Разработан метод беспроводной передачи радиосигнала в МРТ

Ученые Университета ИТМО впервые доказали эффективность беспроводной передачи сигнала в магнитно-резонансной томографии. При этом МР-изображения получаются качественнее, чем при передаче сигнала по радиочастотным кабелям. Разработка прошла первые клинические испытания в медицинском исследовательском Центре им. В.А. Алмазова. Работа ученых была отмечена премией Американского физического общества. Результаты опубликованы в журнале Magnetic Resonance in Medicine, наиболее авторитетном научном издании в области медицинской МРТ.

Как работает передача сигнала в классических МР-томографах
Работа МР-томографа основана на возбуждении магнитного резонанса в организме и регистрации радиочастотного отклика. Возбуждение резонанса – работа передающей радиочастотной катушки, расположенной под обшивкой внутренней части корпуса томографа. Для приема сигнала ее не используют из-за низкой чувствительности. Чтобы отделить полезный сигнал от шумов, нужна специальная приемная катушка, которую располагают прямо на пациенте. Принятый ей сигнал передается на приемники, отцифровывается и анализируется компьютером.
В каждом МРТ центре имеется набор приемных катушек для сканирования различных органов и отделов организма. Перед проведением сканирования приемную катушку размещают на пациенте и подключают к разъему приемного устройства при помощи кабеля. Причем каждая катушка должна быть изготовлена именно производителем томографа, иначе ее не получится подключить.

Что сделано
Ученые Университета ИТМО разработали беспроводную приемную катушку, универсальную для любой модели томографа. Она располагается на пациенте и принимает радиочастотный отклик. Затем сигнал беспроводным способом с минимальными потерями передается катушке за корпусом томографа и попадает в приемник.
Внутри беспроводная катушка устроена как метасоленоид. Это периодическая структура из разомкнутых контуров. Она работает как соленоид с однородным магнитным полем в радиочастотном диапазоне, и не взаимодействует с постоянным полем магнита. Это позволяет сконцентрировать магнитное поле в пределах сканируемой области и повысить качество изображения. Метасоленоид и катушка за корпусом томографа образуют систему индуктивно связанных резонаторов на рабочей частоте томографа. За счет этого сигнал передается без проводов. Такая катушка позволяет снизить мощность передатчика в 50 раз и избежать потерь сигнала.
«Сначала мы думали, что разработаем катушку и передадим ее медикам, чтобы они сами исследовали возможные применения. Но в ходе работы мы увидели, что нужно детально разобраться с особенностями функционирования томографа на практике. Кроме того, нам нужно было понимать, каковы запросы врачей. Иначе рабочее эффективное устройство сделать не получилось бы. Междисциплинарный подход на стадии разработки помог нам успешно пройти клинические испытания», – рассказывает Алёна Щёлокова, ведущий автор статьи, сотрудник Кафедры нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО.

Клинические испытания
Клинические испытания разработанной катушки были проведены в рамках Института трансляционной медицины Университета ИТМО совместно с сотрудниками медицинского Центра им. В.А. Алмазова. Консультации также проводились с коллегами из Университетского медицинского центра города Утрехт в Голландии.
«Клинические испытания мы проводили со здоровыми добровольцами. Сканировали запястный сустав новой беспроводной катушкой и сравнивали с тем, что получается, если сканировать обычной, подключаемой кабелем. Оказалось, что новая катушка может быть даже эффективнее, чем традиционная проводная. Она позволяет получить более качественное изображение с лучшим соотношением сигнал/шум. Кроме того, сама беспроводная катушка удобнее в использовании, потому что ее не надо подключать», – комментирует научный сотрудник Кафедры нанофотоники и метаматериалов Станислав Глыбовский.
Пока ученые сделали катушку только для запястья. Однако в перспективе – работа над катушками и для других частей тела, например, для молочных желез или областей, в которых очень много мелких суставов, хрящей и сухожилий. Чем лучше катушка-соленоид будет принимать радиочастотный отклик тканей, тем качественнее будет изображение.

Признание научным сообществом
«Мы не были уверены, что статью примут, потому что убедить научное сообщество в том, что широко известную технологию диагностики можно улучшить, непросто. До нас это никому еще не удавалось, да и мало кто исследовал беспроводные катушки. В статье мы детально разбираем, как сделана наша катушка и как ее необходимо использовать, чтобы это мог понять и инженер, который делает МР-томографы, и врач, который проводит диагностику», – говорит Станислав.
В итоге предложенный метод вызвал интерес как в физическом, так и в медицинском сообществах. На последней крупной конференции Американского физического общества Metamaterials-2017 стендовый доклад о физических принципах работы катушки был признан лучшим. А результаты клинических испытаний катушки ученые Университета ИТМО представят в рамках устного доклада на ведущем симпозиуме по МРТ Joint Annual Meeting ISMRM-ESMRMB-2018, который состоится в июне в Париже.

Статья:
“Volumetric Wireless Coil Based on Periodically Coupled Split-Loop Resonators for Clinical Wrist Imaging”
A. Shchelokova et al.
Magnetic Resonance in Medicine, Feb. 9, 2018.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mrm.27140/pdf

На фото: Алёна Щелокова и Станислав Глыбовский.

foto-49

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован.