Imágenes de resonancia magnética: más eficientes, más silenciosas y más rápidas

Los experimentos con el disco de metamaterial en un escáner de resonancia magnética identificaron un aumento de hasta cinco veces en la sensibilidad de medición. Crédito: Fraunhofer MEVIS

La resonancia magnética se ha convertido en una herramienta indispensable para el diagnóstico médico. El uso de placas de circuito impreso de metamateriales cuyas propiedades se pueden ajustar sistemáticamente puede aumentar la sensibilidad de medición en un factor de cinco. Los metamateriales también pueden hacer que los escaneos sean más rápidos y silenciosos. Los investigadores de los Institutos Fraunhofer de Medicina Digital MEVIS y de Física de Alta Frecuencia y Técnicas de Radar FHR están trabajando juntos para hacer que los exámenes sean más agradables para los pacientes.

Imágenes por resonancia magnéticaMRI para pequeños médicos obtienen imágenes y examinan el cerebro, la médula espinal, los órganos internos, los músculos y las articulaciones capa por capa. Esta tecnología aprovecha el hecho de que ciertos núcleos del cuerpo pueden magnetizarse muy ligeramente. Incluso puede representar movimientos de órganos, como los latidos del corazón. Pero a pesar de lo impresionante y reveladora que puede ser esta imagen, para los pacientes, el procedimiento a menudo es desagradable después de todo, es ruidoso en el orificio.

Sensibilidad de medición hasta cinco veces mejor

Obtener una resonancia magnética pronto podría volverse más agradable para los pacientes. Los equipos de investigadores de los Institutos Fraunhofer MEVIS y FHR que trabajan en un proyecto de Fraunhofer lograron aumentar la sensibilidad de las máquinas de resonancia magnética bajo ciertas circunstancias muchas veces. «Si la resonancia magnética funciona con bobinas de alta frecuencia que se colocan en el cuerpo del paciente, dependiendo de la pregunta, podemos mejorar la dinámica hasta en un 20 por ciento», dice el Dr. Thomas Bertuch, líder del equipo de Fraunhofer FHR. «Si se utilizan las bobinas instaladas en la máquina de resonancia magnética, la señal medida puede incluso multiplicarse por cinco». Para los médicos, esto significa que las estructuras en las imágenes de resonancia magnética se pueden discernir con mucho más detalle.

Los equipos de investigación lograron este gran aumento en la sensibilidad con discos de metamateriales especiales que están diseñados para colocarse en la parte de el cuerpo a ser examinado durante una resonancia magnética. «Estos metamateriales no son materiales en el sentido tradicional, sino placas de circuito con estructuras y pistas especiales que hacen posible diseñar materiales con propiedades efectivas, incluidos materiales que no se encuentran en la naturaleza», dice Bertuch.

Imágenes de fase en dos diferentes profundidades (izquierda) e imágenes de magnitud del campo magnético (derecha) para diferentes patrones de resonancia en una matriz de metamateriales. Crédito: Fraunhofer MEVIS

Mientras que el campo electromagnético usado para excitar los átomos en el cuerpo necesita ser bastante fuerte, la señal que estos átomos envían de regreso, la base para la medición de MRI, es extremadamente débil. Si las pistas de metamaterial se diseñan teniendo esto en cuenta, pueden concentrar de manera óptima los campos de recepción para aumentar la sensibilidad de la medición.

Un desafío al que se enfrentaron los investigadores aquí fue que las señales reflejadas tienen la misma longitud de onda y frecuencia que la excitación. señales Dado que la señal de excitación ya es muy fuerte, no es deseable aumentarla aún más. Para sortear este obstáculo, los investigadores idearon un truco: integran componentes no lineales, como diodos, en los metamateriales. Si el campo es fuerte, estos componentes desafinan la frecuencia de resonancia del disco de tal manera que no se produce amplificación. Si, por el contrario, el campo es débil, la señal recibe el refuerzo deseado. Los investigadores ya midieron una variedad de discos de metamateriales en la máquina de resonancia magnética Fraunhofer MEVIS y establecieron su efecto amplificador. Hay equipos de medición adicionales disponibles en estos dos Institutos Fraunhofer, incluido un sistema de medición que les permite evaluar con precisión el campo magnético ambiental y cómo cambia como resultado de los discos de metamaterial.

Más silencioso y rápido

Cualquiera que se haya acostado alguna vez en una máquina de resonancia magnética sabe que no es solo el espacio reducido, sino sobre todo el ruido fuerte lo que causa estrés a los pacientes. Determinar qué parte del cuerpo está devolviendo qué señal generalmente requiere un campo magnético cuya fuerza varía con la posición del campo de gradiente. Las bobinas conmutables se superponen dinámicamente a este campo en el campo magnético permanente fuerte, y esto provoca el ruido fuerte. «El ruido más fuerte durante la medición generalmente se produce cuando se graban las imágenes», dice el Prof. Matthias Gnther, subdirector de Fraunhofer MEVIS. «Estamos trabajando en el uso de metamateriales para eliminar por completo esta fuente de ruido».

Con este fin, los investigadores involucrados en el proyecto utilizan un sistema de matriz de metamateriales. Las señales de las diversas regiones del cuerpo golpean diferentes «píxeles» en el sistema de matriz, por lo que también sirve para localizar las señales. El primer prototipo se completará en la primavera de 2021, y los investigadores planean mejorarlo en pasos posteriores. Sin embargo, los exámenes no serán completamente silenciosos: actualmente no se puede hacer nada con respecto al ruido generado cuando se cambia el campo magnético para obtener información especial de la imagen, como el flujo sanguíneo o los efectos de difusión, pero se puede hacer mucho más silencioso que el ruido producido por las imágenes.

Y si se puede eliminar el cambio de campo magnético adicional para las imágenes, el proceso también se vuelve mucho más rápido. «Según los cálculos teóricos, nuestra tecnología debería permitirnos completar escaneos hasta mil veces más rápido. Solo cuando se hayan realizado los experimentos, sabremos qué tan rápido será en la práctica», dice Gnther. Los pacientes podrían entonces disfrutar de exámenes mucho más rápidos y silenciosos.

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Investigadores diseñan metamaterial ‘inteligente’ para hacer que las resonancias magnéticas sean asequibles y accesibles Proporcionado por Fraunhofer-Gesellschaft Cita: Imágenes de resonancia magnética: más eficientes, silenciosas y rápidas (2020, 1 de diciembre) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-12-mri-images-ficient-quieter-faster.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.