Найден способ увеличить разрешение томографических снимков, изменив геометрию диполей в магнитной катушке — Naked Science
22 марта
РНФ
1

Найден способ увеличить разрешение томографических снимков, изменив геометрию диполей в магнитной катушке

4.5

Физики из Университета ИТМО совместно с коллегами усовершенствовали геометрию диполей — устройств, создающих магнитное поле в аппарате МРТ. Это позволило увеличить напряженность последнего в центре на 20 процентов. В результате повысилась четкость снимков, а размер самого аппарата и относительная простота его создания остались прежними.

Найден способ увеличить разрешение томографических снимков, изменив геометрию диполей в магнитной катушке / ©Getty images

Исследование выполнено при поддержке Президентской программы Российского научного фонда и опубликовано в журнале Magnetic Resonance in Medicine. «Глобально наше открытие позволит разработать фазированные решетки для исследовательского МРТ и ускорить их внедрение в клиническую практику, — поясняет один из авторов статьи, аспирант ИТМО Георгий Соломаха, — Фазированные решетки позволяют охватывать гораздо большую область сканирования, а также лучше контролировать сам процесс. Интерпретация итогового результата становится проще и быстрее».

Магнитно-резонансная топография — метод в современной медицине настолько же важный, насколько и дорогой. Он позволяет исследовать внутренние органы человека неинвазивно (без непосредственного вскрытия) и практически не обладает ионизирующим воздействием по сравнению с рентгеновской томографией. Однако один аппарат стоит не меньше 15 миллионов рублей (не считая цены обслуживания) и занимает место, соизмеримое с небольшой кладовкой.

При этом качество и точность изображений часто оставляют желать лучшего. В задачах клинического МРТ используются томографы с уровнем поля полтора и три тесла. Однако для задач, связанных с исследованиями, где требуется получить максимальное разрешение, используют томографы с уровнем поля семь и более тесла.
Сам принцип работы МРТ основан на взаимодействии радиочастотного магнитного поля с ядрами водорода. При этом, так как ядра атомов водорода в нашем теле представляют собой маленькие магниты, они ориентируются вдоль линий поля, поворачиваясь в одном направлении.

Один из авторов статьи Георгий Соломаха /©Пресс-служба Университета ИТМО

Правда, такое положение энергетически невыгодно, и атомы возвращаются в свое «привычное» состояние так быстро, как только могут, выделяя при этом излишек энергии. Именно по ее количеству можно понять, много ли атомов определенного вещества находится в нужной ткани человека. Таким образом исследуется активность мозга — ведь чем больше крови (а значит, и воды с атомами водорода) в определенном участке, тем выше его активность. Также возможно обнаружить опухоли на ранних стадиях, поскольку пораженные клетки создают больше жидкости, чем обычные.

Изображение головного мозга волонтера и распределение радиочастотного
магнитного поля, полученные с помощью разработанной фазированной решетки / ©Avdievich et al. / Magnetic Resonance in Medicine, 2021

Для создания радиочастотного магнитного поля в томографах с уровнем поля больше семи тесла используют фазированные антенные решетки. Они обладают важным преимуществом: позволяют изменять локализацию предмета исследований, не двигая при этом саму решетку. В качестве элементов решетки могут быть применены дипольные антенны. Однако между активными диполями может появляться связь, которая снижает эффективность всей радиочастотной катушки.

Чтобы это предотвратить, дополнительно используются пассивные диполи. Обычно их располагают параллельно активным, и это решает проблему. Но этот метод стоит использовать с осторожностью, поскольку слишком большие пассивные диполи взаимодействуют с полем, портя его однородность, что в итоге приводит к снижению качества итоговой картинки, а значит, и результатов всего медицинского обследования.

Ученые из Университета ИТМО изменили геометрию диполей, расположив пассивные диполи перпендикулярно по отношению к активным. Также для обеспечения сильной электрической связи между диполями физики переместили пассивный элемент в конец решетки. Прежде чем приступить к созданию новой антенной решетки, исследователи выполнили моделирование, которое позволило оптимизировать структуру. Ее эффективность была протестирована математически и с помощью компьютерной симуляции. Кроме того, физики провели эксперимент, сделав МРТ головного мозга взрослого мужчины. Проверка показала, что подобное расположение диполей решает проблему, связанную с однородностью поля, и связи между активными диполями не появляется.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
РНФ осуществляет финансовую и организационную поддержку фундаментальных и поисковых научных исследований посредством финансирования прошедших конкурсный отбор научных, научно-технических программ и проектов.
30 июля
Илья Ведмеденко

Соединенные Штаты протестировали гиперзвуковую ракету воздушного базирования Air-Launched Rapid Response Weapon. Активации двигателя после сброса изделия не произошло.

31 июля
Илья Ведмеденко

Таким образом, астронавтов с высокой вероятностью на поверхность спутника Земли доставит модернизированный Starship.

30 июля
Сергей Васильев

Лабораторные эксперименты показали, что порция кофеина стимулирует шмелей быстрее находить цветы по запаху и эффективнее их опылять.

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

28 июля
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

26 июля
Илья Ведмеденко

Египтяне провели учения, на которых французский истребитель Rafale одолел российский Су-35. Оба самолета принадлежат к четвертому поколению.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

-
0
+
Магнитно-резонансная тоПография - поправьте в статье)
Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: