חיישן חדש מזהה שגיאות בסריקות MRI

פרסומת
X-ray_Promo1


לבית החולים Hvidovre יש את אב הטיפוס הראשון בעולם של חיישן המסוגל לזהות שגיאות בסריקות MRI באמצעות אור לייזר וגז. החיישן החדש, שפותח על ידי חוקר צעיר מאוניברסיטת קופנהגן ובבית החולים Hvidovre, יכול לעשות את מה שאי אפשר עבור חיישנים חשמליים עכשוויים – ובתקווה לסלול את הדרך לסריקות MRI טובות, זולות ומהירות יותר.

פרסומת

סורקי MRI משמשים רופאים ואנשי מקצוע בתחום הבריאות מדי יום כדי לקבל מבט ייחודי לתוך גוף האדם. בפרט, הם משמשים לחקר המוח, איברים חיוניים ורקמות רכות אחרות באמצעות תמונות תלת מימד באיכות יוצאת דופן בהשוואה לסוגים אחרים של הדמיה רפואית.

למרות שזה הופך את הכלי המתקדם לבעל ערך רב וכמעט חיוני עבור אנשי מקצוע בתחום הבריאות, עדיין יש מקום לשיפור.

לשדות המגנטיים החזקים בתוך סורקי MRI יש תנודות היוצרות שגיאות והפרעות בסריקות. כתוצאה מכך, יש לכייל את המכונות היקרות הללו (מאות יורו לשעה) באופן קבוע כדי להפחית שגיאות.

ישנן גם שיטות סריקה מיוחדות, שלצערי לא ניתן לבצען בפועל כיום. ביניהם, מה שנקרא רצפי ספירלה שיכולים להפחית את זמן הסריקה, למשל, בעת אבחון קרישי דם, טרשת וגידולים. רצפי ספירלה יהיו גם כלי אטרקטיבי במחקר MRI, שבו, בין היתר, הם יכולים לספק לחוקרים ולאנשי מקצוע בתחום הבריאות ידע חדש על מחלות מוח. אך בשל השדה המגנטי המאוד לא יציב, ביצוע סוגים אלו של סריקות אינו אופציה כרגע.

בתיאוריה, ניתן לפתור את הבעיה באמצעות חיישן שקורא וממפה שינויים בשדה המגנטי. לאחר מכן, קל יחסית לתקן את השגיאות בתמונות עם מחשב. בפועל, זה היה קשה עם הטכנולוגיה הנוכחית, שכן אחרת חיישנים מתאימים מפריעים לשדה המגנטי מכיוון שהם חשמליים ומחוברים לכבלי מתכת.

המצאה חדשה מקווה להפוך את הבעיה הזו לנחלת העבר. כדי להילחם בבעיה, חוקר ממכון נילס בוהר וממרכז המחקר הדני לתהודה מגנטית (DRCMR) פיתח חיישן המשתמש באור לייזר בכבלי סיבים ובמיכל זכוכית קטן מלא בגז. אב הטיפוס מוכן ועובד.

"תחילה הוכחנו שזה אפשרי תיאורטית, ועכשיו הוכחנו שאפשר לעשות את זה בפועל. למעשה, יש לנו עכשיו אב טיפוס שיכול בעצם לבצע את המדידות הדרושות מבלי להפריע לסורק ה-MRI. צריך לפתח אותו יותר. ומכוונן עדין, אבל יש לו את הפוטנציאל להפוך את סריקות ה-MRI לזולות יותר, טובות יותר ומהירות יותר – אם כי לא בהכרח את שלושתן בבת אחת", צוחק הנס סטירקינד, פוסט דוקטורט במכון נילס בוהר ו-DRCMR בבית החולים Hvidovre. Stærkind הוא האדריכל הראשי מאחורי החיישן והמכשיר שמגיעים איתו.

"סורק MRI כבר יכול להפיק תמונות מדהימות אם יקח את הזמן. אבל בעזרת החיישן שלי, אפשר להעלות על הדעת להשתמש באותה כמות זמן כדי לייצר תמונות אפילו יותר טובות – או להשקיע פחות זמן ועדיין לקבל את אותה איכות כמו היום תרחיש שלישי יכול להיות בניית סורק זול יותר, שלמרות כמה שגיאות, עדיין יוכל לספק איכות תמונה ראויה בעזרת החיישן שלי", אומר החוקר.

