Физики испытали МРТ-сканер будущего на человеке

«Чтобы различить полезный сигнал на фоне случайного шума, врачи повторяют сканирование много раз. Но с метаповерхностью необходимость в этом отпадает. Если сейчас сделать мрт, условно говоря, можно за двадцать минут, то в будущем врачам хватит десяти. Если сегодня клиника обслуживает десять пациентов в день, то с данной разработкой примет двадцать», — рассказывает Алексей Слобожанюк, физик из Университета ИТМО в Санкт-Петербурге.

Как поясняют ученые, МРТ основан на эффекте так называемого ядерно-магнитного резонанса. Во время сеанса томографии мозг или другие органы человека облучаются радиоволнами в присутствии мощного постоянного магнита, в результате чего ядра водорода и других атомов в тканях тела начинают «вибрировать», излучая или поглощая волны определенной частоты.

Наблюдая за этими волнами, ученые могут вычислить положение таких атомов, температуру тканей и другие свойства исследуемого органа, в том числе и то, как микроволновое излучение влияет на работу клеток. Для работы МРТ-сканеров используются мощные магниты на базе сверхпроводников, что ограничивает сферу применения этого оборудования и делает его эксплуатацию достаточно дорогой.

Год назад Слобожанюк и его коллеги из Университета ИТМО и Лейденского университета (Нидерланды) смогли ускорить работу МРТ-сканера, создав особый метаматериал из кусочков меди, который делает картинку более контрастной. Это позволяет медикам создавать четкое изображение за меньшее число сканирований, увеличивать разрешение снимков и получать их за гораздо меньшее время.

Гибкие пластинки из этого материала, как рассказывают ученые, нужно поместить рядом со сверхпроводящими магнитами МРТ-сканера в той точке, где будет находиться тело пациента во время обследования. Это снизит уровень помех и уменьшит размеры индивидуальных трехмерных пикселей на изображении, которое получает томограф.

Работу этих метаматериалов и сканеров ученые проверили на добровольце, согласившемся пройти несколько процедур сканирования мозга с применением и без применения материала. Эти опыты завершились успешно: ученым удалось получить четкие снимки мозга участника опытов и трехмерное изображение его лица, используя данные с томографа.

Российские и зарубежные физики собираются продолжать исследования как в Лейдене, так и в Санкт-Петербурге. Они надеются превратить лабораторию прикладной радиофизики в Университете ИТМО в центр передовых разработок в этой сфере, закупить современное оборудование и привлечь молодых специалистов, чтобы создавать прототипы устройств и внедрять их в клиническую практику. Для этого сотрудники лаборатории прикладной радиофизики и Эндрю Вебб из Лейденского университета уже отправили заявку на грант РНФ.