磁性超材料可以“调高”MRI的音量
波士顿大学的澳门威尼斯人注册网站研究人员已经开发出一种新的超材料，可以提高核磁共振成像的质量，并将扫描时间缩短一半。
作者：Jessica Colarossi，最初发表于BU Today
一个由塑料和铜制成的小环形结构能否增强磁共振成像仪（MRI）业已强大的成像能力？张欣、斯蒂芬·安德森和他们在波士顿大学光子学中心的团队可以清楚地描绘出这样的壮举。凭借他们在工程、材料科学和医学成像方面的综合专业知识，张和安德森，以及段光武，ENG机械工程，和
医学院放射学澳门威尼斯人注册网站研究助理教授赵晓光设计了一种新的磁性超材料，该材料能够以多种方式提高MRI的性能，并发表在《通信物理》上。
核磁共振成像利用磁场和无线电波产生人体器官和组织的图像，帮助医生诊断潜在的问题或疾病。医生使用核磁共振成像来识别重要器官的异常或疾病，以及许多其他类型的身体组织，包括脊髓和关节。张说，核磁共振成像“是人类发明的最复杂的系统之一”，他是工程学院机械工程、电气与计算机工程、生物医学工程、材料科学与工程的教授，也是波士顿大学光子中心的教员。
根据要分析的身体部位和需要的图像数量，核磁共振扫描可能需要长达一个小时或更长时间。患者在安排检查时可能会面临很长的等待时间，而对于医疗保健系统来说，操作这些机器既耗时又昂贵。正如安德森和张所描述的那样，将MRI从1.5 T（特斯拉的符号，磁场强度的测量）增强到7.0 T绝对可以“调高”图像的音量。但是，尽管更高功率的核磁共振成像可以使用更强的磁场，但它们存在大量的安全风险，甚至对医疗诊所来说成本更高。核磁共振成像仪的磁场非常强，以至于房间里的椅子和物体都可能被吸向机器——对操作人员和病人都构成危险。
相比之下，Zhang和Anderson说，他们的磁性超材料可以作为一种附加技术来提高低强度MRI机器的成像能力，增加诊所看到的患者数量，降低相关成本，而不存在使用高强度磁场带来的任何风险。他们甚至设想将这种超材料与超低场核磁共振成像（ultra-low field MRI）一起使用，这种设备使用的磁场比目前使用的标准机器低数千倍。这将为核磁共振成像技术在世界范围内的广泛应用打开大门。
安德森是医学院放射学教授、波士顿医学中心放射学系澳门威尼斯人注册网站研究副主任、光子学中心教员，他说：“这种（磁性超材料）产生的图像更清晰，可能比目前的核磁共振成像扫描速度快一倍以上。”
在本视频中，了解磁性超材料如何用于改善MRI。赵晓光和张欣提供
这种磁性超材料是由一组被称为螺旋谐振器的单元组成的——螺旋谐振器是由3d打印塑料和细铜线线圈制成的三厘米高的结构——这些材料本身并不太花哨。但把它们放在一起，螺旋谐振器可以组成一个灵活的阵列，足够柔韧，可以覆盖一个人的膝盖骨、腹部、头部或身体任何需要成像的部位。当阵列放置在人体附近时，谐振器与机器的磁场相互作用，提高核磁共振成像的信噪比（SNR），正如安德森所说，“提高图像的音量”。
“很多人对它的简单感到惊讶，”张说。“这不是什么神奇的材料。‘神奇’的部分是设计和创意。”
为了测试磁阵列，该团队使用1.5 T的机器扫描鸡腿、西红柿和葡萄。他们发现，磁性超材料的信噪比提高了4.2倍，这是一个根本性的改进，这可能意味着更低的磁场可以用来拍摄比目前更清晰的图像。
现在，Zhang和Anderson希望与行业合作伙伴合作，使他们的磁性超材料能够顺利地适应现实世界的临床应用。
安德森说：“如果你能够提供一些可以显著提高信噪比的东西，我们就可以开始考虑以前不存在的可能性。”比如在战场附近或其他偏远地区进行核磁共振成像。“能够简化这种先进技术非常有吸引力。”
这项工作得到了美国国立卫生澳门威尼斯人注册网站研究院、波士顿大学工程学院院长催化剂奖、波士顿大学华莱士·h·库尔特转化澳门威尼斯人注册网站研究伙伴奖和波士顿大学点火奖的支持。