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. Результатыопубликованы 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.