Scienziati dei Paesi Bassi e della Russia hanno progettato e testato una nuova tecnologia basata sulla metasuperficie per migliorare per la prima volta la sensibilità locale degli scanner MRI sugli esseri umani. La metasuperficie è costituita da sottili strisce risonanti disposte periodicamente. Posto sotto la testa di un paziente, forniva segnali molto più elevati dalla regione cerebrale locale. I risultati pubblicati in Rapporti scientifici , mostrano che l'uso di metasuperfici può potenzialmente ridurre il tempo di acquisizione delle immagini, migliorando così il comfort per i pazienti, o acquisire immagini a risoluzione più elevata per una migliore diagnosi della malattia.

La risonanza magnetica per immagini (MRI) è una tecnica medica ampiamente utilizzata per l'esame degli organi interni, oltre a svolgere un ruolo importante in oncologia. Però, grazie al suo rapporto segnale-rumore intrinsecamente più basso, una risonanza magnetica richiede molto più tempo per acquisire rispetto a una tomografia computerizzata o a un'ecografia. Ciò significa che un paziente deve giacere immobile all'interno di un apparato confinato per un massimo di un'ora, con conseguente notevole disagio del paziente, e le code relativamente lunghe negli ospedali.

Gli specialisti del Centro medico dell'Università di Leiden nei Paesi Bassi e dell'Università ITMO in Russia hanno acquisito la risonanza magnetica umana con una maggiore sensibilità locale fornita da una sottile metasuperficie, una struttura periodica di strisce conduttrici di rame. I ricercatori hanno collegato questi elementi a un sottile substrato flessibile e li hanno integrati con array di bobine di ricezione aderenti all'interno dello scanner MRI.

"Abbiamo posizionato una tale metasuperficie sotto la testa del paziente, dopo di che, la sensibilità locale è aumentata del 50 percento. Questo ci ha permesso di ottenere un'immagine più alta e segnali spettroscopici dalla corteccia occipitale. Tali dispositivi potrebbero potenzialmente ridurre la durata degli studi di risonanza magnetica e migliorarne il comfort per i soggetti, "dice Rita Schmidt, il primo autore dell'articolo e ricercatore presso il Dipartimento di Radiologia del Centro medico dell'Università di Leiden.

La metasuperficie, posizionato tra un paziente e le bobine di ricezione, migliora il rapporto segnale-rumore nella regione di interesse. "Questo rapporto limita la sensibilità alla risonanza magnetica e la durata della procedura, " nota Alexey Slobozhanyuk, ricercatore presso il Dipartimento di Nanofotonica e Metamateriali dell'Università ITMO. "Spesso, le scansioni devono essere ripetute molte volte e i segnali sommati. L'uso di questa metasuperficie riduce questo requisito. Convenzionalmente, un esame che ora richiede 20 minuti potrebbe averne bisogno solo 10 in futuro. Un ospedale che serve 10 pazienti al giorno sarà in grado di servirne 20 con il nostro sviluppo".

In alternativa, secondo gli scienziati, la metasuperficie potrebbe essere utilizzata per aumentare la risoluzione dell'immagine. "La dimensione dei voxel, o pixel 3D, è limitato anche dal rapporto segnale-rumore. Invece di accelerare la procedura, possiamo adottare un approccio alternativo e acquisire immagini più dettagliate, "dice Andrew Webb, capofila del progetto, professore di radiologia presso il Leiden University Medical Center.

Fino ad ora, nessuno ha integrato metamateriali in array di ricezione ravvicinati perché le loro dimensioni sono troppo grandi. Il nuovo design ultrasottile di questa metasuperficie ha aiutato a risolvere il problema.

"La nostra tecnologia può essere applicata per produrre ispirati ai metamateriali, dispositivi ultrasottili per molti tipi diversi di scansioni MRI, ma in ogni caso, si dovrebbe prima eseguire una serie di simulazioni al computer, come abbiamo fatto in questo lavoro. Bisogna assicurarsi che la metasuperficie sia opportunamente accoppiata, " conclude Rita Schmidt.