Hvidovre ligoninė turi pirmąjį pasaulyje jutiklio prototipą, galintį aptikti MRT klaidas naudojant lazerio šviesą ir dujas. Naujasis jutiklis, kurį sukūrė jaunas Kopenhagos universiteto ir Hvidovre ligoninės mokslininkas, gali padaryti tai, kas neįmanoma dabartiniams elektriniams jutikliams ir, tikiuosi, atvers kelią geresniems, pigesniems ir greitesniems MRT skenavimui.
Gydytojai ir sveikatos priežiūros specialistai kasdien naudoja magnetinio rezonanso tomografijos skaitytuvus, kad unikaliai pažvelgtų į žmogaus kūną. Visų pirma, jie naudojami smegenims, gyvybiškai svarbiems organams ir kitiems minkštiesiems audiniams tirti sukuriant išskirtinės kokybės 3D vaizdus, palyginti su kitais medicininio vaizdavimo būdais.
Nors dėl to pažangioji priemonė yra neįkainojama ir beveik nepakeičiama sveikatos priežiūros specialistams, dar yra kur tobulėti.
Stiprūs magnetiniai laukai magnetinio rezonanso tomografijos skaitytuvuose turi svyravimų, dėl kurių skenuojant atsiranda klaidų ir trikdžių. Vadinasi, šios brangios mašinos (šimtai eurų per valandą) turi būti reguliariai kalibruojamos, kad būtų sumažintos klaidos.
Taip pat yra specialių skenavimo būdų, kurių šiandien, deja, praktiškai neįmanoma atlikti. Tarp jų – vadinamosios spiralinės sekos, galinčios sutrumpinti nuskaitymo laiką, pvz., diagnozuojant kraujo krešulius, sklerozę ir navikus. Spiralinės sekos taip pat būtų patraukli priemonė MRT tyrimuose, kur, be kita ko, mokslininkams ir sveikatos specialistams galėtų suteikti naujų žinių apie smegenų ligas. Tačiau dėl labai nestabilaus magnetinio lauko tokio tipo nuskaitymas šiuo metu nėra galimybė.
Teoriškai problemą galima išspręsti naudojant jutiklį, kuris nuskaito ir atvaizduoja magnetinio lauko pokyčius. Vėliau vaizdų klaidas ištaisyti kompiuteriu gana paprasta. Praktiškai tai buvo sunku su dabartinėmis technologijomis, nes šiaip tinkami jutikliai trukdo magnetiniam laukui, nes yra elektriniai ir prijungti prie metalinių kabelių.
Naujas išradimas tikisi, kad ši problema taps praeitimi. Siekdamas kovoti su šia problema, mokslininkas iš Nielso Bohro instituto ir Danijos magnetinio rezonanso tyrimų centro (DRCMR) sukūrė jutiklį, kuris naudoja lazerio šviesą skaiduliniuose kabeliuose ir mažame stikliniame inde, pripildytame dujų. Prototipas paruoštas ir veikia.
„Pirmiausia pademonstravome, kad tai teoriškai įmanoma, o dabar įrodėme, kad tai galima padaryti praktiškai. Tiesą sakant, dabar turime prototipą, kuris iš esmės gali atlikti reikiamus matavimus, netrikdydamas MRT skaitytuvo. Jį reikia tobulinti daugiau ir tiksliai sureguliuotas, bet gali padaryti MRT nuskaitymus pigesnius, geresnius ir greitesnius – nors nebūtinai visus tris iš karto“, – juokiasi Hansas Stærkindas, Nielso Bohro instituto ir doktorantas. DRCMR Hvidovre ligoninėje. Stærkind yra pagrindinis jutiklio ir įrenginio, kuris tiekiamas su juo, architektas.
„MRT skaitytuvas jau gali sukurti neįtikėtinus vaizdus, jei reikia skirti laiko. Tačiau mano jutiklio pagalba galima sunaudoti tiek pat laiko dar geresniems vaizdams sukurti arba praleisti mažiau laiko ir gauti tokią pačią kokybę Kaip ir šiandien, gali būti sukurtas pigesnis skaitytuvas, kuris, nepaisant kelių klaidų, vis tiek galėtų užtikrinti tinkamą vaizdo kokybę naudojant mano jutiklį“, – sako mokslininkas.
