Международный исследовательский консорциум, в состав которого входит Центр нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО, оказался среди 25 победителей гранта Horizon 2020, обойдя более 500 других претендентов в 2016 году. Вместе с Институтом Френеля в Марселе, Центром Neurospin Комиссариата по атомной и альтернативным видам энергии, Центром магнитного резонанса в биологии и медицине (CRMBM), Университетским исследовательским центром Утрехта, Университетом Аалто и другими партнерами петербургские исследователи будут работать над новой технологией улучшения магнитно-резонансной томографии. За четыре года ученые планируют создать готовые для внедрения устройства, основанные на новом подходе, существенно ускоряющем и улучшающем процедуру МРТ. Научный сотрудник Центра нанофотоники и метаматериалов Станислав Глыбовский рассказал о нюансах и этапах работы консорциума.

МРТ: дешевле, эффективнее, безопаснее

Если говорить упрощенно, то цель группы ученых заключается в том, чтобы к 2020 году появился томограф нового поколения с лучшими характеристиками изображения, а также требующий меньше времени на необходимое исследование. Сейчас эта задача достижима, но лишь наполовину. Добиться быстрого сканирования тела человека с повышенным разрешением можно уже сейчас с помощью существующих сверхвысокопольных томографов с напряжением магнитного поля от 7 Тесла и выше. Подобные агрегаты для сканирования тела человека на сегодняшний день имеются в распоряжении лишь нескольких организаций в мире. Однако они используются только в исследовательских, а не клинических целях, так как не разрешены для применения в клиниках и больницах России и Европы. Дело в том, что их применение в нынешнем виде чревато перегревом тканей организма пациента, которые активно поглощают электромагнитное излучение. Во-вторых, изображения, получаемые в таких томографах, неоднородны в отличие от изображений, сделанных с помощью стандартного клинического томографа 1,5 Тл. Кроме того, они, безусловно, очень недешевы: их дорого обслуживать и обеспечивать работу сверхпроводящего магнита, охлаждая его с помощью прокачки гелия до криогенных температур. Работа на таких томографах слишком сложна для проведения обследований в обычной клинике. По оценкам консорциума, в который входит Международный центр нанофотоники и метаматериалов, нивелировать эти проблемы помогут метаматериалы.

«Конечно, сделать томограф без магнита у нас не получится — мы все равно остаемся в рамках технологии МРТ с использованием очень мощных постоянных полей. Однако, взаимодействуя с переменным радиочастотным полем, мы сможем справиться с проблемой оптимального распространения электромагнитных волн внутри томографа при помощи метаматериалов. Все это означает, что мы можем сканировать лучше, но за меньшее время, а время — это деньги. Если среднее время обследования одного пациента получится снизить до 15 или 10 минут вместо 20 минут, это будет колоссальная экономия расходов для медицинских организаций и повышение доступности диагностики МРТ для пациентов», — подчеркнул ученый.

Технология, над которой будут трудиться исследователи, одновременно и проста для понимания, и трудоемка. С помощью метаматериалов специалисты намерены улучшить чувствительность радиочастотных катушек (приемопередающих антенн), которые есть в любом аппарате МРТ. Радиочастотные катушки излучают мощный сигнал в УКВ-диапазоне, который, воздействуя на ткани организма пациента, затем превращается в полезный сигнал и дает изображение исследуемых органов. Однако, как отмечает Станислав Глыбовский, использование стандартных рамочных катушек в МРТ без какого-либо их совершенствования — не что иное, как инерция мышления. По его словам, инженеры привыкли к ним и используют их по сегодняшний день даже в сверхвысокопольных томографах, работающих на гораздо более высоких частотах в сравнении с клиническими. Происходит это по той причине, что о возможностях применения метаматериалов в сообществе инженеров МРТ еще мало кто знает. Вдобавок, на сегодняшний день наука обладает скудными экспериментальными данными насчет применения метаматериалов в рабочем диапазоне частот сверхвысокопольных томографов (то есть в УКВ-диапазоне). Как подчеркивает эксперт, у обычных катушек есть ряд существенных недостатков. Так, чтобы получить фактически ничтожный полезный сигнал от сканируемых органов, на аппарат подаются радиосигналы мощностью более 1 кВт. А это играет важную роль в обследовании с точки зрения безопасности пациентов. Кроме того, используемые на сегодняшний день катушки не обладают оптимальным распределением электромагнитного поля, и потому не достигают максимального отношения уровня полезного сигнала к шумам.

Полный текст материала читайте на нашем портале ITMO.NEWS по ссылке: http://news.ifmo.ru/ru/science/new_materials/news/6249/

Полина Полещук

Редакция новостного портала