_ Un cercetător creează un magnetometru optic prototip care detectează erori la scanările RMN

Spitalul Hvidovre are primul prototip de senzor din lume capabil să detecteze erori în scanările RMN folosind lumină laser și gaz. Noul senzor, dezvoltat de un tânăr cercetător de la Universitatea din Copenhaga și Spitalul Hvidovre, poate face astfel ceea ce este imposibil pentru senzorii electrici actuali și, sperăm, să deschidă calea pentru scanări RMN care sunt mai bune, mai ieftine și mai rapide.

Studiul este publicat în jurnalul PRX Quantum.

Scanerele RMN sunt folosite de medici și profesioniști din domeniul sănătății în fiecare zi pentru a obține o privire unică asupra corpului uman. În special, ele sunt folosite pentru a studia creierul, organele vitale și alte țesuturi moi prin intermediul imaginilor 3D de o calitate excepțională în comparație cu alte tipuri de imagistică medicală.

În timp ce acest lucru face instrumentul avansat neprețuit și aproape indispensabil. pentru profesioniștii din domeniul sănătății, există încă loc de îmbunătățire.

Câmpurile magnetice puternice din interiorul scanerelor RMN au fluctuații care creează erori și perturbări în scanări. În consecință, aceste mașini scumpe (sute de euro pe oră) trebuie calibrate în mod regulat pentru a reduce erorile.

Există și metode speciale de scanare, care, din păcate, nu se pot realiza în practică astăzi. Printre acestea, așa-numitele secvențe spiralate care ar putea reduce timpul de scanare, de exemplu, la diagnosticarea cheagurilor de sânge, a sclerozei și a tumorilor.

Secvențele spiralate ar fi, de asemenea, un instrument atractiv în cercetarea RMN, unde, printre altele, ar putea oferi cercetătorilor și profesioniștilor din domeniul sănătății noi cunoștințe despre bolile creierului. Dar din cauza câmpului magnetic extrem de instabil, efectuarea acestor tipuri de scanări nu este în prezent o opțiune.

În teorie, problema poate fi rezolvată cu un senzor care citește și mapează modificările din câmpul magnetic. După aceea, este relativ simplu să corectați erorile din imagini cu un computer. În practică, acest lucru a fost dificil cu tehnologia actuală, deoarece, altfel, senzorii adecvați interferează cu câmpul magnetic deoarece sunt electrici și conectați la cabluri metalice.

O nouă invenție speră să facă din această problemă o problemă a trecut. Pentru a combate problema, un cercetător de la Institutul Niels Bohr și Centrul Danez de Cercetare pentru Rezonanță Magnetică (DRCMR) a dezvoltat un senzor care folosește lumina laser în cabluri de fibră și un mic recipient de sticlă umplut cu gaz. Prototipul este gata și funcționează.

„Mai întâi am demonstrat că era posibil teoretic, iar acum am demonstrat că se poate realiza în practică. De fapt, acum avem un prototip care poate face practic sunt necesare măsurători fără a deranja scanerul RMN.

„Trebuie dezvoltat mai mult și ajustat, dar are potențialul de a face scanările RMN mai ieftine, mai bune și mai rapide, deși nu neapărat pe toate trei simultan.” spune Hans Stærkind, un postdoctorat la Institutul Niels Bohr și DRCMR la Spitalul Hvidovre Stærkind este arhitectul principal din spatele senzorului și dispozitivului care vine cu acesta.

„Un scaner RMN poate produce deja imagini incredibile. le ia timpul. Dar, cu ajutorul senzorului meu, este imaginabil să folosesc aceeași perioadă de timp pentru a produce imagini și mai bune - sau să petrec mai puțin timp și să obțin în continuare aceeași calitate ca în prezent. Un al treilea scenariu ar putea fi construirea unui scaner mai ieftin care, în ciuda câtorva erori, ar putea oferi totuși o calitate decentă a imaginii cu ajutorul senzorului meu”, spune cercetătorul.

