Инженер объясняет науку, лежащую в основе метаматериалов и усовершенствований МРТ

Важные новости

Инженер объясняет наука, лежащая в основе метаматериалов и усовершенствований МРТ» /></p>
<p> Мужчина носит очень компактную и легкую катушку, специально разработанную для беспроводного и пассивного улучшения изображений запястья при МРТ. Авторы и права: Кэ Ву и Синь Чжан. <р>В последние годы область метаматериалов значительно выросла, открыв захватывающий потенциал, особенно в развитии технологии магнитно-резонансной томографии (МРТ). Три новых исследования, проведенных доктором Синь Чжаном, заслуженным профессором инженерного колледжа Университетского университета и профессором Центра фотоники Университетского университета, подчеркивают многообещающие возможности в этой области.</p>
<p>Эти исследования, проведенные в сотрудничестве с доктором Стефаном Андерсон, BU Chobanian & Профессор радиологии Медицинской школы Аведиса, опубликованный в журналах <i>Advanced Science</i>, <i>Advanced Materials</i> и <i>Science Advances</i>, демонстрирует инновационные подходы к расширению возможностей МРТ для пациентов. все пациенты.</p>
<p>От интеграции метаматериалов с технологией компьютерной вышивки до разработки беспроводных легких катушек, адаптируемых к изогнутым трехмерным контурам тела с помощью коаксиальных кабелей, каждая статья предлагает свою собственную стратегию. В этом разделе вопросов и ответов доктор Чжан рассказывает о том, как ее работа формирует будущее технологии МРТ, сочетая комфорт, точность и доступность.</p>
<p><b>Что такое метаматериалы и как обсуждаются результаты исследований в разделах <i>Передовая наука</i>, <i>Передовые материалы</i> и <i>Прогресс науки</i>статьи предполагают, что они могут улучшить технологию МРТ?</b></p>
<p>Метаматериалы, созданные из совокупностей множества точно спроектированных структур в субволновом масштабе, стали мощным инструментом для настройки эффективных свойств материалов путем манипулирования амплитуда, фаза и поляризация распространяющихся волн. Эти материалы нашли широкое применение, включая маскировочные устройства, идеальные поглотители, беспроводную передачу энергии и высокочувствительные датчики.</p>
<p>Благодаря своей уникальной способности ограничивать и усиливать электромагнитное поле, метаматериалы открывают новые перспективы повышения производительности визуализации МРТ беспроводным и экономически эффективным способом.</p>
<p>Вкратце, метаматериалы состоят из массивов элементарных ячеек с электромагнитными резонаторами, связь которых приводит к синергии и коллективно резонирующему режиму. В контексте МРТ эта синергия в конечном итоге приводит к резкому увеличению отношения сигнал/шум (SNR) МРТ и, таким образом, значительно улучшает производительность МРТ.</p>
<h2>Что нового и примечательного в ваших открытиях?</h2>
<p>В этой работе мы стали пионерами в использовании готовых коаксиальных кабелей для создания катушек облегания формы и конформных метаматериалов для приложений МРТ. Коаксиальные кабели, характеризующиеся внутренним проводником, окруженным концентрическим проводящим экраном, причем два разделены диэлектрическим слоем, обеспечивают эффективную передачу сигнала и защиту от внешних помех.</p>
<p>Минимизируя диэлектрические потери и емкостную расстройку, эти тщательно сконструированные резонаторы могут сохранить высокий коэффициент добротности и продемонстрировать устойчивость к изменениям нагрузки при визуализации проводящих образцов в системе МРТ. В отличие от ранее описанных метаматериалов для МРТ, метаматериалы с коаксиальным экранированием обеспечивают существенный выигрыш в отношении сигнал/шум благодаря их замечательному магнитному отклику и подавлению электрического дипольного момента, обнаруженному в обычных метаматериалах.</p>
<p>Используя присущую коаксиальным кабелям гибкость и свойства ограничения электрического поля, эти катушки работают по беспроводной сети как дополнительные компоненты с катушкой тела, увеличивая мощность изображения МРТ.</p>
<p><img decoding=

Слева: на кровати МРТ расположены различные катушки, подходящие по форме, которые точно соответствуют различным анатомическим участкам, улучшая эффективность МРТ без проводов и пассивно. Справа: вид в разрезе серии круглых коаксиально экранированных резонаторов разного диаметра, используемых для изготовления катушек МРТ, подходящих по форме. Авторы и права: Кэ Ву и Синь Чжан.

В вашем исследовании Advanced Materials представлена ​​концепция беспроводных катушек МРТ, изготовленных из коаксиальных кабелей. Как эти катушки устраняют ограничения традиционных массивов катушек и какие преимущества они предлагают?

В течение многих лет в МРТ обычно использовались обычные анатомические приемные катушки, обеспечивающие высокую чувствительность при регистрации сигнала. Однако их громоздкая, фиксированная и жесткая конфигурация часто приводит к дискомфорту пациента, затруднению позиционирования и ухудшению чувствительности сигнала в определенных сценариях.

Кроме того, необходимость в специальных конструкциях катушек, нацеленных на определенные анатомические области, привела к необходимости визуализации. центры поддерживают 5–7 отдельных катушек, что значительно увеличивает затраты.

Чтобы решить эти проблемы, наше исследование предлагает новаторское решение — беспроводные, легкие, коаксиально экранированные и конформные метаматериалы, которые могут вмещать анатомические структуры различных размеров.

Предложенные коаксиальные резонаторы демонстрируют универсальность, функционируя как независимо в подходящих по форме конфигурациях, тесно адаптируясь к относительно небольшим анатомическим участкам, так и коллективно, индуктивно соединяясь вместе как метаматериалы. Это позволяет расширить поле зрения (FOV) и охватить более крупные анатомические области.

