Ученые из Университета ИТМО улучшили характеристики МРТ

Петербургские ученые совместно с европейскими коллегами разработали новую технологию. Она позволяет ускорить процедуру магнитно-резонансной томографии (МРТ) и повысить качество получаемых изображений.

C МРТ связано несколько Нобелевских премий, которые получили американские и британские ученые. Мало кто знает, но в историю этого вида исследований вписано и имя советского ученого Владислава Александровича Иванова. В марте 1960 года он направил в Госкомитет СССР по делам изобретений и открытий заявку на изобретение «Способ исследования внутреннего строения материальных тел». В ней впервые были изложены принципы магнитно-резонансной томографии и представлена схема томографа. Патент СССР по заявке выдали только в 1984 году.

В 1971 году физик Раймонд Дамадьян сообщил, что с помощью ядерного магнитного резонанса (именно он и лежит в основе работы МР-томографа) можно обнаруживать опухоли, а значит, применять этот метод при ранней диагностике рака. Ученый и его команда потратили не один год на разработку первого МР-сканера. Однако Нобелевская премия «за изобретение метода магнитно-резонансной томографии» в 2003 году была присуждена другим – Полу Лотербуру и Питеру Мэнсфилду. Что вызвало недовольство Дамадьяна и очередной скандал, связанный с присуждением премии.

Все дело в поверхности

Для человека болеющего важно не это, а тот факт, что МРТ позволяет увидеть состояние внутренних органов без оперативного вмешательства. Сегодня это один из самых востребованных методов медицинской визуализации. Именно это и подстегивает ученых совершенствовать сами томографы, а также разрабатывать новые технологии, чтобы получаемые изображения давали более детальную и четкую информацию врачам. Свой вклад в это внесли и ученые Университета ИТМО. Они совместно с коллегами из Медицинского центра Лей­денского университета создали метаповерхность – периодическую структуру из медных пластинок-резонаторов, которые прикрепили к гибкой и тонкой пластине. Недавно они успешно испытали новую технологию в действии, проведя МРТ-ска­нирование головного мозга человека. «Сотрудники Уни­верситета ИТМО занимаются разработкой новых технологий для улучшения характеристик МРТ уже в течение пяти лет. В прошлом году мы предложили новую уникальную концепцию, основанную на применении метаповерхности для улучшения соотношения «сигнал – шум» в клиническом томографе. Это позволяет повысить разрешение получаемых изображений или альтернативно получить изображения намного быстрее. В новой работе мы значительно улучшили устройство, сделали его намного тоньше», – рассказывает Алексей Слобожанюк, сотрудник лаборатории прикладной радиофизики Уни­верситета ИТМО.

Прототип устройства представляет собой подложку толщиной всего 8 мм. Она помещается между магнитно-резонансными катушками томографа и пациентом. Данное пространство, кстати, не больше 1,5 см. Именно толщина метаматериала и была камнем преткновения. Однако ученые успешно решили эту задачу. По словам Алексея Слобожанюка, сотрудники Университета ИТМО совместно с несколькими российскими и зарубежными компаниями сейчас работают в направлении интеграции разработанной технологии в ежедневное использование в клинической практике. «Мы ожидаем, что первый коммерческий прототип появится на рынке к концу 2018 года», – отмечает физик. Разработанная учеными технология позволяет создавать ультратонкие устройства для большинства МРТ-сканеров, использующихся в клиниках и диагностических центрах.

Усилить поле

За счет чего удается повысить качество получаемых снимков? «Метаповерхность позволяет перераспределить электромагнитное поле в пространстве и таким образом сделать его более подходящим для МРТ, то есть локализовать в область исследуемого объекта радиочастотное магнитное поле и уменьшить там электрическое», – говорит Алексей Слобожанюк. А для тех, кто забыл всю школьную программу по физике, дает пояснение: «Проведу аналогию: при помощи линзы в солнечный день можно собрать свет в определенную точку листа бумаги и поджечь его. Однако без помощи линзы это сделать сложно. То же самое делает наша метаповерхность. Она локализует и усиливает в определенной области пространства радиочастотное магнитное поле, что позволяет повысить соотношение «сигнал – шум».

Тут, конечно, сам собой напрашивается вопрос: почему оно так важно? По словам ученого, низкие показатели этого соотношения ограничивают метод МРТ и делают его долгим. Кому приходилось проходить данную процедуру, тот хорошо помнит, что длится она не менее 20 – 30 минут, в течение которых нельзя шевелиться. Это время требуется специалистам по техническим причинам. «Чтобы различить полезный сигнал на фоне случайного шума, врачи повторяют сканирование много раз, – объясняет Алек­сей Слобожанюк. – Увели­чивая соотношение «сигнал – шум» можно значительно ускорить процедуру МРТ, так как отпадет необходимость накапливать сигнал. А значит, специалисты смогут проводить сканирование в течение не 30 минут, а, допустим, пятнадцати. Или же мы можем продолжать сканировать долго, но с помощью метаповерхности у специалистов будет возможность увидеть более мелкие элементы внутри организма человека. Это позволит выявить различные заболевания на более ранней стадии». Например, обнаружить злокачественные ново­образования в самом начале их развития. Так, по данным Все­мирной организации здравоохранения, рак легких, трахеи и бронхов занимает пятое место в списке десяти ведущих причин смерти во всем мире. Успешность лечения таких заболеваний тем выше, чем раньше оно обнаружено. Роль МРТ-ска­нирования в этом сложно переоценить.


Автор – Вера СВИРИДОВА. Фото Лидии ВЕРЕЩАГИНОЙ

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Войти с помощью: 
Please enter your comment!
Please enter your name here