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一种新型的“智能”超材料——成本不到10美元——可以使整个磁共振成像过程更快、更安全、更容易被世界各地的患者所接受。
 
临床医生使用MRI通过发现异常来诊断医疗问题,这些异常可以表明从半月板撕裂到肌营养不良的任何情况。但是核磁共振成像很昂贵,会使病人暴露在辐射下,而且需要很长时间——通常一次扫描需要一小时的大部分时间。即使是在美国的医院,要找到足够的等待病人的核磁共振成像时间也是个问题,但在印度等国家的医院,一年或更长时间的等待可能会危及病人的生命。
 
MRI是如何工作的?
 
MRI的工作原理是产生一个强大的磁场并向病人体内发射无线电波。
 
“MRI的磁场强度是地球磁场的数千倍,沐鸣测速网址”波士顿大学医学院放射学助理研究教授赵晓光说。“一系列精确编排的高能量无线电波被送入人体,组织发出低能量的无线电波,这些电波被核磁共振成像系统接收并生成图像。”
 
核磁共振成像的质量在很大程度上取决于所谓的“信噪比”(SNR)。信噪比越高,图像质量越好,提高信噪比最直接的方法就是增大磁场。不幸的是,磁场的任何增加都会增加核磁共振成像的复杂性和成本,也会增加患者的潜在风险,因为患者的组织,尤其是植入的医疗设备,会受到辐射的加热。因此,想要更好地观察人体内部的放射科医生不能简单地提高磁场强度。
 
教授张所以鑫机械工程学院的工程和光子学中心,教授和她的同事开发了一种新的磁性材料,当放置在身体部分的目标扫描,提高了病人的身体发出的能量,增加信噪比,提高核磁共振成像。研究人员用简单的铜线和塑料制成的磁性超材料发表在《通信物理学》杂志上。
 
现在,研究人员又向前迈进了一大步,他们开发出了一种他们称之为“智能”的超材料,这种材料可以有选择地提高病人体内的低能量排放,并在机器发出毫秒级的高能传输时自动关闭。
 
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张表示,这种智能超材料将信噪比放大了10倍,大大提高了图像质量,减少了扫描时间,为以极低的成本获得更清晰的MRI图像开辟了一条新途径。
 
波士顿医学中心放射学家、医学院放射学教授Stephan Anderson说:“缩短MRI检查对最大限度地提高核能力至关重要。”“更不用说收入了,还有这项强大的成像技术给病人带来的整体体验。”
 
赵说:“这种智能超材料由一组金属螺旋谐振器组成,这些谐振器与(一个被动传感器)紧密地结合在一起。”“当高能无线电波进入时,这种超材料检测到高能量水平,并自动‘关闭’共振。在低能无线电激发下,这种超材料(打开)共振,增强了无线电波的磁性成分。”
 
这段休息时间虽然只有几毫秒长,但却允许临床医生使用这种智能超材料来增强传回核磁共振成像的能量。它还减少了患者对无线电波辐射的整体暴露,减轻了潜在的安全隐患,为在临床成像中采用这项技术铺平了道路。
 
“我们现在可以制造智能材料,可以智能地与无线电波互动,沐鸣登陆网速增强想要的信号,同时让不想要的信号消失,”张说。
 
研究人员估计,这种超材料阵列的建造成本应该低于10美元。尽管目前的磁性超材料原型是一个扁平的厚层,他们希望将其应用于一个灵活的超薄MRI增强片。他们说,与临床MRI系统整合后,他们新发现的磁性超材料有可能在MRI的表现上带来一个量子飞跃。
 
这项工作得到了美国国家生物医学成像和生物工程研究所的支持。