Hoe kun je een hoogfrequente MRI-machine nauwkeuriger maken? Door een elektrotechnische benadering te volgen om een ​​betere, uniform magnetisch veld.

In een nieuwe studie gepubliceerd in Transacties over magnetrontheorie en -technieken , onderzoekers ontdekten dat radiofrequentiesondes met structuren geïnspireerd op microstrip-patchantennes de MRI-resolutie verhogen in hoogfrequente MRI-machines, in vergelijking met conventionele oppervlaktespoelen die nu worden gebruikt.

"Als frequenties hoger worden, golflengten worden korter, en je magnetische veld verliest uniformiteit, " zegt Elena Semouchkina, een universitair hoofddocent elektrische en computertechniek aan de Michigan Technological University. "Uniformiteit is belangrijk voor afbeeldingen met een hoge resolutie, dus stelden we een nieuwe benadering voor om deze sondes te ontwikkelen."

Een gemeenschappelijk ontwerp, Afgestemd met optica

Semouchkina legt uit dat het type antenne dat je op de top van een gebouw ziet, niet helemaal hetzelfde is dat hier wordt gebruikt, maar in plaats daarvan, het ontwerp van het team is geïnspireerd op de microstrip patch-antenne (MPA). Het ontwerp is relatief eenvoudig:MPA's zijn gemaakt van een plat stuk metaal dat is geaard door een groter stuk metaal. Ze zijn goedkoop, eenvoudig en gemakkelijk te maken, daarom worden ze vaak gebruikt in de telecommunicatie.

MRI's werken door radiofrequentiepulsen in een magnetisch veld af te geven via sondes met spoelen of vogelkooiachtige structuren. Dat wordt dan gebruikt om een ​​afbeelding te maken.

Maar die conventionele spoelen hebben frequentielimieten:te hoog en ze kunnen geen uniforme magnetische velden creëren met het volume dat onderzoekers nodig hebben.

MPA's zijn een alternatief waarbij golven oscilleren in de holte gevormd tussen de patch- en grondvlakelektroden, die gepaard gaan met stromen in de patch-elektrode en, respectievelijk, oscillerende magnetische velden rond de patch, waardoor een magnetisch veld ontstaat dat zowel gelijkmatig als sterk is.

"Terwijl de complexiteit van vogelkooispoelen toeneemt met de toename van de bedrijfsfrequentie, op patch gebaseerde sondes kunnen kwaliteitsprestaties leveren in het hogere microgolfbereik, terwijl ze toch een relatief eenvoudige structuur hebben, " zegt Semouchkina. Ze vertoonden ook kleinere stralingsverliezen, waardoor ze concurreren met, en nog beter, dan conventionele spoelen.

Hoogfrequente MRI-machines – en onzichtbaarheidsmantels

Vanwege de schade die hoogfrequente radiogolven aan mensen toebrengen, het onderzoek was beperkt tot hoogfrequente machines - niet de metalen buis die we gewend zijn in ziekenhuizen en medische centra. Mensen kunnen slechts tot zeven Tesla's in stand houden, maar ultrahoge velden tot 21,1 Tesla kunnen worden gebruikt bij het testen op diermodellen, en in weefselmonsters.

Semouchkina staat al bekend om haar werk met onzichtbaarheidsmantels, waarbij elektromagnetische golven rond een gebied worden omgeleid om een ​​object te verbergen. "We gebruiken een aantal van dezelfde benaderingen die we hier hebben ontwikkeld voor verhulapparaten, zoals het kleiner maken van de antenne, " ze zei.

Deze studie werd uitgevoerd met Navid P. Gandji en George Semouchkin van Michigan Tech, en Gangchea Lee, Thomas Neubereger en Micheal Lanagan van de Pennsylvania State University. De volgende stap van het team is om elektrotechniek te blijven toepassen om die sondes aan te passen zodat ze beter werken. en om de mogelijkheden voor hoogfrequente MRI-machines en de beelden die ze maken verder uit te breiden.