1714688935
2024-05-02 21:59:14
ビドゥビレ病院は、レーザー光とガスを使用して MRI スキャンのエラーを検出できるセンサーの世界初のプロトタイプを所有しています。 コペンハーゲン大学とヴィドヴィア病院の若手研究者によって開発されたこの新しいセンサーは、現在の電気センサーでは不可能なことを可能にし、より優れ、より安価で、より高速な MRI スキャンへの道を開くことが期待されています。
MRI スキャナーは、人体をユニークに観察するために医師や医療専門家によって毎日使用されています。 特に、他のタイプの医用画像と比較して優れた品質の 3D 画像によって、脳、重要な器官、その他の軟組織を研究するために使用されます。
このため、この高度なツールは医療従事者にとって非常に貴重でほぼ不可欠なものとなっていますが、まだ改善の余地があります。
MRI スキャナ内の強力な磁場には変動があり、スキャンにエラーや障害が発生します。 したがって、これらの高価なマシン (1 時間あたり数百ユーロ) は、エラーを減らすために定期的に校正する必要があります。
特別なスキャン方法もありますが、残念ながら今日では実際には実行できません。 その中には、血栓、硬化症、腫瘍を診断する場合などにスキャン時間を短縮できる、いわゆるスパイラルシーケンスがあります。 スパイラル シーケンスは MRI 研究においても魅力的なツールとなり、特に研究者や医療専門家に脳疾患に関する新たな知識を提供できる可能性があります。 しかし、磁場が非常に不安定であるため、現時点ではこのような種類のスキャンを実行することはできません。
理論的には、この問題は磁場の変化を読み取りマッピングするセンサーで解決できます。 その後、コンピュータを使用して画像のエラーを修正するのは比較的簡単です。 実際には、現在の技術ではこれは困難でした。センサーは電気的で金属ケーブルに接続されているため、適切なセンサーが磁場に干渉するからです。
新しい発明により、この問題が過去のものになることが期待されています。 この問題に対処するために、ニールス・ボーア研究所とデンマーク磁気共鳴研究センター (DRCMR) の研究者は、ファイバーケーブルとガスが充填された小さなガラス容器内のレーザー光を使用するセンサーを開発しました。 プロトタイプは準備ができており、動作します。
「最初に私たちはそれが理論的に可能であることを実証しました、そして今、それが実際に実行できることを証明しました。実際、私たちは現在、基本的にMRIスキャナーに影響を与えることなく必要な測定を行うことができるプロトタイプを持っています。それはさらに開発する必要があります」ニールス・ボーア研究所の博士研究員であり、フヴィドゥヴレ病院の DRCMR であるハンス・シュターキント氏は笑います。 Stærkind は、センサーとそれに付属するデバイスの主要なアーキテクトです。
「MRI スキャナーは、時間をかければすでに驚くべき画像を生成できます。しかし、私のセンサーを使えば、同じ時間をかけてさらに優れた画像を生成することも、より短い時間で同じ品質を得ることができることも想像できます。現在と同様に、3 番目のシナリオは、多少のエラーはあるものの、センサーを使用して適切な画質を提供できる安価なスキャナーを構築することです」と研究者は言います。
プロトタイプの仕組み
MRI スキャナーは、強力な磁石を使用して強力な磁場を生成し、体内の水、炭水化物、タンパク質中のプロトンを強制的に磁場に合わせます。 患者に電波がパルス的に照射されると、陽子が刺激され、その平衡状態から一時的にスピンアウトします。 その後、磁場との整合状態に戻ると、スキャン対象のリアルタイム 3D 画像を形成するために使用できる電波が放出されます。
Hans Stærkind のプロトタイプは、1990 年代のステレオ システムに似たレーザー光を送受信するデバイスを使用して動作します。 レーザー光を光ファイバーケーブルを通して、つまり金属を一切使用せずに、スキャナーにある 4 つのセンサーに送ります。
センサー内では、光はセシウムガスが入った小さなガラス容器を通過し、適切な光周波数で光を吸収します。
「レーザーがガス中を通過する際に適切な周波数を持っている場合、光の波とセシウム原子内の電子との間に共鳴が起こります。しかし、これが起こる周波数、つまり波長は、ガスにさらされると変化します。このようにして、適切な周波数を知ることで磁場の強さを測定することができます。これは受信デバイスによって完全に自動的に行われます」と研究者は説明します。
MRI スキャナーの超強力な磁場で乱れが発生すると、Hans Stærkind のプロトタイプは、磁場のどこで乱れが発生し、どのような強さで磁場が変化したかをマッピングします。 これは、近い将来、センサーによって収集されたデータに基づいて、乱れた欠陥のある画像が修正され、その後正確で完全に使用できるようになる可能性があることを意味します。
商業的な見通しを伴うイノベーション — データが整備されている場合
このプロトタイプは現在、コペンハーゲンのビドーブレ病院の DRCMR に保管されており、このアイデアが生まれた場所でもあります。
