МРТ — один из ключевых методов современной диагностики, нашедший широкое применение в медицине, биологии и неврологии. МРТ помогает отслеживать мельчайшие физиологические изменения наших внутренних органов.
Например, своевременная процедура МРТ позволяет обнаружить ткани, пораженные раком на самой ранней стадии заболевания. Однако возможность эффективной МРТ-диагностики почти полностью зависит от качества получаемых МРТ-изображений.Ученые из Университета ИТМО, Австралийского национального университета, Физико-технического института Иоффе, Утрехтского университетского медицинского центра и Института экспериментальной медицины РАМН продемонстрировали, что качество МРТ-изображений можно существенно повысить с помощью метаматериалов — искусственных периодических структур, которые могут взаимодействовать с электромагнитное излучение необычным образом.«Это первая реальная демонстрация практического потенциала метаматериалов для улучшения изображений МРТ и сокращения времени сканирования.
Наши исследования могут развиться в новые медицинские приложения и коммерческие продукты». — говорит соавтор исследования Юрий Кившар, руководитель Центра нелинейной физики Австралийского национального университета.Поместив специально разработанный метаматериал под исследуемый объект в МРТ сканере, можно увеличить отношение сигнал / шум в области сканирования. Результатом этого увеличения является то, что либо изображение с более высоким разрешением может быть получено за тот же временной интервал, либо более быстрое исследование может быть выполнено с тем же разрешением, что и в обычном МРТ-сканере.
Кроме того, метаматериал подавляет электрическое поле, которое отвечает за нагрев тканей — явление, которое может поставить под угрозу безопасность всей процедуры МРТ.Проблема нагревания тканей в последнее время стала еще более актуальной с появлением в медицинской практике МРТ-сканеров с высоким и сверхвысоким полем.
Стремление к МРТ с высоким полем опосредовано преимуществами лучшего разрешения изображения. Однако нагрев ткани становится существенным при более высоких полях из-за увеличения поглощения радиочастотной энергии.
Поэтому вопрос безопасности МРТ-сканеров с высоким и сверхвысоким полем остается открытым.Научной группе удалось полностью избежать нагрева тканей, сохранив при этом высокое разрешение. Решение, по сути, не требует вмешательства в аппаратную часть сканера МРТ, а представляет собой недорогое функциональное дополнительное устройство, которое можно использовать с любым существующим сканером МРТ.
«Наш метаматериал может быть встроен непосредственно в стол пациента любого имеющегося в продаже МРТ-сканера. Однако в будущем мы видим еще больший потенциал в концепции специальной умной одежды для МРТ-сканирования», — говорит Алексей Слобожанюк, первый автор исследования и научный сотрудник Международной лаборатории прикладной радиофизики Университета ИТМО. — «Полоски нашего метаматериала можно вшивать в одежду. Обследование пациентов в такой одежде приведет к получению МРТ-изображений с более высоким разрешением, а особый дизайн позволит равномерно повысить отношение сигнал / шум, что не представляет опасности для здоровья пациентов. В результате с помощью метаматериалов вы сможете улучшить характеристики МРТ с низким полем до такой степени, что их функциональность сопоставима с МРТ с высоким полем ».
Продолжительность МРТ также предполагает неудобства для пациентов. В обычных аппаратах МРТ сканирование может длиться от 15 до 60 минут, и в это время пациент должен оставаться полностью неподвижным.
Возможность получения детальных изображений за более короткий промежуток времени сделает процедуру более комфортной для пациента и в долгосрочной перспективе может даже сократить время ожидания в больницах.«Наша идея использования метаматериалов для получения изображений с более высокой детализацией позволит врачам локализовать и изучить онкологические заболевания. На основе изображений, полученных с помощью сканера МРТ, хирург определяет структуру воспаления, которая впоследствии будет служить планом для его скальпеля во время операции ". — говорит Юрий Кившарь.
«Было доказано, что метаматериалы повышают ценность благодаря своей способности обрабатывать электромагнитные и звуковые волны способами, которые не может сделать никакой природный материал. Это приводит к появлению новых возможностей для бизнеса, создающих действительно прорывные продукты.
Научная область метаматериалов быстро развивается и оказывает влияние на традиционные отрасли, такие как как Aerospace, Telecoms, Cleantech, а теперь и Healthcare », — заключает Джордж Паликарас, основатель и генеральный директор Mediwise. «Эта технология может продлить срок службы аппаратов для получения изображений МРТ, но, что более важно, она сделает сканирование более быстрым, точным и безопасным для пациентов. Для нас большая честь работать вместе с ведущими мировыми академическими партнерами и способствовать продвижению этого важного нововведения. из лаборатории на рынок "