Ny metamateriale-forbedret MR-teknik testet på mennesker

Forskere fra Holland og Rusland har designet og testet en ny metasurface-baseret teknologi til at øge den lokale følsomhed af MR-scannere på mennesker for første gang. Metaoverfladen består af tynde resonansstrimler arrangeret periodisk. Placeret under en patients hoved, det gav meget højere signaler fra den lokale hjerne -region. Resultaterne offentliggjort i Videnskabelige rapporter , vise, at brugen af ​​metasurfaces potentielt kan reducere billedoptagelsestiden, forbedrer dermed komforten for patienterne, eller erhverve billeder med højere opløsning for bedre sygdomsdiagnose.

Magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) er en meget anvendt medicinsk teknik til undersøgelse af indre organer, samt spiller en stor rolle inden for onkologi. Imidlertid, på grund af dets iboende lavere signal-støj-forhold, en MR -scanning tager meget længere tid at erhverve end en computertomografi eller ultralydsscanning. Det betyder, at en patient skal ligge ubevægelig inden for et lukket apparat i op til en time, resulterer i betydeligt ubehag hos patienter, og relativt lange køer på hospitaler.

Specialister fra Leiden University Medical Center i Holland og ITMO University i Rusland har erhvervet human MR med forbedret lokal følsomhed fra en tynd metasurface - en periodisk struktur for ledning af kobberstrimler. Forskerne fastgjorde disse elementer til et tyndt fleksibelt substrat og integrerede dem med tætsiddende modtagespiralarrays inde i MR-scanneren.

"Vi placerede sådan en metaflade under patientens hoved, efter det, den lokale følsomhed steg med 50 procent. Dette gjorde det muligt for os at opnå højere billede og spektroskopiske signaler fra den occipitale cortex. Sådanne enheder kan potentielt reducere varigheden af ​​MR -undersøgelser og forbedre komforten for emner, "siger Rita Schmidt, den første forfatter til papiret og forsker ved Radiologisk Institut ved Leiden University Medical Center.

Metaoverfladen, placeret mellem en patient og modtagelsesspolerne, forbedrer signal-støj-forholdet i området af interesse. "Dette forhold begrænser MR-følsomheden og varigheden af ​​proceduren, "bemærker Alexey Slobozhanyuk, stipendiat ved Institut for Nanofotonik og Metamaterialer ved ITMO University. "Tit, scanningen skal gentages mange gange og signalerne lægges sammen. Brug af denne metasurface reducerer dette krav. Konventionelt, en undersøgelse, der nu tager 20 minutter, kan kun have brug for 10 i fremtiden. Et hospital, der betjener 10 patienter om dagen, vil kunne betjene 20 med vores udvikling. "

Alternativt kan ifølge forskerne, metasfladen kunne bruges til at øge billedopløsningen. "Størrelsen på voxels, eller 3-D-pixels, er også begrænset af signal-støj-forholdet. I stedet for at fremskynde proceduren, vi kan anvende en alternativ tilgang og få mere detaljerede billeder, " siger Andrew Webb, projektleder, professor i radiologi ved Leiden University Medical Center.

Indtil nu, ingen har integreret metamaterialer i tætsluttende modtage-arrays, fordi deres dimensioner er alt for store. Det nye ultratynde design af denne metasurface hjalp med at løse problemet.

"Vores teknologi kan anvendes til fremstilling af metamateriale-inspireret, ultratynde enheder til mange forskellige typer MR-scanninger, men i hvert tilfælde man bør først udføre en række computersimuleringer, som vi har gjort i dette arbejde. Man skal sørge for, at metaoverfladen er korrekt koblet, "slutter Rita Schmidt.