Как используются конструкции катушек, представленные в Science Advances исследование повышает комфорт пациента во время МРТ?

Катушки, представленные в Science Advances, повышают комфорт пациента по трем ключевым аспектам. Во-первых, беспроводная конструкция этих катушек снижает ограничения по позиционированию и требует меньшего количества регулировок, что обеспечивает большую гибкость позиционирования пациента при сохранении мощности сигнала и качества изображения.

Во-вторых, катушки имеют компактную и облегающую форму, что позволяет их легко защелкивать или надевать на руку, запястье или лодыжку без необходимости использования дополнительных инструментов или креплений. Наконец, сверхлегкий вес этих катушек (предлагаемые коаксиальные катушки весят всего несколько десятков граммов) еще больше повышает комфорт пациента.

Существуют ли какие-либо проблемы, связанные с внедрением технологий, описанных в этих статьях? Если да, то как вы могли бы решить их в будущих исследованиях?

В настоящее время производство катушек и метаматериалов основано на 3D-печати, вышивальных машинах, а также ручной пайке и сборке. Хотя эти методы удобны для итеративного усовершенствования конструкции, они могут быть неэффективными для крупносерийного производства и потенциальной коммерциализации. Улучшение может включать модернизацию производственного процесса с использованием автоматических систем намотки катушек и литья пластмасс под давлением.

Будущие усилия должны быть сосредоточены на совершенствовании процесса настройки настраиваемых катушек. Потенциальное улучшение предполагает беспроводное подключение этих катушек к системе МРТ для формирования эффективной петли обратной связи, обеспечивающей автоматическое и точное согласование частот. Ограничением предлагаемых катушек является то, что они могут быть несовместимы с параллельным формированием изображений из-за бескабельной конструкции.

Инженер объясняет научную основу метаматериалы и улучшение МРТ» /></p>
<p> Тонкий, легкий и гибкий метаматериал обеспечивает комфортное проведение МРТ без физических ограничений. Фото: Ся Чжу и Синь Чжан. <р>Однако предлагаемые катушки могут обеспечить сравнимое или даже лучшее соотношение сигнал/шум, чем нынешние коммерчески доступные поверхностные катушки, при чрезвычайно низкой стоимости. Недорогие, легко настраиваемые катушки имеют большой потенциал для повышения доступности более дешевых МРТ для общества и поиска множества разнообразных применений в сфере МРТ.</p>
<h2>Как результаты этих исследовательских работ прокладывают путь для следующего поколение технологий МРТ и какое влияние это может оказать на клиническую практику и уход за пациентами?</h2>
<p>Идеальная катушка МРТ следующего поколения будет сочетать в себе улучшенное качество изображения, повышенный комфорт пациента, повышенную адаптируемость и простоту внедрения в клинические условия.</p>
<p>Благодаря минимальным диэлектрическим потерям коаксиального кабеля и оптимальной конструкции, эти беспроводные конформные катушки и метаматериалы демонстрируют повышенную чувствительность при обнаружении сигнала.</p>
<p>Помимо обеспечения высокого качества изображения, эти беспроводные, легкие и конформные Катушки повышают комфорт пациента и оптимизируют процесс установки, что в конечном итоге повышает пропускную способность пациентов и общую эффективность отделения визуализации.</p>
<p>Кроме того, благодаря технологии метаматериалов, эти катушки предлагают решение для беспроводной сборки нескольких катушек для настраиваемого покрытия поля зрения (FOV). Это приводит к созданию модульной системы катушек, подходящей для множества сценариев применения, что устраняет необходимость в нескольких дорогостоящих катушках для каждой анатомической области. Эти совокупные характеристики делают их революционным достижением в области технологий МРТ.</p>
<h2>Что вы надеетесь изучить дальше?</h2>
<p>В будущих исследованиях мы стремимся применить эти катушки в клинических целях. практики, чтобы обеспечить эффективную интеграцию новой технологии в клинические сценарии и улучшение результатов лечения пациентов.</p>
<p>Мы будем сотрудничать со специалистами здравоохранения, включая врачей и технических специалистов, чтобы собрать информацию и определить клинические проблемы, на решение которых направлена ​​эта технология.</p>
<p>На основе конкретных клинических требований, таких как анатомические конфигурации заболевания. -связанных с сайтами, глубиной проникновения аномалий и желаемой областью интересующей области, мы дополнительно настроим конструкцию катушек, включая их размеры, конфигурации и сборку блоков в метаматериалах.</p>
<p>Посредством итеративного процесса мы стремимся разработать усовершенствованные катушки МРТ, которые можно будет легко интегрировать в повседневные медицинские учреждения и существующие клинические рабочие процессы для улучшения ухода за пациентами.</p>
<p><strong> Дополнительная информация:</strong> Кэ Ву и др., «Носимые и настраиваемые метаматериалы с возможностью вычислительного проектирования с помощью ауксетики произвольной формы для магнитно-резонансной томографии», <i>Передовая наука</i> (2024). DOI: 10.1002/advs.202400261 </p>
<p>Ся Чжу и др., Носимый коаксиально экранированный метаматериал для магнитно-резонансной томографии, <i>Передовые материалы</i> (2024). DOI: 10.1002/adma.202313692</p>
<p>Ке Ву и др., Беспроводные настраиваемые катушки с коаксиальным экранированием для магнитно-резонансной томографии, <i>Science Advances</i> (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adn5195. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn5195. На <i>arXiv</i>: arxiv.org/abs/2312.12581</p>
<p><strong>Информация о журнале:</strong> Science Advances , Advanced Materials , Advanced Science , arXiv </p>
<p> Предоставлено Бостонским университетом </p>
</div></div><div class=

Новости сегодня

Последние новости