「最初のアイデアは、ここDRCMRの私の上司、エスベン・ピーターセンから来ました。彼は残念ながらもう私たちにはいません。彼は、磁場を乱すことなく磁場を測定できる、レーザーとガスをベースにしたセンサーの開発に大きな可能性を見出していました。」ハンス・シュテルキントは言います。
ユージン・ポルツィク教授を含むニールス・ボーア研究所の量子物理学者の協力を得て、シュテルキント氏はこのアイデアを実際の理論に発展させました。 そしてプロトタイプによって、彼はその理論を実践しました。
「プロトタイプは、頑丈で十分に機能する器具としてすでに病院の環境に適しているように設計されています。そしてこれまでのところ、私たちのテストでは、それが期待どおりに機能することが示されています。この発明が最終的には実用化されるであろうことは想像できます。新しい MRI スキャナーに直接統合されています」と Stærkind 氏は言います。
今のところ、プロトタイプはさらに開発され、測定がさらに正確になる予定です。
「私たちはデータを収集し、それを微調整して、スキャンのエラーを見つけるためのより優れたツールになるようにする必要があります。その後、MRI 画像のエラーを修正するというエキサイティングな作業に移り、次の結果を見つけることになります。」私たちのセンサーがどのような状況で、どのタイプのスキャンに大きな違いをもたらす可能性があるか」と研究者は述べています。
Stærkind 氏によると、彼のセンサーの当面の標的グループは MRI 研究部門です。 しかし、彼はまた、少し長期的には、大手 MRI メーカーの 1 つが新しい技術を発見することを望んでいます。
「プロトタイプが 2.0 バージョンで改良され、その品質がここ病院での実際のスキャンから得られた大量のデータで文書化されたら、これがどのような方向に向かうのかがわかります。確かに、これには利点がある独自の方法で MRI スキャンを改善する可能性があります。」医師、そしてとりわけ患者です」と研究者は言う。
MRI スキャナーに関する事実
MRI スキャナーは 1977 年から存在しているにもかかわらず、依然として最も先進的な医療技術の 1 つです。 実際、量子力学、超伝導磁石、高度な数学やコンピューターサイエンスに至るまで、すべてが機能するための前提条件です。
この装置は非常に強い磁力を持つ巨大な磁石で構成されているため、-269℃まで冷却しなければ文字通り煙に巻かれる危険があります。 とりわけ、これは液体ヘリウムを使用して行われ、マシンの主要な磁石を超電導にします。
つまり、電磁気を動かす電気は抵抗がなく、電気が供給されなくても閉回路で常に動きます。 MRI の動作に伴う膨大な電気代は、主に MRI の冷却によるものです。
MRI スキャナー内には、磁場の制御に使用できる他の電磁石が多数あり、体の特定の部分をさまざまな角度から観察することができます。
磁場の強度が非常に高いため、ベルトのバックル、コイン、その他すべての金属物体を別の部屋の機械から安全に遠ざける必要があります。 実際、MRI スキャナーは非常に強力な磁気により、多くの事故が発生しています。 たとえば、車椅子は、誰が、あるいは何が邪魔をしているかに関係なく、スキャナに向かって投げつけられる可能性があります。 しかし、必要な安全上の注意事項がすべて守られていれば、MRI スキャン自体による既知のリスクはありません。
スキャナーの強力な磁場は、体の水分子の中の陽子（それ自体が磁石であり、スピンと呼ばれる）を強制的に磁場と整列させます。 次に、患者に電波が送信され、陽子が一時的に平衡状態からスピンします。 再調整されると、エネルギーは測定可能な電波として再び放出されます。
コンピューターの助けを借りて、磁気共鳴画像法 (MRI) を使用して、患者の軟組織のミリメートル精度の 3D 画像をあらゆる角度から作成できます。
事実: 仕組み
MRI スキャナーには 4 つのセンサーが分散されています。 1 つは磁場の範囲外に留まり、コントロールとして機能します。
センサー内の特定の光周波数を持つレーザー光は、セシウム ガスが入った小さなガラス容器を通過します。
レーザーの周波数により、セシウム原子の電子に共鳴が生じます。 これにより、検出できる程度に光が減光されます。
ガスが磁場にさらされると、磁場の強さに応じてトリガー周波数が変化します。
したがって、MRI スキャナの磁場の変動を記録することができ、その後データによって MRI スキャンのエラーが明らかになることがあります。
事実: 共鳴
タンタンの冒険では、オペラ歌姫ビアンカ・カスタフィオーレが声の力でガラスの共鳴周波数を当ててクリスタルガラスを粉砕します。 すべてのものには、振動しやすい特定の周波数があります。
子どもや大人のころ、ブランコを前後にポンピングして動かしたことがあるなら、そのために共振周波数を利用したことになります。 何かが共鳴すると、その振動が増幅されます。
気体中に光を送ると、適切な周波数を持たない限り、光はそのまま通過します。 光はガス原子内の電子と同じ周波数で振動するため、特定の周波数では吸収されます。
電子はエネルギーを吸収しながらさらに振動し、電子が所定の位置に戻ると光が全方向に再放出されます。
それを見ると、光線が暗くなり、ガス蒸気が明るくなるのがわかります。
したがって、共振とは、システムの固有振動数に達してシステムが振動することです。 この周波数を共振周波数といいます。
#新しいセンサーがMRIスキャンのエラーを検出
