Больница Хвидовре имеет первый в мире прототип датчика, способного обнаруживать ошибки при МРТ-сканировании с использованием лазерного света и газа. Новый датчик, разработанный молодым исследователем из Копенгагенского университета и больницы Хвидовре, тем самым может сделать то, что невозможно для нынешних электрических датчиков, и, мы надеемся, проложит путь к МРТ-сканированию, которое будет лучше, дешевле и быстрее.
Сканеры МРТ используются врачами и медицинскими работниками каждый день, чтобы получить уникальный взгляд на человеческое тело. В частности, они используются для изучения мозга, жизненно важных органов и других мягких тканей с помощью 3D-изображений исключительного качества по сравнению с другими видами медицинской визуализации.
Хотя это делает этот передовой инструмент бесценным и практически незаменимым для медицинских работников, все еще есть возможности для совершенствования.
Сильные магнитные поля внутри сканеров МРТ имеют колебания, которые создают ошибки и помехи при сканировании. Следовательно, эти дорогие машины (сотни евро в час) необходимо регулярно калибровать, чтобы уменьшить количество ошибок.
Существуют также специальные методы сканирования, которые сегодня, к сожалению, невозможно осуществить на практике. Среди них так называемые спиральные последовательности, позволяющие сократить время сканирования, например, при диагностике тромбов, склероза и опухолей. Спиральные последовательности также могли бы стать привлекательным инструментом в исследованиях МРТ, где, среди прочего, они могли бы предоставить исследователям и медицинским работникам новые знания о заболеваниях головного мозга. Но из-за крайне нестабильного магнитного поля выполнение такого типа сканирования в настоящее время невозможно.
Теоретически проблему можно решить с помощью датчика, который считывает и отображает изменения магнитного поля. После этого исправить ошибки изображений с помощью компьютера относительно просто. На практике с нынешней технологией это было сложно, так как подходящие датчики мешают магнитному полю, поскольку они электрические и подключены к металлическим кабелям.
Новое изобретение надеется оставить эту проблему в прошлом. Чтобы бороться с этой проблемой, исследователи из Института Нильса Бора и Датского исследовательского центра магнитного резонанса (DRCMR) разработали датчик, который использует лазерный свет в оптоволоконных кабелях и небольшом стеклянном контейнере, наполненном газом. Прототип готов и работает.
«Сначала мы продемонстрировали, что это теоретически возможно, а теперь доказали, что это можно сделать на практике. Фактически, теперь у нас есть прототип, который может выполнять необходимые измерения, не нарушая работу сканера МРТ. Его необходимо развивать дальше. и точно настроен, но потенциально может сделать МРТ дешевле, лучше и быстрее — хотя и не обязательно все три сразу», — смеется Ханс Стеркинд, постдок в Институте Нильса Бора и DRCMR в больнице Хвидовре. Стеркинд является главным разработчиком датчика и поставляемого с ним устройства.
«Сканер МРТ уже может создавать невероятные изображения, если не торопиться. Но с помощью моего датчика можно вообразить, что можно потратить то же количество времени на получение еще более качественных изображений — или потратить меньше времени и при этом получить то же качество». как сегодня. Третий сценарий может заключаться в создании более дешевого сканера, который, несмотря на несколько ошибок, все равно сможет обеспечивать достойное качество изображения с помощью моего датчика», — говорит исследователь.
Как работает прототип
В сканерах МРТ используются мощные магниты для создания сильного магнитного поля, которое заставляет протоны в воде, углеводах и белках организма выравниваться с магнитным полем. Когда радиоволны проходят через пациента, протоны стимулируются и временно выходят из этого равновесия. Когда впоследствии они возвращаются в соответствие с магнитным полем, они испускают радиоволны, которые можно использовать для формирования в реальном времени трехмерных изображений всего, что сканируется.
Прототип Ганса Стеркинда работает с использованием устройства для отправки и получения лазерного света, которое выглядит как стереосистема 1990-х годов. Он посылает лазерный свет по оптоволоконным кабелям (т. е. без какого-либо металла) на четыре датчика, расположенные в сканере.
Внутри датчиков свет проходит через небольшой стеклянный контейнер, содержащий газообразный цезий, который поглощает свет на нужных световых частотах.
«Когда лазер имеет правильную частоту при прохождении через газ, возникает резонанс между волнами света и электронами в атомах цезия. Но частота – или длина волны – при которой это происходит, меняется при воздействии газа Таким образом, мы можем измерить силу магнитного поля, определив правильную частоту. Это происходит совершенно автоматически и молниеносно с помощью приемного устройства», — объясняет исследователь.
Когда возникают возмущения в сверхмощном магнитном поле сканера МРТ, прототип Ганса Стеркинда отображает, где в магнитном поле они происходят и насколько сильно поле изменилось. В ближайшем будущем это может означать, что искаженные и ошибочные изображения можно будет исправить на основе данных, собранных датчиками, а затем сделать их точными и полностью пригодными для использования.
Инновации с коммерческими перспективами – при наличии данных
Прототип в настоящее время находится в DRCMR в больнице Хвидовре в Копенгагене, где и родилась эта идея.
«Первоначальная идея исходила от моего руководителя здесь, в DRCMR, Эсбена Петерсена, которого, к сожалению, больше нет с нами. Он видел огромный потенциал в разработке датчика на основе лазеров и газа, который сможет измерять магнитные поля, не нарушая их», — говорит Ганс Стеркинд.
