Источник: depositphotos.com

Проект по улучшению МРТ-сканера с помощью метаматериалов поддержало правительство Санкт-Петербурга

Проект ученых кафедры нанофотоники и метаматериалов по улучшению качества и скорости работы МРТ-сканера занял первое место в конкурсе лучших инновационных проектов в сфере науки и высшего профессионального образования Санкт-Петербурга. Конкурс проводился правительством города по нескольким номинациям, награждение победителей состоялось в рамках Международного инновационного форума. Благодаря инновационной идее ученых удастся в два раза сократить время проведения МРТ-исследования, а также удешевить этот процесс.

Конкурс проводился среди научных коллективов, которые работают над инновационными проектами на предприятиях, в вузах Санкт-Петербурга. Всего было объявлено три номинации: «Лучшая научно-инновационная идея», «Лучшее инновационное бизнес-предложение», «Лучший инновационный продукт». В каждой номинации также были выделены направления: индустрия наносистем, информационно-телекоммуникационные системы, науки о жизни, рациональное природопользование, транспортные и космические системы, энергоэффективность (и энергоснабжение, ядерная энергетика). Аспиранты кафедры нанофотоники и метаматериалов Алексей Слобожанюк и Алена Щелокова участвовали в конкурсе в первой номинации по направлению «Науки о жизни»  с проектом «Беспроводные радиочастотные катушки для улучшения МР-томографа».

«Мы стараемся принимать участие во всевозможных конкурсах, подходящих под профиль нашего проекта. К сожалению, таких конкурсов немного, но они все же существуют. Мы считаем, что участие в них положительно влияет на развитие проекта, дает мотивацию к развитию, а также является хорошим рекламным инструментом. Поскольку награждение проходило в рамках Петербургского международного инновационного форума, мы смогли завести новые полезные контакты, напомнить о существовании проекта тем коллегам, с которыми уже были знакомы ранее, а также почерпнуть полезную информацию с семинаров и круглых столов», – прокомментировала  менеджер проекта Полина Петрова.

Идея проекта заключается в разработке и выводе на рынок инновационных радиочастотных катушек для улучшения магнитно-резонансного томографа. Сегодня МРТ-диагностика используется во всем мире не только в медицинских целях, но и для проведения различных научных исследований в области биологии, анатомии человека. Однако само  сканирование занимает достаточно много времени, больше, чем компьютерная томография или УЗИ. В течение 25-50 минут человек должен неподвижно лежать в аппарате, что неудобно для пациента и создает очереди на проведение исследования. Это связано с тем, что у явления магнитного резонанса малое соотношение сигнал-шум и, чтобы его повысить, нужно накапливать сигнал. Именно от этого соотношения во многом зависит качество снимка, то есть резкость изображения.

На соотношение сигнал-шум влияет величина постоянного магнитного поля томографа, которое измеряется в Тесла. Сегодня в российских клиниках в основном используются среднепольные томографы мощностью полтора Тесла, но на смену им уже приходят аппараты в три Тесла. С их помощью получаются более четкие снимки, однако такие высокие поля уже могут вызывать неблагоприятные последствия для здоровья человека, в том числе перегрев тканей организма. При этом в научных целях более мощные томографы в семь Тесла уже используются, но и там есть свои недостатки: требуется дорогостоящее и массивное оборудование для охлаждения таких аппаратов. Таким образом, далее повышать мощность медицинских томографов только за счет усиления магнитного поля нельзя, необходимо искать другие пути улучшения работы МРТ-сканеров, применяемых в больницах.

Именно эту задачу решает научная группа Университета ИТМО. В рамках проекта разрабатываются беспроводные радиочастотные катушки (MetaCoil) для улучшения разрешения МРТ на основе из метаматериалов. Именно радиочастотные катушки излучают мощный сигнал в диапазоне ультра-коротких волн, который, воздействуя на ткани организма, затем превращается в полезный сигнал и дает изображение исследуемых органов. Этот сигнал можно местно усилить с помощью метаповерхности – периодической структуры из латунных проволок. Ученые прикрепили эти проволоки к гибкой и тонкой подложке, чтобы внедрить в приемные МР-катушки аппарата. Оказавшись между пациентом и приемными катушками, метаповерхность увеличивает соотношение сигнал-шум именно в области сканирования: уровень радиочастотного магнитного поля увеличивается, а уровень электрического поля – уменьшается. Таким образом, ученые могут распределять электромагнитные волны внутри томографа более оптимально, то есть усиливать их в той области, в которой нужно.

Результаты МРТ с метаповерхностью и без нее
Результаты МРТ с метаповерхностью и без нее

Экспериментальные исследования разработанной радиочастотной катушки были проведены в Медицинском центре города Лейдена. В качестве объекта исследования было выбрано колено пациента, которое помещалось непосредственно на беспроводную катушку, на основе метаповерхности. В результате улучшались снимки как с использованием низкопольных томографов, так и с использованием среднепольных. При этом ожидается, что благодаря подложкам из метаповерхности удастся сократить время исследования в 1,7 раза, а также повысить качество снимков в два раза. Более того, использовать такую катушку-подложку удобно тем, что ее не нужно подключать к МРТ-томографу – она является беспроводной и просто кладется под сканируемую область. Это значит, что клиникам не нужно будет закупать новые мощные сканеры, достаточно будет использовать катушку. Таким образом, все это снизит себестоимость проведения исследования, улучшит качество диагностики на основе МРТ-сканирования.

Команда проекта намерена разработать радиочастотные катушки с несколькими геометрическими параметрами для сканирования разных частей тела: головы, спины и конечностей. При этом они будут помещены в специальный гипоаллергенный пластиковый корпус. Это создаст более разнообразную и привлекательную линейку продукции, которой смогут заинтересоваться больше покупателей, то есть медицинские учреждения и МРТ-центры. Старт продаж катушек запланирован разработчиками на 2018-2019 гг. По предварительным оценкам, для выхода на самоокупаемость необходимо продавать три самых дешевых катушки в месяц. Авторы проекта подсчитали, что потенциально в России работают около трех тысяч аппаратов МРТ, но рынок для продвижения радиочастотной катушки на основе метаматериала открыт и в Японии, Китае, США, Европе, странах СНГ. В P&S Market Research подсчитали, что в 2015 году продажи аппаратов МРТ в мировом масштабе составили $5,4 млрд. В период с 2016 по 2022 годы этот рынок будет ежегодно расти в среднем на 5%.

Редакция новостного портала
Архив по годам:
Пресс-служба