211service.com
Tani, przenośny rezonans magnetyczny
Naukowcy opracowali nową technikę obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI), która jest znacznie tańsza i bardziej przenośna niż obecna technologia. Chociaż nie jest to wykonalne w wielu tradycyjnych zastosowaniach medycznych, urządzenie może być przydatne, jak mówią, w dziedzinach biotechnologii, geologii i przemysłu, gdzie magnesy o dużej mocy są zbyt drogie lub próbki mają właściwości magnetyczne, które zakłócają silne pola magnetyczne.
Nowa metoda MRI wykorzystuje magnesy i lasery o małej mocy. Po pierwsze, atomy w próbce są wystawione na działanie zmiennego pola magnetycznego, które ustawia je w różnych kierunkach. Następnie, po skupieniu atomów w komorze detekcyjnej, można określić ich pierwotną pozycję poprzez ich wyrównanie. Światło laserowe przechodzące przez spolaryzowany gaz odczytuje sygnały magnetyczne z próbki, które można zrekonstruować jako obraz. (Źródło: Shoujun Xu, UC Berkeley)
Skanery MRI tworzą obrazy wewnętrznych struktur żywych tkanek, przepływu płynów przez rury czy struktury obiektów, takich jak skały i skamieliny. Główną wadą MRI jest to, że wymaga silnych pól magnetycznych generowanych przez magnesy nadprzewodzące do wytworzenia wykrywalnych sygnałów, co czyni tę technologię drogą i nieporęczną.
Nowe i radykalnie odmienne urządzenie do rezonansu magnetycznego, opracowane w laboratoriach Aleksandra Sosny oraz Dmitrij Budker na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley mógłby rozwiązać te problemy. Opiera się na magnesach o małej mocy i kosztuje tylko kilka tysięcy dolarów. Zespół ostatecznie ma nadzieję zminimalizować obecną konfigurację, a tym samym stworzyć przenośne, zasilane bateryjnie urządzenie, które będzie mogło być używane w dowolnym miejscu.
Zarówno ta grupa, jak i inni ludzie rozglądają się i mówią, zapomnijmy o typowym sposobie, w jaki wykonujemy rezonans magnetyczny, mówi Andrzej Webb , specjalista MRI na Penn State University. To podejście oferuje zupełnie inny sposób wykrywania tego sygnału MRI, mówi.
W tradycyjnych skanerach MRI silne, jednolite pole magnetyczne zmusza niektóre atomy wodoru wewnątrz pacjenta lub próbki do wirowania w tym samym kierunku. Impuls o częstotliwości radiowej powoduje, że wyrównane atomy wodoru zmieniają kierunek i wchodzą w stan wysokoenergetyczny. Kiedy impuls się kończy, atomy te stopniowo przestawiają się, wydzielając energię. Cewka magnetyczna w aparacie MRI może wykryć tę energię, która jest wykorzystywana do tworzenia obrazu.
Nowe urządzenie, zwane optycznym magnetometrem atomowym, jest przeznaczone do obrazowania płynów, takich jak gazy i woda. Materiał próbki jest najpierw polaryzowany magnesem. Następnie jest wystawiony na działanie zmiennego pola magnetycznego, w którym każdy atom w próbce otrzymuje inny poziom magnetyzmu, co nadaje mu inny spin.
Próbka przechodzi następnie do komory detekcyjnej. Jednak w przeciwieństwie do tradycyjnego MRI, w którym informacje strukturalne są wykrywane za pomocą cewki magnetycznej, laboratorium Budkera opracowało sposób wykrywania sygnału MRI za pomocą światła. Szklana komórka w pobliżu komory jest wypełniona atomami rubidu, które są bardzo wrażliwe na zmiany pól magnetycznych i mogą wykrywać sygnały magnetyczne z próbki. Kiedy światło laserowe sonduje atomy rubidu, zmieniają one polaryzację światła laserowego zgodnie z siłą wyczuwanych pól magnetycznych. Sygnały można następnie zrekonstruować w obraz. (Opis urządzenia i wstępne wyniki opublikowano w zeszłym miesiącu w Materiały Narodowej Akademii Nauk. )
Najciekawszym aspektem badania jest to, że łączy ono dwie technologie, które są zarówno młode, jak i można je dalej ulepszać Michael Romalis , fizyk z Princeton University, który opracowuje podobne techniki MRI. Dzięki tym dwóm technologiom można stworzyć całkiem prosty i niedrogi system, mówi.
Chociaż stanowi kreatywne rozwiązanie niektórych problemów związanych z obrazowaniem, metoda ta prawdopodobnie nie nadaje się obecnie do szerokiego zastosowania medycznego. Ponieważ opiera się na dostępie do płynów, które są obrazowane, najbardziej wykonalnym zastosowaniem medycznym byłoby obrazowanie płuc za pomocą spolaryzowanego gazu, mówi Shoujun Xu, członek laboratorium Pines.
Zamiast tego geolodzy mogliby użyć go w laboratorium do badania wypełnionych płynem porowatych próbek skał, które często zawierają zanieczyszczenia magnetyczne, które zakłócają magnesy o dużej mocy. A z dalszymi ulepszeniami może pewnego dnia zostać wykorzystany przez przemysł naftowy do badania materiałów porowatych, takich jak pola naftowe i skały zbiornikowe, które również zawierają zanieczyszczenia magnetyczne.
Naukowcy przewidują również zastosowanie tej techniki w mikrofluidyce, która wykorzystuje małoskalowe technologie laboratoryjne na chipie do badania procesów biologicznych, badań przesiewowych pod kątem nowych leków i testowania poziomów toksyczności w wodzie. Obecnie chipy muszą być specjalnie produkowane do użytku w polach magnetycznych o dużej mocy w celu monitorowania płynów i reakcji chemicznych za pomocą MRI.