Onderzoekers van de ITMO University ontwikkelden en testten een MRI-spoel die beeldvorming met hoge resolutie biedt van het hele lichaam van een muis. Dergelijke spoelen worden gebruikt in preklinische testen, evenals in beeldvorming van verschillende lichaamssystemen. De nieuwe spoel produceert beelden met een drie keer hogere resolutie dan standaard commerciële MRI-spoelen. Wetenschappers gebruikten goedkope materialen en productietechnologie die kunnen worden aangepast voor verschillende onderzoeksprojecten. Het onderzoek is gepubliceerd in NMR in de biogeneeskunde als het omslagverhaal.

MRI van het hele lichaam wordt gebruikt in de diagnostiek en voor preklinische onderzoeken naar de beoordeling van de respons op geneesmiddelen. Preklinische studies worden meestal op dieren uitgevoerd:bijvoorbeeld op muizen. Ondanks het kleine formaat, het verkrijgen van een afbeelding van hoge kwaliteit van de hele muis is niet zo eenvoudig als het lijkt. Het probleem is dat voor het verkrijgen van afbeeldingen van het hele lichaam meestal de afbeeldingen van verschillende kleine ontvangstspoelen moeten worden gecombineerd, of het gebruik van een grote standaardspoel voor zowel zenden als ontvangen. In het eerste geval, de beeldvormingsprocedure wordt ingewikkeld, terwijl in de tweede, de beeldkwaliteit verslechtert zodat het moeilijk wordt om belangrijke details te onderscheiden.

Om dit probleem op te lossen, wetenschappers van de ITMO University hebben een nieuw type MRI-spoel ontwikkeld. Nieuwe ontwerpfuncties voor de spoel maken het mogelijk om gemakkelijk hoogwaardige beelden van de hele muis te krijgen. Allereerst, de spoelgrootte is speciaal aangepast voor het scannen van een muis, wat helpt om extra lawaai te voorkomen. Wetenschappers zijn erin geslaagd de spoelgrootte te verkleinen door een metastructuur met een gedistribueerde capaciteit te gebruiken. Tegelijkertijd, de wisselende magnetische veldintensiteit van de nieuwe spoel is veel hoger dan die van standaardspoelen. Dit zorgt voor een hogere gevoeligheid van de spoel in het gehele gezichtsveld en verbetert de beeldkwaliteit.

"Standaardspoelen zijn afgestemd op een bepaalde frequentie met behulp van niet-magnetische condensatoren. Ze introduceren interne verliezen, vermindering van de signaal-ruisverhouding. Dit is een van de belangrijkste parameters die worden gebruikt om de beeldkwaliteit in MRI te bepalen. Omdat onze spoel zelfresonant is, we hebben geen condensatoren nodig. We kunnen de spoel afstemmen door de geometrische parameters te wijzigen. Ook, nieuw ontwerp stelt ons in staat om de werking van de spoel te optimaliseren, verhoog de gevoeligheid en beeldkwaliteit. Daarnaast, de kosten van grondstoffen zijn laag, en de fabricagetechnologie stelt ons in staat om de methode aan te passen voor verschillende projecten, " zegt Anna Khurshkainen, een afgestudeerde student aan de ITMO University, lid van het Laboratorium voor Nanofotonica en Metamaterialen.

Volgens de wetenschappers het werk begon met een numerieke modellering. Dit hielp om de geometrie van de toekomstige spoel te optimaliseren en de materialen te kiezen. Daarna, de onderzoekers maakten een prototype spoel en voerden experimenten uit. "We hebben de signaal-ruisverhouding gemeten in verschillende delen van het beeld op verschillende afstanden tussen het object en de spoel. De verkregen resultaten werden vergeleken met wiskundige simulatie en experimentele parameters van standaard volumespoelen. Het bleek dat er een optimale afstand tussen het beeld en de spoel, waarbij onze spoel de beeldkwaliteit drie keer hoger biedt dan de standaard, " voegt Michail Zubkov toe, een onderzoeker aan het Laboratorium voor Nanofotonica en Metamaterialen aan de ITMO University.

Momenteel, wetenschappers zijn van plan te blijven werken aan een verscheidenheid aan spoelen voor verschillende preklinische onderzoeken.