Физики
из России и Нидерландов заявляют об успешном испытании на добровольцах
нового типа МРТ-сканера, в работе которого используется специальный
метаматериал на базе меди, делающий изображение более четким, говорится
в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.
«Чтобы
различить полезный сигнал на фоне случайного шума, врачи повторяют
сканирование много раз. Но с метаповерхностью необходимость в этом
отпадает. Если сейчас обследование, условно говоря, занимает двадцать
минут, то в будущем врачам хватит десяти. Если сегодня клиника
обслуживает десять пациентов в день, то с данной разработкой примет
двадцать», — рассказывает Алексей Слобожанюк, физик из Университета ИТМО
в Санкт-Петербурге.
Как объясняют ученые,
магнитно-резонансный томограф основан на эффекте так называемого
ядерно-магнитного резонанса. Во время сеанса томографии мозг или другие
органы человека облучаются радиоволнами в присутствии мощного
постоянного магнита, в результате чего ядра водорода и других атомов
в тканях тела начинают «вибрировать», излучая или поглощая волны
определенной частоты.
Наблюдая за этими волнами, ученые могут
вычислить положение таких атомов, температуру тканей и другие свойства
исследуемого органа, в том числе и то, как микроволновое излучение
влияет на работу клеток. Для работы МРТ-сканеров используются мощные
магниты на базе сверхпроводников, что ограничивает сферу применения
этого оборудования и делает его эксплуатацию достаточно дорогой.
Год
назад Слобожанюк и его коллеги из Университета ИТМО и Лейденского
университета (Нидерланды) смогли ускорить работу МРТ-сканера, создав
особый метаматериал из кусочков меди, который делает картинку более
контрастной. Это позволяет медикам создавать четкое изображение
за меньшее число сканирований, увеличивать разрешение снимков и получать
их за гораздо меньшее время.
Гибкие пластинки из этого материала,
как рассказывают ученые, нужно поместить рядом со сверхпроводящими
магнитами МРТ-сканера в той точке, где будет находиться тело пациента
во время обследования. Это снизит уровень помех и уменьшит размеры
индивидуальных трехмерных пикселей на изображении, которое получает
томограф.
Работу этих метаматериалов и сканеров ученые проверили
на добровольце, согласившемся пройти несколько процедур сканирования
мозга с применением и без применения материала. Эти опыты завершились
успешно: ученым удалось получить четкие снимки мозга участника опытов
и трехмерное изображение его лица, используя данные с томографа.
Российские
и зарубежные физики собираются продолжать исследования как в Лейдене,
так и в Санкт-Петербурге. Они надеются превратить лабораторию прикладной
радиофизики в Университете ИТМО в центр передовых разработок в этой
сфере, закупить современное оборудование и привлечь молодых
специалистов, чтобы создавать прототипы устройств и внедрять
их в клиническую практику. Для этого сотрудники лаборатории прикладной
радиофизики и Эндрю Вебб из Лейденского университета уже отправили
заявку на грант РНФ.
