211service.com
Goedkope, draagbare MRI
Onderzoekers hebben een nieuwe techniek voor magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) bedacht die veel goedkoper en draagbaarder is dan de huidige technologie. Hoewel het voor veel traditionele medische toepassingen niet haalbaar is, zou het apparaat volgens hen nuttig kunnen zijn op het gebied van biotechnologie, geologie en industrie, waar krachtige magneten te duur zijn of monsters magnetische eigenschappen bevatten die interfereren met hoge magnetische velden.
Een nieuwe MRI-methode maakt gebruik van magneten en lasers met een laag vermogen. Ten eerste worden atomen in een monster blootgesteld aan een wisselend magnetisch veld dat ze in verschillende richtingen uitlijnt. Vervolgens, nadat de atomen zijn geconcentreerd in een detectiekamer, kan hun oorspronkelijke positie worden bepaald door hun uitlijning. Een laserlicht dat door een gepolariseerd gas schijnt, leest de magnetische signalen van het monster, dat kan worden gereconstrueerd als een afbeelding. (Tegoed: Shoujun Xu, UC Berkeley)
MRI-scanners maken beelden van de innerlijke structuren van levende weefsels, de stroming van vloeistoffen door leidingen of de structuur van objecten zoals rotsen en fossielen. Het belangrijkste nadeel van MRI is dat er krachtige magnetische velden nodig zijn die worden gegenereerd door supergeleidende magneten om detecteerbare signalen te produceren, wat het een dure en onpraktische technologie maakt.
Een nieuw en radicaal ander MRI-apparaat, ontwikkeld in de laboratoria van Alexander Pines en Dmitry Budker aan de University of California, Berkeley, zou die problemen kunnen oplossen. Het is afhankelijk van magneten met een laag vermogen en kost slechts een paar duizend dollar. Het team hoopt uiteindelijk de huidige setup te minimaliseren en daarmee een handheld, batterijgevoed apparaat te creëren dat overal kan worden gebruikt.
Zowel deze groep als andere mensen kijken om zich heen en zeggen: laten we de typische manier waarop we magnetische resonantie doen vergeten, zegt: Andrew Webb , een MRI-specialist aan de Penn State University. Deze aanpak biedt een heel andere manier om dit MRI-signaal te detecteren, zegt hij.
In traditionele MRI-scanners dwingt een sterk, uniform magnetisch veld sommige waterstofatomen in een patiënt of monster in dezelfde richting te draaien. Een hoogfrequente puls zorgt er vervolgens voor dat de uitgelijnde waterstofatomen van richting veranderen en een toestand van hoge energie binnengaan. Wanneer de puls eindigt, herschikken deze atomen zich geleidelijk terwijl ze energie afgeven. Een magnetische spoel in de MRI-machine kan deze energie detecteren, die wordt gebruikt om het beeld te creëren.
Het nieuwe apparaat, een optische atomaire magnetometer genaamd, is ontworpen om vloeistoffen zoals gassen en water in beeld te brengen. Het monstermateriaal wordt eerst gepolariseerd met een magneet. Vervolgens wordt het blootgesteld aan een wisselend magnetisch veld, waarbij elk atoom in het monster een ander magnetismeniveau krijgt, waardoor het een andere spin krijgt.
Het monster gaat vervolgens naar een detectiekamer. In tegenstelling tot traditionele MRI, waarbij de structurele informatie wordt gedetecteerd met behulp van een magnetische spoel, ontwikkelde het laboratorium van Budker een manier om het MRI-signaal te detecteren met behulp van licht. Een glazen cel in de buurt van de kamer is gevuld met rubidium-atomen, die zeer gevoelig zijn voor veranderingen in magnetische velden en magnetische signalen van het monster kunnen detecteren. Wanneer een laserlicht de rubidiumatomen onderzoekt, veranderen ze de polarisatie van het laserlicht volgens de sterkte van de magnetische velden die ze voelen. De signalen kunnen vervolgens worden gereconstrueerd tot een afbeelding. (Een beschrijving van het apparaat en voorlopige resultaten werden vorige maand gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences. )
Het meest interessante aspect van het onderzoek is dat het twee technologieën combineert die beide jong zijn en verder kunnen worden verbeterd, zegt Michael Romalis , een natuurkundige aan de Princeton University die vergelijkbare MRI-technieken ontwikkelt. Met deze twee technologieën kun je een vrij eenvoudig en goedkoop systeem maken, zegt hij.
Hoewel het een creatieve oplossing biedt voor sommige beeldvormingsproblemen, is de methode momenteel waarschijnlijk niet geschikt voor wijdverbreid medisch gebruik. Omdat het afhankelijk is van toegang tot de vloeistoffen die worden afgebeeld, zou de meest haalbare medische toepassing het in beeld brengen van de longen zijn met behulp van een gepolariseerd gas, zegt Shoujun Xu, een lid van het laboratorium van Pines.
In plaats daarvan zouden geologen het in het laboratorium kunnen gebruiken om met vloeistof gevulde poreuze rotsmonsters te bestuderen, die vaak magnetische onzuiverheden bevatten die interfereren met krachtige magneten. En met verdere verbeteringen kan het ooit door de aardolie-industrie worden gebruikt om poreuze materialen te bestuderen, zoals olievelden en reservoirgesteenten, die ook magnetische onzuiverheden bevatten.
De onderzoekers anticiperen ook op toepassing van de techniek in microfluïdica, waarbij kleinschalige lab-on-a-chip-technologieën worden gebruikt om biologische processen te bestuderen, te screenen op nieuwe medicijnen en toxiciteitsniveaus in water te testen. Momenteel moeten chips speciaal worden vervaardigd voor gebruik in krachtige magnetische velden om vloeistoffen en chemische reacties met MRI te kunnen volgen.