science >> Wetenschap >  >> Fysica

Natuurkundigen bouwen unieke antennes die de kwaliteit en veiligheid van MRI verbeteren

De opwindende microstriplijn met sleuven straalt uit in een doosvormig menselijk lichaamsfantoom voor lichaams-MRI RF-excitatie. De kleurenplot toont de genormaliseerde grootte van de gesimuleerde Hx-verdeling, terwijl zwarte contouren golffronten in het geleidende medium vertegenwoordigen. Berekende oppervlaktestroomdichtheidsverdeling op het gesleufde grondvlak wordt weergegeven met zwarte pijlen.Nature Communications (2021). DOI:10.1038/s41467-020-20708-w

Scanners die in onderzoek worden toegepast, gebruiken niet slechts één antenne die het signaal uitzendt en ontvangt, maar een aantal van hen die ernstige brandwonden aan inwendige weefsels en organen kunnen veroorzaken. Dus, onderzoekers worden gedwongen scanners met minder spanning van stroom te voorzien, wat de kwaliteit van hun studie negatief beïnvloedt. Nutsvoorzieningen, ITMO-fysici, samen met hun collega's van het M-Cube consortium, hebben de allereerste lekgolfantennes voor MRI-scanners gemaakt. Het apparaat kan lichaams-orgaandiagnostiek uitvoeren zonder risico's voor de gezondheid van de patiënt, terwijl het ook de kwaliteit verhoogt van de beelden die zijn verkregen in onderzoeksscanners.

De speciale antennes zijn gebaseerd op het principe van breedbandstraling. Het prototype werd geproduceerd met behulp van standaard printplaattechnologie, waardoor de kosten en de arbeidsintensiteit van de productie ervan werden verminderd. MRI-technologie is gebaseerd op het bestralen van patiënten met elektromagnetische golven van een bepaalde frequentie. In de scanner, in het menselijk lichaam treden resonanties op die resulteren in het verkregen beeld. Het grootste probleem is het behouden van een beeld van hoge kwaliteit zonder het lichaam van de patiënt te schaden.

"Ons idee is dat we veel kleine antennes hebben die in serie zijn geschakeld met een golf die zich erdoorheen voortplant. Elk element zendt een deel van het vermogen uit, zodat ze samen de totale straling vormen. Dankzij de methode van lekkende golven (die niet-resonant zijn), het is mogelijk om de verwarming te verminderen en het scannen veilig te maken voor patiënten, " legt Georgiy Solomakha uit, een doctoraat student aan ITMO's Faculty of Physics and Engineering en hoofdauteur van de paper.

Soortgelijke antennes worden gebruikt in radiorichtingsbepaling en radar, en ITMO-onderzoekers hebben ze speciaal aangepast voor toepassing in de MRI-technologie.

Volgens Georgiy Solomakha, de oplossing zou nieuwe onderzoekstoepassingen van MRI-technologie kunnen openen. Omdat de nieuwe antennetechnologie de verwarming aanzienlijk vermindert, het zal mogelijk zijn om het stroomverbruik van de scanner zonder risico's te verhogen. Dit, beurtelings, zal de kwaliteit van de resulterende afbeeldingen verbeteren, waardoor het mogelijk wordt om de werking van inwendige organen nader te bestuderen of de ontwikkeling van ziekten te volgen.