211service.com
Billig, bærbar MR
Forskere har fundet frem til en ny teknik til magnetisk resonansbilleddannelse (MRI), der er meget billigere og mere bærbar end den nuværende teknologi. Selvom det ikke er muligt for mange traditionelle medicinske applikationer, kan enheden være nyttig, siger de, inden for bioteknologi, geologi og industri, hvor højeffektmagneter er for dyre, eller prøver indeholder magnetiske egenskaber, der interfererer med høje magnetiske felter.
En ny MR-metode bruger laveffektmagneter og lasere. For det første bliver atomer i en prøve udsat for et varierende magnetfelt, der justerer dem i forskellige retninger. Derefter, efter at atomerne er koncentreret i et detektionskammer, kan deres oprindelige position bestemmes ved deres justering. Et laserlys, der skinner gennem en polariseret gas, læser de magnetiske signaler fra prøven, som kan rekonstrueres som et billede. (Kredit: Shoujun Xu, UC Berkeley)
MR-scannere skaber billeder af de indre strukturer af levende væv, strømmen af væsker gennem rør eller strukturen af genstande såsom sten og fossiler. Den største ulempe ved MR er, at det kræver kraftige magnetiske felter genereret af superledende magneter for at producere detekterbare signaler, hvilket gør det til en dyr og uhåndterlig teknologi.
Et nyt og radikalt anderledes MR-apparat, udviklet i laboratorierne i Alexander Pines og Dmitry Budker ved University of California, Berkeley, kunne løse disse problemer. Den er afhængig af laveffektmagneter og koster kun et par tusinde dollars. Holdet håber til sidst at minimere det nuværende setup og derved skabe en håndholdt, batteridrevet enhed, der kan bruges overalt.
Både denne gruppe og andre mennesker ser sig omkring og siger, lad os glemme alt om den typiske måde, vi laver magnetisk resonans på, siger Andrew Webb , en MRI-specialist ved Penn State University. Denne tilgang tilbyder en helt anden måde at detektere dette MR-signal på, siger han.
I traditionelle MR-scannere tvinger et stærkt, ensartet magnetfelt nogle af brintatomerne inde i en patient eller prøve til at spinde i samme retning. En radiofrekvensimpuls får derefter de justerede brintatomer til at skifte retning og gå ind i en højenergitilstand. Når pulsen slutter, justeres disse atomer gradvist, mens de afgiver energi. En magnetspole i MR-maskinen kan detektere denne energi, som bruges til at skabe billedet.
Den nye enhed, kaldet et optisk atommagnetometer, er designet til at afbilde væsker som gasser og vand. Prøvematerialet polariseres først med en magnet. Derefter udsættes det for et varierende magnetfelt, hvor hvert atom i prøven modtager et andet niveau af magnetisme, hvilket giver det et andet spin.
Prøven bevæger sig derefter ind i et detektionskammer. I modsætning til traditionel MRI, hvor den strukturelle information detekteres ved hjælp af en magnetisk spole, udviklede Budkers laboratorium en måde at detektere MRI-signalet ved hjælp af lys. En glascelle nær kammeret er fyldt med rubidium-atomer, som er meget følsomme over for ændringer i magnetiske felter og kan detektere magnetiske signaler fra prøven. Når et laserlys sonderer rubidium-atomerne, ændrer de polariseringen af laserlyset i overensstemmelse med styrken af magnetiske felter, de fornemmer. Signalerne kan derefter rekonstrueres til et billede. (En beskrivelse af enheden og foreløbige resultater blev offentliggjort i sidste måned i Proceedings of the National Academy of Sciences. )
Det mest interessante aspekt af undersøgelsen er, at det kombinerer to teknologier, der både er unge og kunne forbedres yderligere, siger Michael Romalis , en fysiker ved Princeton University, som er ved at udvikle lignende MR-teknikker. Med disse to teknologier kan man lave et ret simpelt og billigt system, siger han.
Selvom den giver en kreativ løsning på nogle billeddiagnostiske problemer, er metoden nok ikke egnet til udbredt medicinsk brug i øjeblikket. Fordi det er afhængigt af at få adgang til de væsker, der er afbildet, ville den mest mulige medicinske anvendelse være billeddannelse af lungerne ved hjælp af en polariseret gas, siger Shoujun Xu, medlem af Pines' laboratorium.
I stedet kunne geologer bruge det i laboratoriet til at studere væskefyldte porøse stenprøver, som ofte indeholder magnetiske urenheder, der interfererer med magneter med høj effekt. Og med yderligere forbedringer kan det en dag blive brugt af olieindustrien til at studere porøse materialer som oliefelter og reservoirsten, som også har magnetiske urenheder.
Forskerne forventer også at anvende teknikken i mikrofluidik, som bruger små lab-on-a-chip teknologier til at studere biologiske processer, screene for nye lægemidler og teste toksicitetsniveauer i vand. I øjeblikket skal chips fremstilles specielt til brug i kraftige magnetfelter for at kunne overvåge væsker og kemiske reaktioner med MR.