Una nuova ondata di sistemi MRI più piccoli, meno costosi e portatili promette di espandere la fornitura di assistenza sanitaria e le capacità della medicina.
Risonanza magnetica (risonanza magnetica) possono visualizzare chiaramente le parti non ossee del corpo – tessuti molli come il cervello, i muscoli e i legamenti – nonché rilevare i tumori, rendendo possibile la diagnosi di molte malattie e altre condizioni. Tuttavia, i potenti magneti nelle macchine per risonanza magnetica convenzionali le rendono costose e ingombranti, confinandole principalmente negli ospedali e in altre grandi strutture.
I ricercatori del NIST Kalina Jordanova e Stephen Ogier conducono misurazioni MRI utilizzando un’intensità del campo magnetico di 64 millitesla (mT), che è almeno 20 volte inferiore al campo magnetico negli scanner MRI convenzionali, utilizzati ad esempio in ambito ospedaliero. Credito immagine: R. Jacobson/NIST
Come soluzione alternativa, le aziende stanno sviluppando nuove versioni portatili con campi magnetici di intensità inferiore.
Questi nuovi modelli possono potenzialmente espandere i modi in cui viene utilizzata la risonanza magnetica. Ad esempio, i sistemi di risonanza magnetica a basso campo potrebbero essere impiegati nelle ambulanze e in altri contesti mobili. Potrebbero anche costare molto meno, promettendo di rendere la risonanza magnetica più ampiamente disponibile, anche nelle comunità meno servite e nei paesi in via di sviluppo.
Ma affinché gli scanner MRI a basso campo raggiungano il loro pieno potenziale, sono necessarie ulteriori ricerche per comprendere la relazione tra le immagini a basso campo e le proprietà dei tessuti sottostanti che rappresentano.
Kalina Jordanova, Stephen Ogier e Katy Keenan sono tra i ricercatori del NIST che hanno lavorato a diversi progetti che mirano a far progredire la tecnologia MRI che utilizza campi magnetici di minore intensità e convalidare i suoi approcci per catturare immagini con campi magnetici più deboli. Credito immagine: R. Jacobson/NIST
I ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno lavorato su diversi fronti per far progredire la tecnologia MRI a basso campo e convalidare metodi per la creazione di immagini con campi magnetici più deboli.
“Le immagini di risonanza magnetica del tessuto differiscono a seconda della forza magnetica”, ha detto l’ingegnere elettrico del NIST Kalina Jordanova. “Con i sistemi MRI a basso campo, il contrasto delle immagini è diverso, quindi dobbiamo sapere come il tessuto umano guarda a queste intensità di campo inferiori”.
A tal fine, i ricercatori hanno misurato le proprietà del tessuto cerebrale a bassa intensità di campo magnetico. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Materiali per Risonanza Magnetica in Fisica, Biologia e Medicina.
Il ricercatore del NIST Sam Oberdick ha esplorato gli agenti di contrasto per le macchine MRI a basso campo. Il suo gruppo ha testato nanoparticelle di ossido di ferro a campi magnetici di intensità inferiore. Queste nanoparticelle all’interno della soluzione liquida (nella foto qui) sono magnetiche e vengono attirate verso il magnete attraverso una combinazione di interazioni magnetiche e tensione superficiale. Credito immagine: R. Wilson/NIST
I ricercatori hanno utilizzato una macchina per risonanza magnetica portatile disponibile in commercio per l’immagine tessuto cerebrale in cinque volontari maschi e cinque femmine. Le immagini sono state create utilizzando un’intensità del campo magnetico di 64 millitesla, che è almeno 20 volte inferiore al campo magnetico negli scanner MRI convenzionali.
Hanno raccolto immagini dell’intero cervello e ottenuto dati sulla sua materia grigia (che ha un’alta concentrazione di cellule nervose), sulla materia bianca (tessuti più profondi del cervello che ospitano le fibre nervose) e sul liquido cerebrospinale (fluido chiaro che circonda il cervello e il midollo spinale). corda).
Questi tre componenti del cervello rispondono al campo magnetico basso in modi diversi e producono segnali distintivi che riflettono le loro proprietà uniche, consentendo al sistema MRI di produrre immagini che contengono informazioni quantitative su ciascun componente. “Conoscere le proprietà quantitative del tessuto ci consente di sviluppare nuove strategie di raccolta di immagini per questo sistema di risonanza magnetica”, ha affermato Katy Keenan, ingegnere biomedico del NIST.
In un lavoro separato, i ricercatori del NIST stanno esplorando diversi materiali candidati che possono migliorare significativamente la qualità dell’immagine nelle scansioni MRI a basso campo.
Gli agenti di contrasto per risonanza magnetica – materiali magnetici che vengono iniettati nei pazienti e migliorano il contrasto dell’immagine – rendono più facile per i radiologi identificare le caratteristiche anatomiche o le prove della malattia e sono abitualmente utilizzati nella risonanza magnetica a intensità di campo magnetico convenzionali. Tuttavia, i ricercatori stanno appena iniziando a capire come gli agenti di contrasto potrebbero essere utilizzati con i nuovi scanner MRI a basso campo. A intensità di campo inferiori di questi scanner, gli agenti di contrasto possono agire in modo diverso rispetto a intensità di campo più elevate, creando opportunità per utilizzare nuovi tipi di materiali magnetici per il miglioramento dell’immagine.
Gli scienziati del NIST ei loro colleghi hanno confrontato la sensibilità di diversi agenti di contrasto magnetico in campi magnetici bassi. I ricercatori hanno scoperto che le nanoparticelle di ossido di ferro hanno superato i tradizionali agenti di contrasto, che sono costituiti dall’elemento gadolinio, un metallo delle terre rare. A bassa intensità di campo magnetico, le nanoparticelle hanno fornito un buon contrasto utilizzando una concentrazione di solo circa un nono di quella delle particelle di gadolinio.
Le nanoparticelle di ossido di ferro offrono anche il vantaggio di essere scomposte dal corpo umano invece di accumularsi potenzialmente nei tessuti, ha osservato il ricercatore del NIST Samuel Oberdick. In confronto, una piccola quantità di gadolinio può accumularsi nei tessuti e potrebbe confondere l’interpretazione delle future scansioni MRI se non viene presa in considerazione.
I ricercatori del NIST hanno collaborato con l’Università di Firenze in Italia e Hyperfine Inc. a Guilford, nel Connecticut, e hanno riportato i loro risultati sulla rivista Rapporti scientifici.
Documenti:
Kalina V. Jordanova, Michele N. Martin, Stephen E. Ogier, Megan E. Poorman e Kathryn E. Keenan. MRI quantitativa in vivo: T1 e T2 misurazioni del cervello umano a 0,064 T. MMateriali di Risonanza Magnetica in Fisica, Biologia e Medicina. Pubblicato online il 20 maggio 2023. DOI: 10.1007/s10334-023-01095-x
Samuel D. Oberdick, Kalina V. Jordanova, John T. Lundstrom, Giacomo Parigi, Megan E. Poorman, Gary Zabow e Kathryn E. Keenan. Nanoparticelle di ossido di ferro come positivi T1 Agenti di contrasto per risonanza magnetica a basso campo a 64 mT. Rapporti scientifici. Pubblicato online il 17 luglio 2023. DOI: 10.1038/s41598-023-38222-6
Fonte: NIST
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