Магнитно-резонансная томография, или МРТ, сегодня применяется для диагностики множества заболеваний ─ от артрита до рака. Точность диагностики напрямую зависит от качества изображения. Чтобы его повысить, нужно увеличивать время сканирования и напряженность поля томографов. Это требует больших затрат и снижает комфорт исследования. Люди с медицинскими имплантатами не могут проходить обследование на томографах с высокой напряженностью поля из-за опасности нагрева тканей в области имплантата и сбоев в его работе.
Ученые из Университета ИТМО совместно с коллегами из Нидерландов и Великобритании смогли решить эту проблему при помощи устройства на основе метаповерхности. Метаповерхность в данном случае представляет собой упорядоченную структуру из металлических резонаторов, размещенных в непроводящей среде. Эта структура способна перераспределить электромагнитное поле внутри томографа и сконцентрировать его вокруг себя. Если поместить ее под исследуемую часть тела, прием и передача локального сигнала улучшатся, а изображение станет качественнее.
«Обычно при МРТ обследовании все тело пациента облучают электромагнитным полем определенной мощности. Это ведет к тому, что во время сканирования значительный уровень поля создается в области конечностей, которые находятся максимально близко к катушке источнику. В них может возникнуть нежелательный нагрев тканей, а это опасно для пациента, ‒ рассказывает Алена Щелокова, аспирантка кафедры нанофотоники и метаматериалов, ведущий автор статьи. Наши эксперименты показали, что использование метаповерхности позволяет увеличить эффективность катушки источника более чем в 3 раза. Это значит, что мы можем существенно снизить подаваемую мощность, но при этом обеспечить высокое качество изображения. Небольшая мощность позволяет сделать процедуру абсолютно безопасной для людей с имплантатами».
Первую метаповерхность для усовершенствования МРТ исследователи представили в начале 2016 года. Конструкция была громоздкой, а исследуемый объект необходимо было полностью помещать в воду. Сейчас исследователи смогли избавиться от этих недостатков.
«Первый прототип мы сделали сами: собрали в лаборатории Университета ИТМО, а потом протестировали в областной больнице, используя тестовые образцы, имитирующие человеческое тело, – продолжает Алена. – Когда мы начали сотрудничать с медицинской компанией Mediwise, появился улучшенный прототип. Его мы использовали при работе с волонтерами в медицинском центре города Лейден ‒ одном из лучших медицинских центров Нидерландов. Сейчас мы стараемся вывести разработку на российский рынок: сотрудничаем с врачами, оптимизируем дизайн, ищем инвесторов».
«Процесс вывода научной разработки на рынок является критически важным переходом от фундаментальных исследований до продукта, который может улучшить жизнь людей, ‒ комментирует Алексей Слобожанюк, научный сотрудник Университета ИТМО. ‒ Наша команда разработала уже несколько устройств для усовершенствования МРТ на основе новых искусственных материалов. Мы продолжаем работать над этим и сейчас. За 2-3 года комплекс таких устройств может улучшить работу значительного числа томографов в российских больницах и повысить общий уровень диагностики в нашей стране».
Статья: Experimental investigation of a metasurface resonator for in vivo imaging at 1.5 T. A. Shchelokova, A. Slobozhanyuk et al.
Journal of Magnetic Resonance. Nov. 22, 2017.
