I cerotti cilindrici sono un'alternativa all'attuale tecnologia utilizzata nelle macchine per la risonanza magnetica. Credito:Navid Pourramzan Gandji.
Come si può rendere più precisa una macchina per risonanza magnetica ad alta frequenza? Adottando un approccio di ingegneria elettrica per creare un migliore, campo magnetico uniforme.
In un nuovo studio pubblicato su Transazioni su teoria e tecniche delle microonde , i ricercatori hanno scoperto che le sonde a radiofrequenza con strutture ispirate alle antenne patch a microstrip aumentano la risoluzione MRI nelle macchine MRI ad alta frequenza, rispetto alle bobine di superficie convenzionali utilizzate ora.
"Quando le frequenze diventano più alte, le lunghezze d'onda si accorciano, e il tuo campo magnetico perde uniformità, "dice Elena Semouchkina, professore associato di ingegneria elettrica e informatica presso la Michigan Technological University. "L'uniformità è importante per le immagini ad alta risoluzione, quindi abbiamo proposto un nuovo approccio allo sviluppo di queste sonde".
Un disegno comune, Accordato con l'ottica
Semouchkina spiega che il tipo di antenna che vedete in cima a un edificio non è proprio la stessa cosa usata qui, ma invece, il design del team è stato ispirato dall'antenna patch a microstrip (MPA). Il design è relativamente semplice:gli MPA sono costituiti da un pezzo di metallo piatto messo a terra da un pezzo di metallo più grande. sono economici, semplice e facile da realizzare, ecco perché sono spesso usati nelle telecomunicazioni.
La risonanza magnetica funziona emettendo impulsi a radiofrequenza in un campo magnetico tramite sonde con bobine o strutture simili a gabbia per uccelli. Questo viene quindi utilizzato per creare un'immagine.
Sonde a radiofrequenza proposte per creare un campo magnetico omogeneo all'interno di un fantoccio in fase di studio:sonda di superficie a patch multi dielettrico singolo (in alto a sinistra), sonda di volume composta da due sonde a patch dielettrico posizionate vis-à-vis (in basso a sinistra), sonda di volume composta da due patch cilindriche (in alto a destra) e patch a profilo coseno (in basso a destra). Credito:Navid P. Gandji
Ma quelle bobine convenzionali hanno limiti di frequenza:troppo alti e non possono creare campi magnetici uniformi al volume di cui hanno bisogno i ricercatori.
Gli MPA sono un'alternativa in cui le onde oscillano nella cavità formata tra il patch e gli elettrodi del piano di massa, che sono accompagnati da correnti nell'elettrodo patch e, rispettivamente, campi magnetici oscillanti attorno al cerotto, fornendo un campo magnetico uniforme e forte.
"Mentre la complessità delle bobine per gabbie per uccelli aumenta con l'aumento della frequenza di funzionamento, le sonde basate su patch possono fornire prestazioni di qualità nella gamma delle microonde più elevate pur avendo una struttura relativamente semplice, " Dice Semouchkina. Hanno anche mostrato perdite di radiazioni minori, rendendoli competitivi con, e anche meglio, rispetto alle bobine convenzionali.
Macchine per risonanza magnetica ad alta frequenza e mantelli dell'invisibilità
A causa del danno che le onde radio ad alta frequenza causano agli esseri umani, lo studio era limitato alle macchine ad alta frequenza, non al tubo di metallo che siamo abituati a vedere negli ospedali e nei centri medici. Gli umani possono sostenere solo forze fino a sette Tesla, ma campi ultraelevati fino a 21,1 Tesla possono essere utilizzati nei test su modelli animali, e nei campioni di tessuto.
Semouchkina è già nota per il suo lavoro sui mantelli dell'invisibilità, che comportano il reindirizzamento delle onde elettromagnetiche attorno a un'area per nascondere un oggetto. "Usiamo alcuni degli stessi approcci che abbiamo sviluppato nei dispositivi di occultamento qui, come rendere l'antenna più piccola, " lei disse.
Questo studio è stato condotto con Navid P. Gandji e George Semouchkin di Michigan Tech, e Gangchea Lee, Thomas Neubereger e Micheal Lanagan della Pennsylvania State University. Il prossimo passo del team è continuare ad applicare l'ingegneria elettrica per modificare quelle sonde per farle funzionare meglio, e per espandere ulteriormente le possibilità per le macchine per risonanza magnetica ad alta frequenza e le immagini che creano.