Kaip veikia prototipas
MRT skaitytuvai naudoja galingus magnetus, kad sukurtų stiprų magnetinį lauką, kuris priverčia kūno vandenyje esančius protonus, angliavandenius ir baltymus susilyginti su magnetiniu lauku. Kai radijo bangos yra impulsuojamos per pacientą, protonai stimuliuojami ir laikinai išsisuka iš tos pusiausvyros. Vėliau, kai jie vėl susilygina su magnetiniu lauku, jie skleidžia radijo bangas, kurios gali būti naudojamos kuriant bet kokio nuskaitomo objekto 3D vaizdus realiuoju laiku.
Hanso Stærkindo prototipas veikia naudojant lazerio šviesos siuntimo ir priėmimo įrenginį, kuris atrodo kaip 1990-ųjų stereo sistema. Jis siunčia lazerio šviesą šviesolaidiniais kabeliais, ty be metalo, į keturis jutiklius, esančius skaitytuve.
Jutikliuose šviesa praeina per mažą stiklinį indą, kuriame yra cezio dujų, kurios sugeria šviesą reikiamais šviesos dažniais.
„Kai lazeris turi tik tinkamą dažnį, kai praeina per dujas, atsiranda rezonansas tarp šviesos bangų ir elektronų cezio atomuose. Tačiau dažnis arba bangos ilgis, kuriuo tai vyksta, pasikeičia, kai dujos veikiamos. į magnetinį lauką. Tokiu būdu galime išmatuoti magnetinio lauko stiprumą, išsiaiškindami, koks yra tinkamas dažnis.
Atsiradus MRT skaitytuvo itin galingo magnetinio lauko trikdžiams, Hanso Stærkindo prototipas nurodo, kur magnetiniame lauke jie atsiranda ir kokiu stiprumu laukas pasikeitė. Netolimoje ateityje tai gali reikšti, kad sutrikę ir klaidingi vaizdai gali būti pataisyti – remiantis jutiklių surinktais duomenimis, o vėliau padaryti tikslius ir visiškai tinkamus naudoti.
Naujovės su komercinėmis perspektyvomis – kai yra duomenų
Prototipas šiuo metu yra DRCMR Hvidovre ligoninėje Kopenhagoje, kur taip pat buvo sumanyta idėja.
„Pirminė idėja kilo iš mano vadovo čia, DRCMR, Esbeno Peterseno, kurio, deja, nebėra su mumis. Jis pamatė didžiulį potencialą kuriant lazeriais ir dujomis pagrįstą jutiklį, kuris galėtų išmatuoti magnetinius laukus jų netrikdydamas.” sako Hansas Stærkindas.
Padedamas kvantinių fizikų iš Nielso Bohro instituto, įskaitant profesorių Eugene'ą Polziką, Stærkind išplėtojo idėją į tikrą teoriją. Ir su prototipu jis dabar įgyvendino šią teoriją praktiškai.
„Prototipas sukurtas taip, kad jis jau tinkamas ligoninės kontekste kaip tvirtas ir gerai veikiantis instrumentas. Ir iki šiol mūsų bandymai parodė, kad jis veikia taip, kaip turėtų. Galima įsivaizduoti, kad šis išradimas ilgainiui bus sukurtas. integruotas tiesiai į naujus MRT skaitytuvus“, – sako Stærkind.
Kol kas prototipas bus tobulinamas toliau, kad jo matavimai taptų dar tikslesni.
„Turime rinkti duomenis ir juos tiksliai suderinti, kad jie nuolat taptų vis geresniu įrankiu ieškant nuskaitymo klaidų. Po to pereisime prie įdomaus MRT vaizdų klaidų taisymo darbo ir sužinosime kokiose situacijose ir kokių tipų skenavimai mūsų jutiklis gali turėti reikšmingų pokyčių“, – sako mokslininkas.
Pasak Stærkindo, tiesioginė jo jutiklio tikslinė grupė yra MRT tyrimų padaliniai. Tačiau jis taip pat tikisi, kad vienas iš didžiųjų MRT gamintojų sužinos apie naująją technologiją šiek tiek ilgesniu laikotarpiu.
„Kai prototipas bus patobulintas 2.0 versijoje, o jo savybės bus dokumentuotos su daugybe duomenų iš faktinių nuskaitymų čia, ligoninėje, pamatysime, kur tai nuves. Tai tikrai turi potencialo patobulinti MRT tyrimus unikaliu būdu, kuris gali būti naudingas gydytojų ir ne mažiau pacientų“, – sako mokslininkė.
