Петербургские учёные повышают эффективность МРТ

Магнитно-резонансная томография становится все более популярной как метод диагностики заболеваний. Стандартные сканеры многофункциональны, что позволяет сократить расходы на специализированное оборудование. С другой стороны, это приводит к изображениям более низкого качества, особенно когда необходимо исследовать относительно небольшие участки.

Группа российских ученых, включая исследователей Университета ИТМО, предложила систему, которая может быть использована для обновления существующих МРТ-сканеров. Это позволит проводить МРТ молочных желез с использованием стандартных сканеров без специального оборудования. Статья, представляющая результаты работы, была опубликована в Nature Communications.

Магнитно-резонансная томография (или МРТ) особенно полезна в диагностике рака молочной железы на ранних стадиях. «По сравнению с рентгенологическим или ультразвуковым исследованием, МРТ позволяет нам точно локализовать опухоль, что влияет на точность диагноза», - объясняет Алена Щелокова, первый соавтор статьи и научный сотрудник физического факультета ИТМО и машиностроение.

Однако, несмотря на возможности, открывающиеся для медицинских специалистов с помощью МРТ, этот метод редко используется для сканирования молочной железы, поскольку помимо самого сканера эта процедура требует дополнительного специализированного оборудования.

В основе каждого стандартного МРТ-сканера лежит большая катушка, используемая для возбуждения магнитного резонанса в организме человека. Его размер сопоставим с размером человеческого тела, а саму катушку иногда называют птичьей клеткой. Эта катушка, которая возбуждает протоны в организме человека, в то время как ответный магнитно-резонансный сигнал принимается другой, меньшей катушкой, расположенной в непосредственной близости от органа, который представляет особый интерес для врачей. Эта вторая катушка позволяет им получать высококачественное изображение исследуемого органа.

«В МРТ есть два ключевых процесса: возбуждение и прием сигнала…Катушка с птичьей клеткой (передающая и принимающая РЧ отображающая катушка) не может обеспечить МР изображение с достаточной контрастностью и отношением сигнал/шум, потому что оно большое и расположено вдали от конкретной исследуемой области. Именно поэтому небольшие специализированные катушки используются в качестве приемных антенн для каждого органа. Обычно медицинские Центры оснащены только ограниченным количеством этих локальных катушек, и среди них редко встречается грудная катушка. Таким образом, мы нашли эту специальную катушку только в одном медицинском центре в Санкт-Петербурге», рассказывает Алена Щелокова.

Группа ученых, включая исследователей Университета ИТМО, предложила другой подход к проблеме. Новая концепция целевой клинической МРТ, применяемой для визуализации молочных желез, основана на локальном перераспределении и пассивной фокусировке радиочастотного магнитного поля катушки большого тела посредством электромагнитной связи с дополнительным диэлектрическим резонатором, окружающим область мишени.

Сам резонатор изготовлен из особого вида керамики, произведенной в Санкт-Петербурге. Этот новый керамический материал обладает высокой диэлектрической проницаемостью и чрезвычайно низкими диэлектрическими потерями. Если он настроен на работу на частоте сканера, он локализует и увеличивает магнитное поле в груди, тогда как возбуждение и прием сигнала осуществляется катушкой тела. В то же время устройство не генерирует и не принимает сигнал, а служит только для фокусировки поля в определенном месте и последующей точечной передачи энергии возбужденных протонов на большую катушку.

Благодаря тому, что электромагнитное поле теперь сосредоточено внутри интересующей области, мощность катушки тела может быть в достаточной степени уменьшена. Следовательно, это МР обследование становится более безопасным для пациентов, чем стандартное.

Само устройство также дешевле, чем специализированная приемная катушка для груди, предоставляемая производителями. Кроме того, он не должен быть подключен к сканеру со сложной системой проводов. Он полностью беспроводной и не имеет так много хрупких частей. Кроме того, резонатор совместим со всеми моделями стандартных клинических сканеров, в то время как стандартные приемные катушки необходимо приобретать у того же производителя, который изготовил сканер.