Pełniejszy obraz Twoich płuc

Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) może tworzyć szczegółowe obrazy prawie wszystkich tkanek ciała, umożliwiając lekarzom monitorowanie przepływu krwi w mózgu, mapowanie granic guzów i znajdowanie przesuniętych krążków kręgosłupa. Ale konwencjonalny rezonans magnetyczny, który obrazuje wodę w ciele, daje słabe obrazy płuc, które są pełne powietrza i daje niepełny obraz funkcji płuc. Teraz naukowcy z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics w Cambridge, MA, zbudowali tanią maszynę do rezonansu magnetycznego, która wykorzystuje słabe pole magnetyczne do obrazowania krytycznych aspektów fizjologii płuc, niewidocznych dla konwencjonalnych technik obrazowania.

MRI na stojąco: Tani system MRI do wizualizacji czynności płuc wykorzystuje części dostępne w każdym sklepie z narzędziami. Osoby siedzące i leżące wewnątrz skanera noszą antenę wykonaną z tekturowej tuby, zwojów drutu i gumowej osłony. Układ metalowych drutów przypominający ogrodzenie kieruje słabe pole magnetyczne w kierunku obiektu. Na samym dole znajduje się wizytujący naukowiec z Harvardu, Matthew Rosen, który zbudował system.

Prowadzone przez Mateusz Rosen , naukowiec wizytujący w centrum Harvard-Smithsonian oraz Ronald Walsworth , starszy wykładowca fizyki na Harvardzie, naukowcy zbudowali skaner MRI, który obrazuje przepływ gazu przez płuca i ilość tlenu wchłanianego przez tkankę płuc. Wykorzystali ten system do zbadania, jak różni się czynność płuc podczas leżenia, siedzenia lub wstawania, i planują badanie astmy w połączeniu z Centrum Obrazowania Biomedycznego Martinos w Bostonie. System nie był jeszcze używany do porównywania zdrowych i chorych pacjentów. Jeśli sprawdzi się w badaniach klinicznych, naukowcy z Harvardu uważają, że będzie niedrogi i wystarczająco prosty, aby można go było stosować w gabinetach pulmonologów.

Czynność płuc zależy od orientacji ciała, ale nie było możliwe zbadanie tego wcześniej, ponieważ konwencjonalny rezonans magnetyczny wymagałby od pacjentów leżenia na plecach. (PET można wykorzystać do przyjrzenia się niektórym aspektom fizjologii płuc, ale daje ograniczone informacje.) Objawy astmy mogą się nasilać, gdy pacjenci leżą, na przykład. System Harvarda umożliwia obrazowanie z pacjentem w dowolnej orientacji, czego nikt nigdy nie był w stanie zrobić, mówi Bastiaan Driehuys , adiunkt w Centrum Mikroskopii In Vivo na Duke University.

Otwarty system MRI może również umożliwić monitorowanie czynności płuc noworodków na oddziale intensywnej terapii bez wyjmowania ich z inkubatorów. Naukowcy złożyli tymczasowy patent na ten wniosek.

W przeciwieństwie do konwencjonalnego rezonansu magnetycznego, który obrazuje protony w cząsteczkach wody, system Harvard MRI monitoruje spolaryzowany magnetycznie gazowy hel, wdychany przez osoby badane. Konwencjonalny MRI wymaga magnesu około 150 razy silniejszego niż w systemie Harvarda, aby magnetycznie wyrównać protony w ciele. Ale hel używany w systemie Harvarda jest ustawiany magnetycznie, zanim pacjent go wdycha, co umożliwia użycie bardzo słabego magnesu wewnątrz skanera.

Badanie płuc: Obrazy płuc zdrowego osobnika wykonane w systemie Harvard MRI pokazują regionalne stężenia tlenu podczas leżenia (po lewej) i siedzenia (po prawej).

W kamerze Rosena pole magnetyczne jest generowane przez dwie cewki zamontowane na czymś, co wygląda jak dwie metalowe kraty ogrodowe. Siatki druciane i pierścienie w tych strukturach kierują pole w kierunku osoby leżącej, stojącej lub siedzącej pośrodku. (W konwencjonalnych aparatach do rezonansu magnetycznego cylindryczny magnes, który otacza pacjenta na wznak, wytwarza silne pole magnetyczne.) Osoba nosi antenę na klatce piersiowej, która składa się z tekturowej rurki owiniętej zwojem drutu i pokrytej gumą. Po inhalacji mieszaniny spolaryzowanego helu i powietrza przez rurkę, osoba musi siedzieć nieruchomo i wstrzymać oddech do 30 sekund, podczas gdy antena wychwytuje magnetyczny spin helu w płucach osoby. Rosen twierdzi, że zbudowanie systemu kosztowało mniej niż 100 000 dolarów.

W swoim obrazie Rosen i Walsworth widzą położenie atomów helu w płucach badanego. Cząsteczki tlenu wpływają na spin spolaryzowanego helu, więc system Harvarda może również wizualizować stężenie tlenu w płucach. Jeśli jest wysoki w jednym obszarze płuc, tlen nie jest dobrze wchłaniany, a pacjent może mieć słabą czynność płuc.

Istnieje kilka innych grup wykorzystujących spolaryzowany gaz do tworzenia obrazów MRI płuc, mówi Driehuys. Ale wszystkie inne grupy stosują drogie, dostępne na rynku systemy MRI. Driehuys mówi, że to, co sprawia, że ​​praca Rosena i Walwortha jest wyjątkowa, to to, że zbudowali oni swój własny tani skaner MRI o małej mocy.

Naukowcy z Harvard-Smithsonian dostosowują teraz swój system, aby skrócić czas potrzebny na obrazowanie. Musisz pozostać nieruchomo i wstrzymać oddech, mówi Rosen, co może być trudne dla osób z upośledzoną funkcją płuc.

ukryć