科学家利用超材料重新设计了一种关键的MRI硬件部件，使现有扫描仪能够在更短时间内获取身体难以成像部位的更清晰图像。这一突破有望改善诊断效果，提升扫描舒适度，并为新的医学成像和治疗应用开辟道路。
目前，由马克斯·德尔布吕克中心Thoralf Niendorf教授实验超高场磁共振实验室的博士生Nandita Saha领导的一个团队，开发了一种基于先进工程材料的新型MRI天线。这一创新能在更短时间内生成更清晰的图像，并且可以集成到现有的MRI系统中，而无需全新的机器。他们的研究结果发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。
该项目汇集了来自马克斯·德尔布吕克中心和罗斯托克大学医学中心的MRI物理学、临床眼科学和转化影像学领域的专家。罗斯托克的研究人员也在帮助验证该技术用于未来临床应用的可行性。
“通过利用超材料的概念，我们能够更有效地引导射频场，并展示了先进的物理学如何直接改善医学成像，”论文资深作者Niendorf说。“这项工作展示了一条通往更快、更清晰MRI扫描的途径，这将使许多临床领域的患者受益。”
超材料提升MRI性能
MRI扫描仪通过在施加强磁场的同时向身体发送射频（RF）信号来创建图像。当组织对这些信号做出反应时，扫描仪收集生成图像所需的信息。更强的信号通常能产生更清晰、更详细的扫描结果。
传统的MRI天线，也称为射频线圈，通常难以从位于身体深处或解剖结构复杂区域的组织中收集足够的信号。结果，图像质量可能会受到影响，扫描时间也可能会延长。
为了克服这一限制，研究人员将超材料直接整合到MRI天线中。超材料是经过特殊设计的结构，以天然材料无法做到的方式与电磁波相互作用。在测试中，新天线增强了来自目标组织的信号，提高了空间分辨率，改善了图像清晰度，并加速了数据采集。
一个重要的优势是该天线与现有的MRI设备兼容，无需昂贵的新基础设施。研究人员使用7.0特斯拉MRI扫描仪对志愿者的眼部和眼眶进行成像，以此测试该设计。
“我们的研究展示了与眼科应用的明确相关性，因为它可以促进对眼部进行解剖细节丰富、高空间分辨率的MRI检查，”罗斯托克大学医学中心的论文合著者Oliver Stachs教授说。“它有望打开一扇窗，让我们得以观察眼部以及过去很大程度上难以触及的（病理）生理过程。”
眼部成像之外的潜力
“我们的目标是从现代天线设计物理学的角度重新思考MRI硬件，”Saha补充道。
她说，该技术也可以通过减少医疗植入物周围不必要的加热，来帮助在MRI检查期间保护身体的敏感部位。此外，它可以通过更精确地引导射频能量用于肿瘤热疗或组织热消融等手术，从而改善MRI引导的癌症治疗。
更快的扫描与更好的诊断
MRI检查可能漫长且不适，特别是当重要的解剖细节难以捕捉而需要重复扫描时。通过更快地生成更清晰的图像，新天线可以缩短扫描时间，同时让医生对诊断更有信心。
由于天线紧凑轻便，它还可以针对身体的不同部位进行定制，从而可能提高成像过程中患者的舒适度。
Niendorf表示，该设计最终可以适应磁场强度低于和高于7.0 T的MRI系统。它也可以定制用于眼部、眼眶和大脑以外器官的成像，或用于监测新陈代谢及追踪药物在体内的移动。
该技术还可以通过产生更强的信号和更高质量的图像，来改进对氢以外的原子（包括钠和氟）进行成像的专用MRI技术。
“成像硬件的创新具有改变诊断的潜力，这项研究是迈向下一代MRI技术的重要一步，”罗斯托克大学医学中心的论文合著者Ebba Beller博士说。
后续步骤
研究团队正在准备涉及多家医院的更大规模临床研究，同时改进天线以适用于包括心脏和肾脏在内的其他器官。Stachs和Niendorf之间长期的合作关系也将通过互访科学家的形式继续下去。
该项目由DFG资助，是马克斯·德尔布吕克中心与罗斯托克大学医学中心的联合合作项目。