Una piccola struttura ad anello in plastica e rame potrebbe amplificare le già potenti capacità di imaging di una macchina per la risonanza magnetica (MRI)? Xin Zhang, Stefano Anderson, e il loro team presso il Boston University Photonics Center può immaginare chiaramente una tale impresa. Con la loro esperienza combinata in ingegneria, scienza dei materiali, e imaging medico, Zhang e Anderson, insieme a Guangwu Duan e Xiaoguang Zhao, progettato un nuovo metamateriale magnetico, segnalato in Fisica delle comunicazioni , che può migliorare la qualità della risonanza magnetica e dimezzare il tempo di scansione.

Zhang e Anderson affermano che il loro metamateriale magnetico potrebbe essere utilizzato come tecnologia additiva per aumentare la potenza di imaging delle macchine per risonanza magnetica a bassa resistenza, aumentare il numero di pazienti visitati dalle cliniche e diminuire i costi associati, senza nessuno dei rischi che derivano dall'utilizzo di campi magnetici più intensi. Immaginano persino che il metamateriale venga utilizzato con la risonanza magnetica a campo ultrabasso, che utilizza campi magnetici migliaia di volte inferiori rispetto alle macchine standard attualmente in uso. Ciò aprirebbe le porte alla diffusione della tecnologia MRI in tutto il mondo.

"Questo [metamateriale magnetico] crea un'immagine più chiara che può essere prodotta a più del doppio della velocità" di una scansione MRI corrente, dice Anderson, un professore di radiologia della School of Medicine e vice presidente della ricerca nel dipartimento di radiologia del Boston Medical Center.

La risonanza magnetica utilizza campi magnetici e onde radio per creare immagini di organi e tessuti del corpo umano, aiutare i medici a diagnosticare potenziali problemi o malattie. I medici usano la risonanza magnetica per identificare anomalie o malattie negli organi vitali, così come molti altri tipi di tessuto corporeo, compreso il midollo spinale e le articolazioni. "[La risonanza magnetica] è uno dei sistemi più complessi inventati dagli esseri umani, "dice Zhang, un professore di ingegneria meccanica del College of Engineering, ingegneria elettrica e informatica, Ingegneria Biomedica, Scienze dei materiali e Ingegneria, e professore al Centro di Fotonica.

A seconda di quale parte del corpo viene analizzata e quante immagini sono necessarie, una risonanza magnetica può richiedere fino a un'ora o più. I pazienti possono affrontare lunghi tempi di attesa quando programmano un esame e, per il sistema sanitario, il funzionamento delle macchine richiede tempo e denaro. Rafforzamento della risonanza magnetica da 1,5 T (il simbolo di tesla, la misurazione dell'intensità del campo magnetico) a 7,0 T può sicuramente "alzare il volume" delle immagini, come descrivono Anderson e Zhang. Ma sebbene la risonanza magnetica ad alta potenza possa essere eseguita utilizzando campi magnetici più forti, comportano una serie di rischi per la sicurezza e costi ancora più elevati per le cliniche mediche. Il campo magnetico di una macchina per la risonanza magnetica è così forte che sedie e oggetti dall'altra parte della stanza possono essere risucchiati verso la macchina, mettendo in pericolo sia gli operatori che i pazienti.

Il metamateriale magnetico progettato dai ricercatori dell'Università di Boston è costituito da una serie di unità chiamate risonatori elicoidali, strutture alte tre centimetri create da plastica stampata in 3D e bobine di filo di rame sottile, materiali che non sono troppo fantasiosi su il loro. Ma metti insieme, i risonatori elicoidali possono essere raggruppati in un array flessibile, abbastanza flessibile da coprire la rotula di una persona, addome, testa, o qualsiasi parte del corpo che necessita di imaging. Quando l'array è posizionato vicino al corpo, i risonatori interagiscono con il campo magnetico della macchina, aumentare il rapporto segnale-rumore (SNR) della risonanza magnetica, "alzando il volume dell'immagine", come dice Anderson.

"Molte persone sono sorprese dalla sua semplicità, " dice Zhang. "Non è un materiale magico. La parte "magica" è il design e l'idea."

Per testare l'array magnetico, la squadra ha scansionato le cosce di pollo, pomodori, e uva utilizzando una macchina da 1,5 T. Hanno scoperto che il metamateriale magnetico ha prodotto un aumento di 4,2 volte del SNR, un radicale miglioramento, il che potrebbe significare che i campi magnetici più bassi potrebbero essere utilizzati per acquisire immagini più chiare di quelle attualmente possibili.

Ora, Zhang e Anderson sperano di collaborare con collaboratori del settore in modo che il loro metamateriale magnetico possa essere facilmente adattato per applicazioni cliniche del mondo reale.

"Se sei in grado di fornire qualcosa che può aumentare SNR di un margine significativo, possiamo iniziare a pensare a possibilità che prima non esistevano, "dice Anderson, come la possibilità di avere una risonanza magnetica vicino ai campi di battaglia o in altre località remote. "Riuscire a semplificare questa tecnologia avanzata è molto allettante, " lui dice.