Scanerele RMN folosesc magneți puternici pentru a produce o imagine. câmp magnetic puternic care forțează protonii din apa corpului, carbohidrații și proteinele să se alinieze cu câmpul magnetic.

Când revin ulterior la alinierea cu câmpul magnetic, ei eliberează unde radio care pot fi folosite pentru a forma imagini 3D în timp real ale a ceea ce este scanat.

Prototipul lui Hans Stærkind funcționează. folosind un dispozitiv pentru trimiterea și primirea luminii laser care arată ca un sistem stereo din anii 1990. Trimite lumină laser prin cabluri de fibră optică, adică fără metal, și în patru senzori aflați în scaner.

În cadrul senzorilor, lumina trece printr-un mic recipient de sticlă care conține un gaz de cesiu, care absoarbe lumina la frecvențele luminoase potrivite.

„Când laserul are frecvența potrivită în timp ce trece prin gaz, există o rezonanță între undele de lumină și electronii din atomii de cesiu. Dar frecvența— sau lungimea de undă — la care se întâmplă acest lucru se modifică atunci când gazul este expus unui câmp magnetic.

„În acest fel, putem măsura puterea câmpului magnetic aflând care este frecvența corectă. Acest lucru se întâmplă complet automat și fulgerător de către dispozitivul de recepție”, explică cercetătorul.

Pe măsură ce apar perturbări în câmpul magnetic ultra-puternic al unui scaner RMN, prototipul lui Stærkind evidențiază locul unde apar acestea în câmpul magnetic și prin ce putere s-a schimbat câmpul În viitorul apropiat, aceasta ar putea însemna că imaginile perturbate și defecte ar putea fi corectate – pe baza datelor colectate de senzori și ulterior făcute precise și complet utilizabile.

Prototipul. este în prezent găzduit la DRCMR la Spitalul Hvidovre din Copenhaga, care este și locul unde a fost concepută ideea.

„Ideea inițială a venit de la supervizorul meu aici la DRCMR, Esben Petersen, care, din păcate, nu mai este printre noi. El a văzut un potențial uriaș în dezvoltarea unui senzor bazat pe lasere și gaze care ar putea măsura câmpurile magnetice fără a le perturba”, spune Stærkind.

Cu ajutorul fizicienilor cuantici de la Institutul Niels Bohr, inclusiv Profesorul Eugene Polzik, Stærkind a dezvoltat ideea într-o teorie reală și, odată cu prototipul, a pus acum această teorie în practică.

„Prototipul este proiectat în așa fel încât să fie deja potrivit în spital. contexte ca instrument robust și funcțional. Și până acum, testele noastre au arătat că funcționează așa cum ar trebui. Ne putem imagina că această invenție va fi în cele din urmă integrată direct în noile scanere RMN”, spune Stærkind.

Deocamdată, prototipul va fi dezvoltat în continuare, astfel încât măsurătorile sale să devină și mai precise.

p> „Trebuie să colectăm date și să le reglam astfel încât să devină în mod continuu un instrument din ce în ce mai bun pentru găsirea erorilor în scanări. După aceea, vom trece la munca interesantă de corectare a erorilor din imaginile RMN și vom afla în ce situații și ce tipuri de scanări senzorul nostru poate face o diferență semnificativă”, spune cercetătorul.

Potrivit lui Stærkind, grupul țintă imediat pentru senzorul său sunt unitățile de cercetare RMN, dar speră, de asemenea, că unul dintre marii producători de RMN să afle despre noua tehnologie, pe termen puțin mai lung.

„Odată ce a fost finalizată. prototipul a fost rafinat într-o versiune 2.0 și calitățile sale au fost documentate cu o mulțime de date din scanările reale aici, la spital, vom vedea unde se duce acest lucru. Cu siguranță are potențialul de a îmbunătăți scanările RMN într-un mod unic, care poate aduce beneficii medicilor și, nu în ultimul rând, pacienților”, spune cercetătorul.

(Fluierul)