Los investigadores de la Universidad de Boston han desarrollado un nuevo metamaterial "inteligente", cuya construcción cuesta menos de diez dólares, que podría revolucionar las imágenes por resonancia magnética (IRM), haciendo que todo el proceso de resonancia magnética sea más rápido, más seguro y más accesible para los pacientes de todo el mundo. La tecnología, que se basa en el trabajo previo de metamateriales del equipo, fue descrito en un nuevo artículo en Materiales avanzados .

Los médicos utilizan la resonancia magnética para diagnosticar problemas médicos al detectar anomalías que podrían indicar cualquier cosa, desde un menisco desgarrado hasta distrofia muscular. Pero las resonancias magnéticas son costosas y toman mucho tiempo, a menudo la mayor parte de una hora para una sola exploración. Encontrar suficiente tiempo de resonancia magnética para los pacientes en espera puede ser un problema, incluso en hospitales de EE. UU. pero en hospitales de países como India, Los períodos de espera de un año o más pueden poner en riesgo la vida de los pacientes.

Entonces, ¿cómo aceleramos el proceso de resonancia magnética sin poner en peligro la calidad de las imágenes? Xin Zhang, un profesor de ingeniería mecánica de la Facultad de Ingeniería de la BU y un profesor del Centro de Fotónica, y un equipo de investigadores que incluye a Stephan Anderson, un radiólogo del Boston Medical Center y profesor de radiología de la Facultad de Medicina de la Universidad de Boston, y Xiaoguang Zhao, un profesor asistente de investigación de radiología del MED, se están volviendo creativos con metamateriales para resolver el problema.

La resonancia magnética funciona generando un potente campo magnético y enviando ondas de radio al cuerpo del paciente. "El campo magnético de una resonancia magnética es miles de veces más fuerte que el campo magnético de la Tierra, ", dice Zhao." Una serie de ondas de radio de alta energía orquestadas con precisión se envían al cuerpo humano, y los tejidos emiten ondas de radio de menor energía que son recibidas por la resonancia magnética para producir una imagen ".

La calidad de las imágenes de resonancia magnética depende en gran medida de lo que se llama "relación señal-ruido, "o SNR. Cuanto mayor sea la SNR, cuanto mejor sea la imagen, y la forma más directa de mejorar la SNR es aumentar el campo magnético. Desafortunadamente, cualquier aumento en el campo magnético también aumenta la complejidad y el costo de la resonancia magnética, así como los riesgos potenciales para los pacientes, cuyo tejido, y particularmente, cuyos dispositivos médicos implantados, son literalmente calentados por la radiación. Por esta razón, Los radiólogos que deseen ver mejor el interior de un cuerpo no pueden simplemente aumentar la intensidad del campo magnético.

Entonces Zhang y sus colaboradores desarrollaron un nuevo metamaterial magnético que, cuando se coloca al lado de la parte del cuerpo que es el objetivo de un escaneo, aumenta la energía emitida por el cuerpo del paciente, aumentando la SNR y mejorando las imágenes de resonancia magnética. El metamaterial magnético, que está hecho de cableado de cobre simple y plástico, fue publicado en marzo de 2019 en Física de las comunicaciones de la naturaleza .

Ahora, Zhang, Anderson, Zhao, y otros miembros del equipo han llevado su desarrollo un gran paso más allá, desarrollar lo que ellos llaman un metamaterial "inteligente" que aumenta selectivamente las emisiones de baja energía del cuerpo del paciente, y literalmente se apaga durante las ráfagas de milisegundos de transmisión de alta energía de la máquina.

Zhang dice que el metamaterial inteligente amplifica la SNR diez veces, que mejora en gran medida la calidad de la imagen y reduce el tiempo de escaneo, abriendo una nueva forma de obtener imágenes de resonancia magnética más nítidas a un costo muy bajo.

"Acortar los exámenes de resonancia magnética es fundamental para maximizar la capacidad, "dice Anderson." Sin mencionar los ingresos, así como la experiencia general del paciente de esta poderosa tecnología de imágenes ".

"El metamaterial inteligente consiste en una serie de resonadores helicoidales metálicos empaquetados estrechamente con [un sensor pasivo], ", dice Zhao." Cuando llegan las ondas de radio de alta energía, el metamaterial detecta el alto nivel de energía y "apaga" la resonancia automáticamente. Con excitación por radio de baja energía, el metamaterial [enciende] la resonancia y realza el componente magnético de la onda de radio ".

Ese tiempo libre mientras que solo dura milisegundos, permite a los médicos utilizar el metamaterial inteligente para mejorar la energía enviada de vuelta a la resonancia magnética. También disminuye la exposición general del paciente a la radiación de ondas de radio y mitiga los posibles problemas de seguridad. facilitando el camino hacia la adopción de esta tecnología en imágenes clínicas.

"Ahora podemos construir materiales inteligentes que puedan interactuar con las ondas de radio de manera inteligente, mejorar la señal deseada mientras deja pasar la señal no deseada, "dice Zhang.

Los investigadores estiman que la matriz de metamateriales, desarrollado con el apoyo del Instituto Nacional de Bioingeniería e Imágenes Biomédicas, debería costar menos de $ 10 para construir. Aunque el prototipo de metamaterial magnético actual es plano, capa gruesa, esperan adaptarlo a un flexible, hoja de mejora de resonancia magnética ultrafina. Integrado con sistemas clínicos de resonancia magnética, ellos dicen, sus metamateriales magnéticos recién descubiertos tienen el potencial de marcar el comienzo de un salto cuántico en el rendimiento de la resonancia magnética.