איך אב הטיפוס עובד

סורקי MRI משתמשים במגנטים רבי עוצמה כדי לייצר שדה מגנטי חזק המאלץ פרוטונים במים, בפחמימות ובחלבונים של הגוף להתיישר עם השדה המגנטי. כאשר גלי רדיו מופעמים דרך מטופל, הפרוטונים מעוררים ומסתובבים באופן זמני משיווי המשקל הזה. כאשר הם חוזרים לאחר מכן להתיישר עם השדה המגנטי, הם משחררים גלי רדיו שניתן להשתמש בהם כדי ליצור תמונות תלת מימד בזמן אמת של כל מה שנסרק.

אב הטיפוס של הנס סטירקינד עובד באמצעות מכשיר לשליחה וקבלה של אור לייזר שנראה כמו מערכת סטריאו של שנות ה-90. הוא שולח אור לייזר דרך כבלי סיבים אופטיים — כלומר, ללא כל מתכת — ואל ארבעה חיישנים הממוקמים בסורק.

בתוך החיישנים, האור עובר דרך מיכל זכוכית קטן המכיל גז צזיום, הקולט את האור בתדרי האור הנכונים.

"כאשר ללייזר יש בדיוק את התדר הנכון בזמן שהוא עובר דרך הגז, יש תהודה בין גלי האור והאלקטרונים באטומי הצזיום. אבל התדירות – או אורך הגל – שבה זה קורה משתנה כאשר הגז נחשף לשדה מגנטי בדרך זו, אנו יכולים למדוד את עוצמת השדה המגנטי על ידי גילוי התדר הנכון זה קורה באופן אוטומטי לחלוטין ומהיר על ידי המכשיר הקולט.

כאשר מתרחשות הפרעות בשדה המגנטי החזק במיוחד של סורק MRI, אב הטיפוס של הנס סטירקינד ממפה היכן בשדה המגנטי הן מתרחשות ובאיזה חוזק השדה השתנה. בעתיד הקרוב, פירוש הדבר יכול להיות שניתן יהיה לתקן תמונות מופרעות ופגומות – בהתבסס על הנתונים שנאספו על ידי החיישנים, ולאחר מכן להפוך מדויקות ושמישות לחלוטין.

חדשנות עם לקוחות פוטנציאליים מסחריים — כאשר נתונים קיימים

אב הטיפוס נמצא כיום ב-DRCMR בבית החולים Hvidovre בקופנהגן, שם גם הגה הרעיון.

"הרעיון המקורי הגיע מהמנחה שלי כאן ב-DRCMR, Esben Petersen, שלצערי כבר לא איתנו. הוא ראה פוטנציאל עצום בפיתוח חיישן המבוסס על לייזרים וגז שיצליח למדוד את השדות המגנטיים מבלי להפריע להם". אומר הנס סטירקינד.

בעזרת פיסיקאי קוונטים במכון נילס בוהר, כולל פרופסור יוג'ין פולזיק, פיתח סטירקינד את הרעיון לכדי תיאוריה ממשית. ועם אב הטיפוס, הוא הוציא את התיאוריה הזו לפועל.

"אב הטיפוס מתוכנן בצורה כזו שהוא כבר מתאים בהקשרי בית חולים כמכשיר חזק ומתפקד היטב. ועד כה, הבדיקות שלנו הראו שהוא עובד כמו שצריך. אפשר לדמיין שההמצאה הזו תהיה בסופו של דבר. משולב ישירות בסורקי MRI חדשים", אומר Stærkind.

לעת עתה, אב הטיפוס יפותח עוד יותר כך שהמידות שלו יהיו מדויקות עוד יותר.

"עלינו לאסוף נתונים ולכוונן אותם כך שיהפכו ללא הרף לכלי טוב וטוב יותר לאיתור שגיאות בסריקות. לאחר מכן נעבור לעבודה המרגשת של תיקון טעויות בתמונות MRI, ונברר ב אילו מצבים ואיזה סוגי סריקות החיישן שלנו יכולים לעשות הבדל משמעותי", אומר החוקר.

לפי סטירקינד, קבוצת היעד המיידית לחיישן שלו הן יחידות מחקר MRI. אבל הוא גם מקווה שאחד מיצרני ה-MRI הגדולים יגלה על הטכנולוגיה החדשה, בטווח הקצת יותר ארוך.