Faktai apie MRT skaitytuvus
Nepaisant to, kad MRT skeneriai buvo naudojami nuo 1977 m., jie išlieka viena iš pažangiausių medicinos technologijų. Tiesą sakant, viskas nuo kvantinės mechanikos, superlaidžių magnetų ir pažangios matematikos bei informatikos yra būtina sąlyga, kad jie veiktų.
Prietaisai sudaryti iš milžiniško magneto, kurio magnetinė jėga tokia didelė, kad jį reikia atvėsinti iki -269°C arba gali kilti dūmai – tiesiogine to žodžio prasme. Be kita ko, tai daroma su skystu heliu, todėl pagrindinis mašinos magnetas tampa superlaidus.
Tai yra, elektra, kuri skatina elektromagnetizmą, neturi pasipriešinimo ir nuolat veikia uždaroje grandinėje be elektros tiekimo. Didžiulės elektros sąskaitos, susijusios su MRT veikimu, visų pirma yra dėl jų aušinimo.
MRT skaitytuve yra daug kitų elektromagnetų, kurie gali būti naudojami magnetiniam laukui valdyti, kad galėtumėte pažvelgti į konkrečias kūno dalis ir tai padaryti iš skirtingų kampų.
Dėl labai didelio magnetinių laukų stiprumo reikia, kad diržų sagtys, monetos ir visi kiti metaliniai daiktai būtų saugiai laikomi atokiai nuo mašinos kitoje patalpoje. Tiesą sakant, daug nelaimingų atsitikimų su MRT skaitytuvais įvyko dėl jų išskirtinai galingo magnetizmo. Pavyzdžiui, neįgaliojo vežimėlis gali būti sviedžiamas link skaitytuvo, nepaisant to, kas ar kas jam trukdė. Tačiau jei laikomasi visų būtinų saugos priemonių, paties MRT skenavimo rizikos nėra.
Stiprus skaitytuvo magnetinis laukas verčia kūno vandens molekulėse esančius protonus – kurie patys yra magnetai, vadinami sukiniais – susilyginti su magnetiniu lauku. Tada per pacientą siunčiamos radijo bangos, kurios laikinai išsuka protonus iš tos pusiausvyros. Iš naujo suderinus, energija vėl išleidžiama išmatuojamomis radijo bangomis.
Kompiuterio pagalba magnetinio rezonanso tomografijos (MRT) pagalba galima sukurti milimetro tikslumo 3D paciento minkštųjų audinių vaizdus bet kokiu kampu.
Faktai: kaip tai veikia
MRT skaitytuve paskirstyti keturi jutikliai. Vienas lieka už magnetinio lauko diapazono ir veikia kaip valdiklis.
Lazerio šviesa jutiklių viduje su tam tikrais šviesos dažniais praeina per mažą stiklinį indą su cezio dujomis.
Lazerio dažnis sukuria rezonansą cezio atomų elektronuose. Tai pritemdo šviesą tiek, kad ją būtų galima aptikti.
Jei dujos yra veikiamos magnetinio lauko, suveikimo dažnis keičiasi priklausomai nuo magnetinio lauko stiprumo.
Taigi MRT skaitytuvo magnetinio lauko svyravimai gali būti registruojami, o duomenys vėliau gali atskleisti MRT nuskaitymo klaidas.
Faktai: Rezonansas
Filme „Tintino nuotykiai“ operos diva Bianca Castafiore sudaužo krištolinį stiklą, savo balso galia pataikydama į stiklo rezonansinį dažnį. Viskas turi tam tikrą dažnį, kuriuo jis mėgsta vibruoti arba svyruoti.
Jei vaikystėje ar suaugęs jūs kada nors pajudėjote sūpynes, siurbdami jas pirmyn ir atgal, naudojote rezonanso dažnį. Kai kažkas rezonuoja, jo svyravimai sustiprėja.
Jei siunčiate šviesą į dujas, ji praeis tiesiai, nebent jos dažnis yra tinkamas. Tam tikru dažniu šviesa sugeriama, nes svyruoja tokiu pat dažniu kaip ir dujų atomų elektronai.
Sugerdami energiją elektronai vis labiau svyruoja, o šviesa vėl išspinduliuojama visomis kryptimis, kai elektronai grįžta į vietą.
Jei pažvelgsite į jį, pamatysite, kad spindulys pritemsta ir užsidega dujų garai.
Todėl rezonansas yra tada, kai paspaudžiate natūralų sistemos dažnį, kad ji svyruotų. Šis dažnis vadinamas rezonanso dažniu.
