MRI的基礎(chǔ)還在于射頻線圈將無(wú)線電波轉(zhuǎn)換為可檢測(cè)的電流的能力

一項(xiàng)新的研究發(fā)現(xiàn)，手套形狀的一種新型MRI組件能夠提供第一個(gè)清晰的骨骼，肌腱和韌帶圖像。

該研究由紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)并剛剛在自然生物醫(yī)學(xué)工程中發(fā)表，展示了一種新的MRI元件設(shè)計(jì)如何編織成類似服裝的探測(cè)器，可以首次捕獲移動(dòng)關(guān)節(jié)的高質(zhì)量圖像。

這項(xiàng)研究的作者說(shuō)，他們的MRI手套原型有望在未來(lái)診斷重復(fù)性勞損，如辦公室工作人員，運(yùn)動(dòng)員和音樂家的腕管綜合癥中發(fā)揮作用。因?yàn)楸景l(fā)明顯示了不同組織類型在移動(dòng)時(shí)如何相互撞擊，作者說(shuō)它還可以構(gòu)建更多用途的手部解剖圖譜，在更逼真的位置引導(dǎo)手部圖像，或者幫助設(shè)計(jì)更好的假肢。

“我們的研究成果首次證明了MRI技術(shù)既靈活又靈敏，足以捕捉手中軟組織力學(xué)的復(fù)雜性，”主要作者Bei Zhang博士說(shuō)，他是高級(jí)成像創(chuàng)新中心的研究科學(xué)家。研究(CAI2R)，紐約大學(xué)朗格健康系放射科。

自20世紀(jì)70年代出現(xiàn)以來(lái)，磁共振成像(MRI)使醫(yī)生更好地了解組織內(nèi)部，幫助診斷每年數(shù)百萬(wàn)的疾病，從腦腫瘤到內(nèi)出血到韌帶撕裂。盡管有這種影響，但該技術(shù)長(zhǎng)期以來(lái)一直在努力應(yīng)對(duì)基本限制。

MRI通過(guò)將組織浸入磁場(chǎng)中來(lái)工作，使得存在的任何氫原子對(duì)準(zhǔn)以在每個(gè)組織切片中在一個(gè)方向上產(chǎn)生平均磁力。然后，這些“小磁鐵”可以通過(guò)電磁力波(無(wú)線電波)傾斜到平衡狀態(tài)。一旦傾斜，它們就會(huì)像頂部一樣旋轉(zhuǎn)并發(fā)出無(wú)線電信號(hào)，這些信號(hào)可以顯示它們的位置并可以重建成圖像。

MRI的基礎(chǔ)還在于射頻線圈將無(wú)線電波轉(zhuǎn)換為可檢測(cè)的電流的能力。不幸的是，這意味著捕獲的(“旋轉(zhuǎn)頂部”)無(wú)線電波在接收器線圈內(nèi)產(chǎn)生很少的電流，這反過(guò)來(lái)產(chǎn)生它們自己的磁場(chǎng)并防止附近的線圈捕獲干凈的信號(hào)。

在過(guò)去的30年中，試圖管理相鄰線圈之間的相互作用已經(jīng)產(chǎn)生了最先進(jìn)的MRI掃描儀，其中接收器線圈被精心布置以抵消相鄰線圈中的磁場(chǎng)。一旦設(shè)置了最佳布置，線圈就不再相對(duì)于彼此移動(dòng)，從而限制了MRI對(duì)復(fù)雜的移動(dòng)關(guān)節(jié)進(jìn)行成像的能力。

解決問題

由于所有當(dāng)前的MRI掃描儀都測(cè)量在接收器線圈(探測(cè)器)中產(chǎn)生電流的信號(hào)，因此這種線圈一直被設(shè)計(jì)為“低阻抗”結(jié)構(gòu)，使電流容易流動(dòng)。研究作者的飛躍是設(shè)計(jì)一種阻擋電流的“高阻抗”結(jié)構(gòu)，然后測(cè)量磁波中的力有多么“推動(dòng)”(電壓)，因?yàn)樗噲D在線圈中建立電流。

由于MR信號(hào)不產(chǎn)生電流，新的接收器線圈不再產(chǎn)生干擾相鄰接收器的磁場(chǎng)，因此不需要?jiǎng)傂越Y(jié)構(gòu)。研究人員發(fā)現(xiàn)，他們的系統(tǒng)，將新線圈縫合成棉質(zhì)手套，在彈奏鋼琴和抓取物體時(shí)，手中產(chǎn)生“自由移動(dòng)的肌肉，肌腱和韌帶”的“精美”圖像。

MRI信號(hào)由氫原子(質(zhì)子)產(chǎn)生，因此該技術(shù)優(yōu)于富含水的軟組織結(jié)構(gòu)，每個(gè)分子包含兩個(gè)氫原子。出于這個(gè)原因，MRI在成像肌肉，神經(jīng)甚至軟骨方面都很出色，這些很難用其他非侵入性方法進(jìn)行研究。然而，由致密蛋白質(zhì)而不是流體制成的肌腱和韌帶仍然難以獨(dú)立地看到，因?yàn)閮烧叨急憩F(xiàn)為沿著骨骼運(yùn)行的黑帶。

新的研究發(fā)現(xiàn)，在手指彎曲時(shí)可視化，新的線圈揭示了黑帶如何與骨骼一致移動(dòng)，這有助于記錄受傷帶來(lái)的差異。

“我們希望在一個(gè)傳統(tǒng)線圈永遠(yuǎn)無(wú)法完成的應(yīng)用中嘗試我們的新元素，并決定用手套拍攝圖像，”該部門CAI2R研究所助理教授Martijn Cloos博士說(shuō)。紐約大學(xué)朗格健康學(xué)院的放射科學(xué) “我們希望這一結(jié)果能夠引領(lǐng)MRI設(shè)計(jì)的新時(shí)代，可能包括受傷膝蓋周圍的柔性袖套陣列，或舒適的帽子來(lái)研究新生兒的大腦發(fā)育情況。”