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BU研究人员设计智能超材料以使MRI负担得起且易于使用

波士顿大学的研究人员已经开发出一种新的“智能”超材料,制造成本不到10美元,它可以彻底改变磁共振成像(MRI),使整个MRI过程更快,更安全,并且对周围的患者更方便。世界。该技术建立在该团队先前的超材料工作之上,并在Advanced Materials中的一篇新论文中进行了描述。

临床医生使用MRI通过发现异常现象来诊断医学问题,异常现象可能表明从弯液面撕裂到肌肉营养不良。但是MRI昂贵,会使患者暴露于放射线下,而且需要很长时间-通常一次扫描要花费一个小时的大部分时间。即使在美国的医院中,找到足够的MRI时间来等待患者也是一个问题,但是在印度等国家的医院中,一年或更长时间的等待时间可能会使患者的生命处于危险之中。

那么,如何在不损害成像质量的情况下加快MRI处理呢?BU工程学院机械工程学教授,光子学中心教授Zhang Xin和一组研究人员,其中包括波士顿医学中心放射线医师和BU医学院放射学教授Stephan Anderson,以及MED助理研究员赵晓光放射学教授正在运用超材料来解决这一问题。

MRI通过产生强大的磁场并将无线电波发送到患者体内而起作用。赵说:“核磁共振成像的磁场强度是地球磁场的数千倍。”“一系列精心策划的高能无线电波被发送到人体,组织发出低能无线电波,MRI接收该低能无线电波以产生图像。”

MRI图像的质量在很大程度上取决于所谓的“信噪比”或SNR。SNR越高,图像越好,提高SNR的最直接方法是调高磁场。不幸的是,磁场的任何增加也增加了MRI的复杂性和成本,以及对患者的潜在风险,患者的组织,尤其是其植入的医疗设备实际上被辐射加热了。因此,想要在体内获得更好外观的放射线医师无法简单地提高磁场强度。

因此,Zhang和她的合作者开发了一种新的磁性超材料,将其放置在作为扫描目标的身体部位旁边时,可以增强患者身体发出的能量,提高SNR并改善MRI成像。由简单的铜线和塑料制成的磁性超材料于2019年3月发表在《自然通信物理学》上。

现在,Zhang,Anderson,Zhao和其他团队成员又向前迈出了一大步,开发了他们所谓的“智能”超材料,该材料可选择性地增强患者体内的低能量排放,并在治疗期间自动关闭。机器发出的毫秒级脉冲高能量传输。

张说,智能超材料可以将SNR放大10倍,从而极大地提高了图像质量并减少了扫描时间,从而开辟了一种以非常低的成本获得清晰的MRI图像的新方法。

安德森说:“缩短MRI检查对于最大程度地提高容量至关重要。”“更不用说收入,以及这种强大成像技术的整体患者体验了。”

赵说:“智能超材料由紧密结合[无源传感器]的金属螺旋谐振器组成。”“当高能无线电波进入时,超常材料会检测到高能级并自动'关闭'共振。通过低能无线电激发,超常材料会[打开]共振,并增强高能无线电波的磁性成分。无线电波。”

停机时间只有几毫秒长,可让临床医生使用智能超材料来增强发回MRI的能量。它也减少了患者对无线电波辐射的总体暴露,并减轻了潜在的安全隐患,为在临床成像中采用该技术的方法铺平了道路。

张说:“我们现在可以构建可以与无线电波进行智能交互的智能材料,从而增强所需信号,同时让有害信号通过。”

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