С помощью квантовых физиков из Института Нильса Бора, в том числе профессора Юджина Ползика, Стеркинд развил эту идею в реальную теорию. И теперь, создав прототип, он применил эту теорию на практике.
«Прототип спроектирован таким образом, что он уже пригоден для использования в больницах как надежный и хорошо функционирующий инструмент. И на данный момент наши испытания показали, что он работает так, как должен. Можно себе представить, что это изобретение в конечном итоге будет реализовано. интегрируется непосредственно в новые МРТ-сканеры», — говорит Стеркинд.
На данный момент прототип будет доработан, чтобы его измерения стали еще более точными.
«Нам необходимо собирать данные и точно настраивать их, чтобы они постоянно становились все более совершенным инструментом для поиска ошибок в сканах. После этого мы перейдем к увлекательной работе по исправлению ошибок на изображениях МРТ и выясним это в в каких ситуациях и какие типы сканирований наш датчик может иметь существенное значение», — говорит исследователь.
По словам Стеркинда, непосредственной целевой группой для его датчика являются исследовательские подразделения МРТ. Но он также надеется, что один из крупных производителей МРТ узнает о новой технологии в несколько более отдаленной перспективе.
«Как только прототип будет усовершенствован в версии 2.0, а его качества задокументированы большим количеством данных реальных сканирований здесь, в больнице, мы увидим, к чему это приведет. врачи и, что немаловажно, пациенты», — говорит исследователь.
Факты о сканерах МРТ
Несмотря на то, что МРТ-сканеры существуют с 1977 года, они остаются одной из самых передовых медицинских технологий. Фактически, все, от квантовой механики, сверхпроводящих магнитов до высшей математики и информатики, является необходимым условием для их работы.
Устройства состоят из гигантского магнита с настолько большой магнитной силой, что его необходимо охлаждать до -269°C, иначе он рискует сгореть – в буквальном смысле. Помимо прочего, это делается с помощью жидкого гелия и делает первичный магнит машины сверхпроводящим.
То есть электричество, управляющее электромагнетизмом, не имеет сопротивления и постоянно работает в замкнутой цепи без подачи электричества. Колоссальные счета за электроэнергию, связанные с работой МРТ, в первую очередь связаны с их охлаждением.
В сканере МРТ имеется ряд других электромагнитов, которые можно использовать для управления магнитным полем, чтобы вы могли изучать определенные части тела и делать это под разными углами.
Очень высокая сила магнитных полей требует, чтобы пряжки ремней, монеты и все другие металлические предметы хранились отдельно от машины в другом помещении. Фактически, ряд несчастных случаев со сканерами МРТ произошел из-за их исключительно мощного магнетизма. Например, инвалидную коляску можно было швырнуть в сторону сканера независимо от того, кто или что стояло на ее пути. Но если соблюдаются все необходимые меры предосторожности, никаких известных рисков, связанных с самой МРТ, не существует.
Сильное магнитное поле сканера заставляет протоны в молекулах воды тела, которые сами по себе являются магнитами, называемыми спинами, выравниваться по магнитному полю. Затем через пациента проходят радиоволны, которые временно выводят протоны из этого равновесия. При перенастройке энергия снова высвобождается в виде измеримых радиоволн.
С помощью компьютера магнитно-резонансную томографию (МРТ) можно использовать для создания трехмерных изображений мягких тканей пациента с точностью до миллиметра под любым углом.
Факты: Как это работает
В сканере МРТ распределены четыре датчика. Один остается вне зоны действия магнитного поля и действует как элемент управления.
Лазерный свет внутри датчиков с определенными частотами света проходит через небольшой стеклянный контейнер с газообразным цезием.
Частота лазера создает резонанс в электронах атомов цезия. Это затемняет свет до степени, которую можно обнаружить.
Если газ подвергается воздействию магнитного поля, частота срабатывания меняется в зависимости от силы магнитного поля.
Таким образом, можно зарегистрировать флуктуации магнитного поля сканера МРТ, а данные впоследствии могут выявить ошибки при сканировании МРТ.
Факты: Резонанс
В «Приключениях Тинтина» оперная дива Бьянка Кастафьоре разбивает хрустальный бокал, ударяя силой своего голоса по резонансной частоте стекла. Все имеет определенную частоту, с которой ему нравится вибрировать – или колебаться.
Если в детстве или взрослом вы когда-либо приводили качели в движение, раскачивая их вперед и назад, вы использовали для этого резонансную частоту. Когда что-то резонирует, его колебания усиливаются.
Если вы направите свет в газ, он пройдет насквозь — если только он не будет иметь правильную частоту. На определенной частоте свет поглощается, поскольку он колеблется с той же частотой, что и электроны в атомах газа.
Электроны колеблются все больше и больше, поглощая энергию, а затем свет вновь излучается во всех направлениях, когда электроны возвращаются на место.
Если вы посмотрите на него, то увидите, что луч тускнеет, а пары газа загораются.
Таким образом, резонанс — это когда вы воздействуете на собственную частоту системы, и она начинает колебаться. Эта частота называется резонансной частотой.
2024-05-02 21:59:14
1714690497
#Новый #датчик #обнаруживает #ошибки #при #МРТсканировании
