211service.com
Billig, bärbar MRI
Forskare har kommit med en ny teknik för magnetisk resonanstomografi (MRI) som är mycket billigare och mer bärbar än nuvarande teknik. Även om det inte är möjligt för många traditionella medicinska tillämpningar, kan enheten vara användbar, säger de, inom bioteknik, geologi och industri, där magneter med hög effekt är för dyra eller prover innehåller magnetiska egenskaper som stör höga magnetiska fält.
En ny MR-metod använder lågeffektmagneter och lasrar. Först utsätts atomer i ett prov för ett varierande magnetfält som riktar dem i olika riktningar. Sedan, efter att atomerna koncentrerats i en detektionskammare, kan deras ursprungliga position bestämmas genom deras inriktning. Ett laserljus som lyser genom en polariserad gas läser av de magnetiska signalerna från provet, som kan rekonstrueras som en bild. (Kredit: Shoujun Xu, UC Berkeley)
MRI-skannrar skapar bilder av de inre strukturerna i levande vävnader, flödet av vätskor genom rör eller strukturen av föremål som stenar och fossiler. Den största nackdelen med MRT är att det kräver kraftfulla magnetfält som genereras av supraledande magneter för att producera detekterbara signaler, vilket gör det till en dyr och svårhanterlig teknik.
En ny och radikalt annorlunda MR-apparat, utvecklad i laboratoriet på Alexander Pines och Dmitry Budker vid University of California, Berkeley, skulle kunna lösa dessa problem. Den förlitar sig på lågeffektmagneter och kostar bara några tusen dollar. Teamet hoppas så småningom kunna minimera den nuvarande installationen och därigenom skapa en handhållen, batteridriven enhet som kan användas var som helst.
Både den här gruppen och andra människor ser sig omkring och säger, låt oss glömma det typiska sättet vi gör magnetisk resonans, säger Andrew Webb , en MRI-specialist vid Penn State University. Detta tillvägagångssätt erbjuder ett helt annat sätt att upptäcka denna MRI-signal, säger han.
I traditionella MRI-skannrar tvingar ett starkt, enhetligt magnetfält några av väteatomerna inuti en patient eller ett prov att snurra i samma riktning. En radiofrekvenspuls får sedan de inriktade väteatomerna att ändra riktning och gå in i ett högenergitillstånd. När pulsen slutar, anpassar dessa atomer sig gradvis samtidigt som de avger energi. En magnetspole i MRI-maskinen kan detektera denna energi, som används för att skapa bilden.
Den nya enheten, som kallas en optisk atommagnetometer, är utformad för att avbilda vätskor som gaser och vatten. Provmaterialet polariseras först med en magnet. Sedan utsätts den för ett varierande magnetfält, där varje atom i provet får en annan nivå av magnetism, vilket ger den en annan snurr.
Provet flyttas sedan in i en detektionskammare. Till skillnad från traditionell MRI, där den strukturella informationen detekteras med hjälp av en magnetisk spole, utvecklade Budkers labb ett sätt att detektera MRI-signalen med hjälp av ljus. En glascell nära kammaren är fylld med rubidiumatomer, som är mycket känsliga för förändringar i magnetfält och kan upptäcka magnetiska signaler från provet. När ett laserljus sonderar rubidiumatomerna ändrar de polariseringen av laserljuset beroende på styrkan hos magnetfält som de känner av. Signalerna kan sedan rekonstrueras till en bild. (En beskrivning av enheten och preliminära resultat publicerades förra månaden i Proceedings of the National Academy of Sciences. )
Den mest intressanta aspekten av studien är att den kombinerar två teknologier som både är unga och som skulle kunna förbättras ytterligare, säger Michael Romalis , en fysiker vid Princeton University som utvecklar liknande MRI-tekniker. Med dessa två teknologier kan du göra ett ganska enkelt och billigt system, säger han.
Även om den ger en kreativ lösning på vissa bildproblem är metoden förmodligen inte lämplig för utbredd medicinsk användning för tillfället. Eftersom det är beroende av att få tillgång till vätskorna som avbildas, skulle den mest möjliga medicinska applikationen vara att avbilda lungorna med en polariserad gas, säger Shoujun Xu, en medlem av Pines labb.
Istället kan geologer använda den i labbet för att studera vätskefyllda porösa bergprover, som ofta innehåller magnetiska föroreningar som stör magneter med hög effekt. Och med ytterligare förbättringar kan det en dag användas av petroleumindustrin för att studera porösa material som oljefält och reservoarbergarter, som också har magnetiska föroreningar.
Forskarna räknar också med att tillämpa tekniken i mikrofluidik, som använder småskalig lab-on-a-chip-teknik för att studera biologiska processer, screena efter nya läkemedel och testa toxicitetsnivåer i vatten. För närvarande måste chip tillverkas speciellt för användning i magnetiska fält med hög effekt för att övervaka vätskor och kemiska reaktioner med MRT.