Forskere designer en ny MR-spole til prækliniske undersøgelser

Forskere fra ITMO University udviklede og testede en MRI-spole, der giver højopløsningsbilleder af hele en muses krop. Sådanne spoler bruges i prækliniske tests, samt billeddannelse af forskellige kropssystemer. Den nye spole producerer billeder med tre gange højere opløsning end standard kommercielle MRI-spoler. Forskere brugte billige materialer og fremstillingsteknologi, der kan justeres til forskellige forskningsprojekter. Forskningen blev offentliggjort i NMR i biomedicin som forsidehistorie.

Helkrops-MR bruges i diagnostik og til prækliniske undersøgelser af lægemiddelresponsvurdering. Prækliniske undersøgelser udføres typisk på dyr:f.eks. på mus. På trods af den lille størrelse, at få et billede af høj kvalitet af hele musen er ikke så let, som det ser ud til. Problemet er, at opnåelse af billeder af hele kroppen normalt kræver at kombinere billederne fra flere små modtagespoler, eller ved at bruge en stor standardspole til både udsendelse og modtagelse. I det første tilfælde, billeddannelsesproceduren bliver kompliceret, mens i den anden, billedkvaliteten forringes, så det bliver svært at skelne vigtige detaljer.

For at løse dette problem, forskere fra ITMO University har udviklet en ny type MR-spole. Nye spoledesignfunktioner gør det nemt at få højkvalitetsbilleder af hele musen. Først og fremmest, spolestørrelsen er specielt tilpasset til scanning af en mus, som er med til at undgå ekstra støj. Forskere formåede at reducere spolens størrelse ved at bruge en metastruktur med en distribueret kapacitet. På samme tid, den vekslende magnetiske feltintensitet af den nye spole er meget højere end den for standardspoler. Dette giver en højere følsomhed af spolen i hele synsfeltet og forbedrer billedkvaliteten.

"Standardspoler er tunet til en bestemt frekvens ved hjælp af ikke-magnetiske kondensatorer. De introducerer interne tab, reduktion af signal-støj-forholdet. Dette er en af ​​de vigtigste parametre, der bruges til at bestemme billedkvaliteten i MRI. Da vores spole er selvresonant, vi har ikke brug for nogen kondensatorer. Vi kan tune spolen ved at ændre de geometriske parametre. Også, nyt design giver os mulighed for at optimere, hvordan spolen fungerer, øge dens følsomhed og billedkvalitet. Udover, prisen på råvarer er lav, og fremstillingsteknologien giver os mulighed for at tilpasse metoden til forskellige projekter, " siger Anna Khurshkainen, en kandidatstuderende ved ITMO University, medlem af Laboratory of Nanophotonics and Metamaterials.

Ifølge forskerne, arbejdet begyndte med en numerisk modellering. Dette var med til at optimere geometrien af ​​den fremtidige spole og vælge materialerne. Efter det, forskerne lavede en prototypespole og udførte eksperimenter. "Vi målte signal-til-støj-forholdet i forskellige dele af billedet i forskellige afstande mellem objektet og spolen. De opnåede resultater blev sammenlignet med matematisk simulering og eksperimentelle parametre for standardvolumenspoler. Det viste sig, at der er en optimal afstand mellem billedet og spolen, hvor vores spole giver billedkvaliteten tre gange højere end standarden, " tilføjer Mikhail Zubkov, en forsker ved Laboratory of Nanophotonics and Metamaterials på ITMO University.

I øjeblikket, forskere planlægger at fortsætte med at arbejde på en række forskellige spoler til forskellige prækliniske undersøgelser.