"לאחר שאב הטיפוס שוכלל בגרסת 2.0 ואיכויותיו מתועדות עם שפע של נתונים מסריקות בפועל כאן בבית החולים, נראה לאן זה יוביל. בהחלט יש לו פוטנציאל לשפר את סריקות ה-MRI בצורה ייחודית שיכולה להועיל. רופאים ובעיקר חולים", אומר החוקר.

עובדות על סורקי MRI

למרות היותם קיימים מאז 1977, סורקי MRI נותרו אחת הטכנולוגיות הרפואיות המתקדמות ביותר. למעשה, כל דבר ממכניקת קוונטים, מגנטים מוליכים-על ומתמטיקה מתקדמת ומדעי המחשב הוא תנאי הכרחי כדי שיעבדו.

המכשירים מורכבים ממגנט ענק עם כוח מגנטי כל כך גדול, עד שיש לקרר אותו ל-269 מעלות צלזיוס או להסתכן בעשן – פשוטו כמשמעו. בין היתר, זה נעשה עם הליום נוזלי והופך את המגנט העיקרי של המכונה לעל מוליך.

כלומר, לחשמל המניע את האלקטרומגנטיות אין התנגדות, והוא פועל כל הזמן במעגל סגור ללא אספקת חשמל. חשבונות החשמל העצומים הקשורים להפעלת מכשירי MRI נובעים בעיקר מהקירור שלהם.

בתוך סורק MRI, ישנם מספר אלקטרומגנטים נוספים שניתן להשתמש בהם כדי לשלוט בשדה המגנטי, כך שניתן להסתכל לתוך חלקים ספציפיים בגוף ולעשות זאת מזוויות שונות.

החוזק הגבוה מאוד של השדות המגנטיים מחייב להרחיק בבטחה אבזמי חגורות, מטבעות וכל שאר חפצי המתכת מהמכונה בחדר אחר. למעשה, מספר תאונות עם סורקי MRI התרחשו בשל המגנטיות החזקה במיוחד שלהם. לדוגמה, כיסא גלגלים יכול להיזרק לעבר הסורק ללא קשר למי או מה שעמד בדרכו. אך אם מקפידים על כל אמצעי הבטיחות הדרושים, לא ידועים סיכונים מסריקת MRI עצמה.

השדה המגנטי החזק של הסורק מאלץ פרוטונים במולקולות המים של הגוף – שהם בעצמם מגנטים, הנקראים ספינים – ליישר את עצמם עם השדה המגנטי. לאחר מכן נשלחים גלי רדיו דרך המטופל, אשר מסובבים באופן זמני את הפרוטונים אל מחוץ לשיווי המשקל הזה. כאשר יישור מחדש, האנרגיה משתחררת שוב בגלי רדיו הניתנים למדידה.

בעזרת מחשב ניתן להשתמש בהדמיית תהודה מגנטית (MRI) ליצירת תמונות תלת מימד מדויקות במילימטר של הרקמה הרכה של המטופל מכל זווית.

עובדות: איך זה עובד

ארבעה חיישנים מופצים בסורק ה-MRI. אחד נשאר מחוץ לטווח השדה המגנטי ופועל כשולט.

אור לייזר בתוך החיישנים עם תדרי אור מסוימים עובר דרך מיכל זכוכית קטן עם גז צזיום.

תדירות הלייזר יוצרת תהודה באלקטרונים של אטומי הצזיום. זה מעמעם את האור במידה שניתן לזהות.

אם הגז נחשף לשדה מגנטי, תדר ההפעלה משתנה בהתאם לעוצמת השדה המגנטי.

כך ניתן לרשום תנודות בשדה המגנטי של סורק ה-MRI ונתונים יכולים לחשוף לאחר מכן שגיאות בסריקת ה-MRI.

עובדות: תהודה

בהרפתקאות טינטין, דיווה האופרה ביאנקה קסטפיורי מנפצת כוס קריסטל על ידי פגיעה בתדר התהודה של הזכוכית בעוצמת קולה. לכל דבר יש תדר מסוים שהוא אוהב לרטוט – או להתנודד בו.

אם כילד, או מבוגר, אי פעם הפעלת נדנדה על ידי שאיבה קדימה ואחורה, השתמשת בתדר התהודה כדי לעשות זאת….



קישור לכתבת המקור – 2024-05-02 18:37:57

Facebook
Twitter
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
Email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות

עוד מתחומי האתר

[Mellow_Labs] התבקש ליצור א מד מהירות GPS. זה נראה פשוט, אבל כמובן, השטן נמצא בפרטים…