν την απόδοση της μαγνητικής τομογραφίας
Οι σαρωτές μαγνητικής τομογραφίας δημιουργούν εικόνες στέλνοντας σήματα ραδιοσυχνοτήτων (RF) στο σώμα ενώ εφαρμόζουν ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Καθώς οι ιστοί ανταποκρίνονται σε αυτά τα σήματα, ο σαρωτής συλλέγει τις πληροφορίες που απαιτούνται για τη δημιουργία μιας εικόνας. Τα ισχυρότερα σήματα παράγουν γενικά πιο καθαρές, πιο λεπτομερείς σαρώσεις.
Οι παραδοσιακές κεραίες μαγνητικής τομογραφίας, γνωστές και ως πηνία RF, συχνά δυσκολεύονται να συλλέξουν επαρκές σήμα από ιστούς που βρίσκονται βαθιά στο σώμα ή σε ανατομικά πολύπλοκες περιοχές. Ως αποτέλεσμα, η ποιότητα της εικόνας μπορεί να υποβαθμιστεί και οι περίοδοι σάρωσης μπορεί να διαρκέσουν περισσότερο.
Για να ξεπεραστεί αυτός ο περιορισμός, οι ερευνητές έχουν ενσωματώσει μεταϋλικά απευθείας στις κεραίες MRI. Τα μεταϋλικά είναι ειδικά κατασκευασμένες δομές που αλληλεπιδρούν με τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα με τρόπο που τα φυσικά υλικά δεν μπορούν. Σε δοκιμές, η νέα κεραία ενίσχυσε το σήμα από τον ιστό στόχο, αύξησε τη χωρική ανάλυση, βελτίωσε την ευκρίνεια της εικόνας και επιτάχυνε τη συλλογή δεδομένων.
Ένα σημαντικό πλεονέκτημα είναι ότι η κεραία είναι συμβατή με τον υπάρχοντα εξοπλισμό μαγνητικής τομογραφίας, εξαλείφοντας την ανάγκη για ακριβές νέες υποδομές. Οι ερευνητές δοκίμασαν το σχέδιο απεικονίζοντας τα μάτια και τις τροχιές των εθελοντών χρησιμοποιώντας έναν σαρωτή μαγνητικής τομογραφίας 7.0 Tesla.
«Η έρευνά μας καταδεικνύει σαφή συνάφεια με τις οφθαλμικές εφαρμογές καθώς μπορεί να διευκολύνει την ανατομικά λεπτομερή, υψηλής χωρικής ανάλυσης μαγνητική τομογραφία του ματιού», δήλωσε ο συν-συγγραφέας της εργασίας Καθηγητής Oliver Stachs του University Medicine Rostock. «Αυτό προσφέρει τη δυνατότητα ανοίγματος ενός παραθύρου στο μάτι και σε (παθο)φυσιολογικές διεργασίες που ήταν σε μεγάλο βαθμό απρόσιτες στο παρελθόν».
Πιθανό πέρα από την απεικόνιση των ματιών
«Στόχος μας ήταν να ξανασκεφτούμε το υλικό MRI από τη σύγχρονη φυσική του σχεδιασμού κεραιών», προσθέτει ο Saha.
Λέει ότι η τεχνολογία θα μπορούσε επίσης να προσαρμοστεί για να βοηθήσει στην προστασία των ευαίσθητων τμημάτων του σώματος μειώνοντας την ανεπιθύμητη θερμότητα γύρω από τα ιατρικά εμφυτεύματα κατά τη διάρκεια των εξετάσεων MRI. Επιπλέον, μπορεί να βελτιώσει την καθοδηγούμενη με μαγνητική τομογραφία θεραπεία του καρκίνου κατευθύνοντας την ενέργεια RF με μεγαλύτερη ακρίβεια για διαδικασίες όπως η υπερθερμία όγκου ή η θερμική αφαίρεση ιστού.
Ταχύτερες σαρώσεις και καλύτερη διάγνωση
Οι εξετάσεις μαγνητικής τομογραφίας μπορεί να είναι μακρές και άβολες, ειδικά όταν οι σαρώσεις πρέπει να επαναληφθούν επειδή είναι δύσκολο να αποτυπωθούν σημαντικές ανατομικές λεπτομέρειες. Με την ταχύτερη παραγωγή καθαρότερων εικόνων, η νέα κεραία μπορεί να μειώσει τους χρόνους σάρωσης, δίνοντας παράλληλα στους γιατρούς μεγαλύτερη εμπιστοσύνη στις διαγνώσεις τους.
Επειδή η κεραία είναι συμπαγής και ελαφριά, μπορεί επίσης να προσαρμοστεί για διαφορετικά μέρη του σώματος, βελτιώνοντας ενδεχομένως την άνεση του ασθενούς κατά την απεικόνιση.
Ο Niendorf είπε ότι το σχέδιο θα μπορούσε τελικά να προσαρμοστεί για συστήματα MRI που λειτουργούν τόσο σε χαμηλότερες όσο και σε υψηλότερες εντάσεις μαγνητικού πεδίου 7,0 Τ. Μπορεί επίσης να γίνει για την απεικόνιση οργάνων έξω από το μάτι, την τροχιά και τον εγκέφαλο ή να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση του μεταβολισμού και την παρακολούθηση του τρόπου με τον οποίο κινούνται τα φάρμακα στο σώμα.
Η τεχνολογία θα μπορούσε επίσης να βελτιώσει εξειδικευμένες τεχνικές μαγνητικής τομογραφίας που απεικονίζουν άτομα εκτός του υδρογόνου, συμπεριλαμβανομένου του νατρίου και του φθορίου, παράγοντας ισχυρότερα σήματα και εικόνες υψηλότερης ποιότητας.
“Οι καινοτομίες στο υλικό απεικόνισης έχουν τη δυνατότητα να μεταμορφώσουν τα διαγνωστικά και αυτή η μελέτη είναι ένα σημαντικό βήμα προς την τεχνολογία μαγνητικής τομογραφίας επόμενης γενιάς”, δήλωσε ο συν-συγγραφέας της εργασίας Dr. Rostock University Medical Center. ήρθε η ώρα
Επόμενο βήμα
Η ερευνητική ομάδα προετοιμάζει μεγαλύτερες κλινικές μελέτες που περιλαμβάνουν πολλά νοσοκομεία, ενώ τροποποιεί την κεραία για πρόσθετα όργανα, συμπεριλαμβανομένης της καρδιάς και των νεφρών. Η μακροχρόνια συνεργασία μεταξύ Stachus και Niendorf θα συνεχιστεί επίσης μέσω του διορισμού αμοιβαίων επισκεπτών επιστημόνων.
Το έργο χρηματοδοτήθηκε από το DFG ως κοινή συνεργασία μεταξύ του Κέντρου Max Delbrück και του Ιατρικού Πανεπιστημίου του Ρόστοκ.
