Дослідження виконано за підтримки Президентської програми Російського наукового фонду і опубліковано в журналі Magnetic Resonance in Medicine. «Глобально наше відкриття дозволить розробити фазовані решітки для дослідницького МРТ і прискорити їх впровадження в клінічну практику, - пояснює один з авторів статті, аспірант ИТМО Георгій Соломаха, - Фазовані решітки дозволяють охоплювати набагато більшу область сканування, а також краще контролювати сам процес. Інтерпретація підсумкового результату стає простіше і швидше ».
Магнітно-резонансна топографія - метод в сучасній медицині настільки ж важливий, наскільки й дорогою. Він дозволяє досліджувати внутрішні органи людини неінвазивної (без безпосереднього розтину) і практично не має іонізуючим впливом в порівнянні з рентгенівською томографією. Однак один апарат коштує не менше 15 мільйонів рублів (не рахуючи ціни обслуговування) і займає місце, порівнянне з невеликою коморою.
При цьому якість і точність зображень часто залишають бажати кращого. У завданнях клінічного МРТ використовуються томографи з рівнем поля півтора і три тесла. Однак для задач, пов'язаних з дослідженнями, де потрібно отримати максимальний дозвіл, використовують томографи з рівнем поля сім і більше тесла.
Сам принцип роботи МРТ заснований на взаємодії радіочастотного магнітного поля з ядрами водню. При цьому, так як ядра атомів водню в нашому тілі є маленькі магніти, вони орієнтуються уздовж ліній поля, повертаючись в одному напрямку.
Правда, такий стан енергетично невигідно, і атоми повертаються в своє «звичне» стан так швидко, як тільки можуть, виділяючи при цьому надлишок енергії. Саме по її кількості можна зрозуміти, чи багато атомів певної речовини знаходиться в потрібній тканини людини. Таким чином досліджується активність мозку - адже чим більше крові (а значить, і води з атомами водню) в певній ділянці, тим вище його активність. Також можливо виявити пухлини на ранніх стадіях, оскільки уражені клітини створюють більше рідини, ніж звичайні.
магнітного поля, отримані за допомогою розробленої фазированной решітки / © Avdievich et al. / Magnetic Resonance in Medicine, 2021
Для створення радіочастотного магнітного поля в томографах з рівнем поля більше семи тесла використовують фазовані антенні решітки. Вони володіють важливою перевагою: дозволяють змінювати локалізацію предмета досліджень, не рухаючи при цьому саму решітку. Як елементи решітки можуть бути застосовані дипольні антени. Однак між активними диполями може з'являтися зв'язок, яка знижує ефективність всієї радіочастотної котушки.
Щоб цьому запобігти, додатково використовуються пасивні диполі. Зазвичай їх розташовують паралельно активним, і це вирішує проблему. Але цей метод варто використовувати з обережністю, оскільки занадто великі пасивні диполі взаємодіють з полем, псуючи його однорідність, що в підсумку призводить до зниження якості підсумкової картинки, а значить, і результатів всього медичного обстеження.
Вчені з Університету ИТМО змінили геометрію диполів, розташувавши пасивні диполі перпендикулярно по відношенню до активних. Також для забезпечення сильної електричного зв'язку між диполями фізики перемістили пасивний елемент в кінець решітки. Перш ніж приступити до створення нової антеною решітки, дослідники виконали моделювання, яке дозволило оптимізувати структуру. Її ефективність була протестована математично і за допомогою комп'ютерної симуляції. Крім того, фізики провели експеримент, зробивши МРТ головного мозку дорослого чоловіка. Перевірка показала, що подібне розташування диполів вирішує проблему, пов'язану з однорідністю поля, і зв'язку між активними диполями не виникає.
Джерело: Naked Science