Wetenschappers uit Nederland en Rusland hebben voor het eerst een nieuwe metasurface-gebaseerde technologie ontworpen en getest om de lokale gevoeligheid van MRI-scanners op mensen te verbeteren. Het meta-oppervlak bestaat uit dunne resonerende stroken die periodiek zijn aangebracht. Geplaatst onder het hoofd van een patiënt, het leverde veel hogere signalen op uit het lokale hersengebied. De resultaten gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten , laten zien dat het gebruik van meta-oppervlakken de beeldacquisitietijd mogelijk kan verkorten, waardoor het comfort voor patiënten wordt verbeterd, of verkrijg afbeeldingen met een hogere resolutie voor een betere diagnose van ziekten.

Magnetische resonantie beeldvorming (MRI) is een veelgebruikte medische techniek voor onderzoek van inwendige organen, evenals het spelen van een belangrijke rol in de oncologie. Echter, vanwege de intrinsiek lagere signaal-ruisverhouding, een MRI-scan duurt veel langer om te verwerven dan een computertomografie of echografie. Dit betekent dat een patiënt maximaal een uur bewegingsloos in een afgesloten apparaat moet liggen, resulterend in aanzienlijk ongemak voor de patiënt, en relatief lange rijen in ziekenhuizen.

Specialisten van het Leids Universitair Medisch Centrum in Nederland en de ITMO Universiteit in Rusland hebben menselijke MRI verkregen met verbeterde lokale gevoeligheid door een dun metaoppervlak - een periodieke structuur van geleidende koperstrips. De onderzoekers bevestigden deze elementen op een dun flexibel substraat en integreerden ze met nauwsluitende ontvangstspoelarrays in de MRI-scanner.

"We plaatsten zo'n meta-oppervlak onder het hoofd van de patiënt, daarna, de lokale gevoeligheid nam met 50 procent toe. Hierdoor konden we hogere beeld- en spectroscopische signalen van de occipitale cortex verkrijgen. Dergelijke apparaten kunnen mogelijk de duur van MRI-onderzoeken verkorten en het comfort voor proefpersonen verbeteren, " zegt Rita Schmidt, de eerste auteur van het artikel en onderzoeker bij de afdeling Radiologie van het Leids Universitair Medisch Centrum.

Het meta-oppervlak, geplaatst tussen een patiënt en de ontvangstspoelen, verbetert de signaal-ruisverhouding in het interessegebied. "Deze verhouding beperkt de MRI-gevoeligheid en de duur van de procedure, " merkt Alexey Slobozhanyuk op, research fellow bij de afdeling Nanophotonics and Metamaterials van ITMO University. "Vaak, de scans moeten vele malen worden herhaald en de signalen moeten bij elkaar worden opgeteld. Het gebruik van dit meta-oppervlak vermindert deze vereiste. conventioneel, een onderzoek dat nu 20 minuten duurt, heeft er in de toekomst misschien maar 10 nodig. Een ziekenhuis dat 10 patiënten per dag bedient, kan er met onze ontwikkeling 20 van dienst zijn."

Alternatief, volgens de wetenschappers het meta-oppervlak zou kunnen worden gebruikt om de beeldresolutie te verhogen. "De grootte van voxels, of 3D-pixels, wordt ook beperkt door de signaal-ruisverhouding. In plaats van de procedure te versnellen, we kunnen een alternatieve benadering kiezen en meer gedetailleerde beelden verwerven, " zegt Andrew Webb, de projectleider, hoogleraar radiologie aan het Leids Universitair Medisch Centrum.

Tot nu, niemand heeft metamaterialen geïntegreerd in nauwsluitende ontvangstarrays omdat hun afmetingen veel te groot zijn. Het nieuwe ultradunne ontwerp van dit meta-oppervlak hielp het probleem op te lossen.

"Onze technologie kan worden toegepast voor het produceren van metamateriaal geïnspireerde, ultradunne apparaten voor veel verschillende soorten MRI-scans, maar in elk geval men moet eerst een reeks computersimulaties uitvoeren, zoals we in dit werk hebben gedaan. Men moet ervoor zorgen dat het meta-oppervlak op de juiste manier is gekoppeld, ’ besluit Rita Schmidt.