Петербургски учени създадоха безжично устройство, което прави ЯМР за млечните жлези много по-ефективен

Екип от млади руски учени създаде керамичен резонатор, който прави ЯМР изследването за рак на гърдата много бързо и по-качествено. Устройството е универсално, притежава много висока чувствителност и е удобно за използване, защото е безжично. Освен това е много по-евтино в сравнение с подобните нему аналози на известните производители. Негови създатели са учени от Националния изследователски университет ИТМО в Санкт Петербург. 

За магнитно-резонансната томография, нейните предимства и част от недостатъците й

ЯМР бива определян като едно от най-съвършените средства за диагностика в арсенала на съвременните методи. Апаратите за него са в състояние да открият проблеми с органи и тъкани, кръвоносна система, стави, тумори. Все по-често лекарите насочват пациентите си към подобно изследване преди да поставят диагноза.

Когато става дума за рак на гърдата, който е най-често срещаното онкологично заболяване сред жените, резултатите от ЯМР могат да бъдат не само решаващи за диагнозата, но и да спасят живот, защото ранното откриване на тумора гарантира пълното възстановяване на болния.

В сравнение с рентгена и ултразвука ЯМР позволява новото образувание да бъде локализирано много по-точно, а това оказва влияние върху достоверността на диагнозата. Изследването има значение особено за млади жени, при които тъканта на млечните жлези е плътна или на жени с импланти, в случаите когато мамография не може да различи здравата от раковата тъкан.

В същото време изследването с помощта на ЯМР се прави рядко, защото за него са нужни не само томограф, но и допълнително специализирано оборудване. И тъй като става дума за скъпа апаратура, не всяка клиника е в състояние да си я позволи. Затова за диагностика медиците използват стандартния томограф, но получените след сканирането изображения не дават достатъчно информация за поставянето на диагноза и много често малките детайли могат да бъдат пропуснати.

Как работи ЯМР

Възбуждането на ядрата на протоните с помощта на радиовълни и записването на сигналите им са в основата на работата на магнитно-резонансния томограф. За да се случи това вътре в него се създава силно и постоянно магнитно поле, в което протоните преминават в ново енергийно състояние. Намирайки се в това състояние, те са способни и да приемат, и да дават енергия под формата на радиовълни. Чрез събиране на радиосигнали от протони в изследваната област става възможно изграждането на подробен анатомичен образ на избрана част от човешкото тяло. В различните органи и тъкани радиоизлъчването се различава, тъй като плътността на протоните не е хомогенна, а и заради други характеристики на биологичните тъкани. Това позволява да се получи контраст между тях в изображението и много бързо да бъдат идентифицирани признаците на заболяване.

Най-важното за типичния магнитно-резонансен томограф е голямата приемаща и предаваща „намотка“(така се наричат специализираните антени), която е от типа „клетка за птици“ (birdcage), която възбужда протоните в човешкото тяло. По размерите си тя наподобява тунел, в който пациентът лежи по време на изследването. Тя позволява създаването на радиочестотни полета с висока пространствена еднородност, за да получат повечето протони равна част от енергията. Тунелът не подходящ за получаването на слаби сигнали от ядра и за тази цел се използват по-малки намотки с различни конфигурации, които са предназначени за конкретно място в човешкото тяло. Например, гръб, коляно, глава.

В ЯМР има два процеса – възбуждане и приемане на сигнала. Намотката, която е от типа „птича клетка“ не позволява да се получи магнитно-резонансно изображение с достатъчен контраст и съотношение сигнал-шум, тъй като тя е с голям обем и се намира далеч от конкретната област, която бива изследвана. Затова се използват малки специализирани намотки за всеки орган. Повечето болници разполагат с ограничен брой и най-често тази за гърдите не е сред тях. Без нея обаче изображението на гърдата ще бъде с много ниско качество, а това няма да позволи прецизна диагностика.

Алтернативата – безжична керамична „намотка“

Руски учени, водени от изследователите от Университета ИТМО, предлагат различен подход за решаването на проблема. Тяхната концепция е за насочено възбуждане и приемане на сигнала с помощта на специален диелектричен резонатор, който фокусира радиочестотното магнитно поле на голямата намотка в млечната жлеза, което позволява да бъде избегнато използването на специализирани и скъпи приемащи намотки

„Принципът на действие на нашето устройство е, че то е свързано по електромагичен начин с намотка тип „клетка за птици“ за цялото тяло и за сметка на фокусирането върху магнитното поле в областта, която ни интересува, ни позволява да подобрим приемащите и предаващи характеристики на голямата намотка. Освен това не е нужно устройството да се свързва с кабели, просто трябва да го поставите на масата на томографа, а пациентът да е върху него и така ще получите бързо и с високо качество изображение на гърдата. Ако сравним нашето изобретение с фотоапарат, представете си, че вместо панорамна снимка фокусирате единствено детайла, интересен и важен за вас“, обяснява Алена Щелокова (на снимката), научен сътрудник в ИТМО и един от водещите автори на иновацията.

И още за предимствата на новото устройство

Чрез керамичната безжична намотка ЯМР изследванията ще станат още по-безопасни за пациентите, тъй като потенциалното нагряване на тъканите ще бъде по-кратко и мощността на сигнала, нужен за активиране на протоните ще бъде много по-ниска.

Важно е и това, че керамичната намотка няма нужда да бъде свързвано с кабели и има малко крехки части. Сериозно предимство е и това, че е универсално. Подходящо е за всяка марка и модел на стандартните клинични томографи. Устройството ще бъде и много по-евтино в сравнение с допълнителната намотка за изследване на млечните жлези.

До момента учените са осъществили поредица от тестове върху доброволци. Изображенията, направени с керамичния резонатор, са сравнени с най-модерния аналог, който е на пазара в момента. Изображенията се оказват сходни, но новото устройство намалява значително облъчването по време на процедурата и това го прави по-безопасно.

Новата специална керамика, от която е изработена намотката

Намотката е изработена от нов вид специална керамика. Тя е дело на фирмата „Керамика“ от Санкт Петербург.

Генералният директор на „Керамика“ Елизавета Ненашева обяснява, че съвременните керамични материали са сложни, многосъставни и поликристални вещества. „Създаваме нови керамични материали въз основа на опита ни и на анализа на предварителните проучвания. Знаем как да контролираме свойствата на материалите и да създаваме керамика за различни приложения най-вече за електрониката. И създаваме не само материали, но и продукти от тях“

Керамиката в състава на резонатора притежава в голяма степен относителна диелектрична проницаемост, което позволява да намали скоростта на разпространение на електромагнитната енергия вътре в материала и да фокусира пътя й като моделира материала. Керамиката има много ниски диелектрически загуби и позволява да бъде избегнато значителното влияние на амплитудата на електромагнитните вълни, като не провокира бързото им разпадане.

Повече от осем години в Университета провеждат изследвания за използването на нови изкуствени материали за ЯМР.

„Настоящото изследване ни доведе до интересния и многостранен свят на магнитно-резонансната томография. През последните няколко години се фокусирахме върху разработването на реални продукти, които могат да бъдат използвани в руските болници. Резонаторът за гърди е уникално и много полезно решение, което се надяваме да се появи скоро на пазара“, коментира Ирина Мелчакова, която е ръководител на лабораторията по приложна радиофизика на Физико-технологичния факултет на Университета. В момента Университетът търси контакт и сътрудничество с представители на бизнеса и на медицината, готови да помогнат за популяризирането на продукта им.

Статията за новото керамично устройство е публикувана в Nature Communications.