El estudio se publica en la revista PRX Quantum .

Los médicos y profesionales de la salud utilizan escáneres de resonancia magnética todos los días para obtener una visión única del cuerpo humano. En particular, se utilizan para estudiar el cerebro, órganos vitales y otros tejidos blandos mediante imágenes 3D de una calidad excepcional en comparación con otros tipos de imágenes médicas.

Si bien esto hace que esta herramienta avanzada sea invaluable y casi indispensable para los profesionales de la salud, todavía hay margen de mejora.

Los fuertes campos magnéticos dentro de los escáneres de resonancia magnética tienen fluctuaciones que crean errores y alteraciones en las exploraciones. En consecuencia, estas costosas máquinas (cientos de euros por hora) deben calibrarse periódicamente para reducir errores.

También existen métodos de escaneo especiales que, lamentablemente, hoy en día no se pueden realizar en la práctica. Entre ellas se encuentran las llamadas secuencias en espiral, que podrían reducir el tiempo de exploración, por ejemplo, en el diagnóstico de coágulos sanguíneos, esclerosis y tumores.

Las secuencias espirales también serían una herramienta atractiva en la investigación de resonancia magnética, donde, entre otras cosas, podrían proporcionar a investigadores y profesionales de la salud nuevos conocimientos sobre enfermedades cerebrales. Pero debido al campo magnético altamente inestable, realizar este tipo de escaneos no es una opción actualmente.

En teoría, el problema se puede resolver con un sensor que lea y mapee los cambios en el campo magnético. A partir de entonces, es relativamente sencillo corregir los errores de las imágenes con una computadora. En la práctica, esto ha sido difícil con la tecnología actual, ya que los sensores adecuados interfieren en el campo magnético porque son eléctricos y están conectados a cables metálicos.

Un nuevo invento espera hacer que este problema sea cosa del pasado. Para combatir el problema, un investigador del Instituto Niels Bohr y del Centro Danés de Investigación de Resonancia Magnética (DRCMR) ha desarrollado un sensor que utiliza luz láser en cables de fibra y un pequeño recipiente de vidrio lleno de gas. El prototipo está listo y funciona.

"Primero demostramos que era teóricamente posible y ahora hemos demostrado que se puede hacer en la práctica. De hecho, ahora tenemos un prototipo que básicamente puede realizar las mediciones necesarias sin alterar el escáner de resonancia magnética.

"Es necesario desarrollarlo más y perfeccionarlo, pero tiene el potencial de hacer que las exploraciones por resonancia magnética sean más baratas, mejores y más rápidas, aunque no necesariamente las tres cosas a la vez", afirma Hans Stærkind, postdoctorado en el Instituto Niels Bohr y DRCMR en Hvidovre. Hospital. Stærkind es el arquitecto principal detrás del sensor y el dispositivo que lo acompaña.

"Un escáner de resonancia magnética ya puede producir imágenes increíbles si uno se toma su tiempo. Pero con la ayuda de mi sensor, es imaginable usar la misma cantidad de tiempo para producir imágenes aún mejores, o dedicar menos tiempo y seguir obteniendo la misma calidad que "Hoy en día, un tercer escenario podría ser construir un escáner más barato que, a pesar de algunos errores, aún pueda ofrecer una calidad de imagen decente con la ayuda de mi sensor", dice el investigador.

Cómo funciona el prototipo

Los escáneres de resonancia magnética utilizan imanes potentes para producir un fuerte campo magnético que obliga a los protones del agua, los carbohidratos y las proteínas del cuerpo a alinearse con el campo magnético. Cuando se pulsan ondas de radio a través de un paciente, los protones se estimulan y se salen temporalmente de ese equilibrio.

Cuando posteriormente vuelven a alinearse con el campo magnético, liberan ondas de radio que pueden usarse para formar imágenes 3D en tiempo real de lo que se esté escaneando.

El prototipo de Hans Stærkind funciona mediante un dispositivo para enviar y recibir luz láser que parece un sistema estéreo de los años 90. Envía luz láser a través de cables de fibra óptica (es decir, sin ningún metal) y a cuatro sensores ubicados en el escáner.

Dentro de los sensores, la luz pasa a través de un pequeño recipiente de vidrio que contiene gas de cesio, que absorbe la luz en las frecuencias correctas.

"Cuando el láser tiene la frecuencia justa mientras pasa a través del gas, hay una resonancia entre las ondas de luz y los electrones en los átomos de cesio. Pero la frecuencia (o longitud de onda) a la que esto sucede cambia cuando el gas se expone a una campo magnético.

"De esta manera podemos medir la intensidad del campo magnético, descubriendo cuál es la frecuencia correcta. Esto ocurre de forma completamente automática y a la velocidad del rayo por el dispositivo receptor", explica el investigador.

A medida que se producen perturbaciones en el campo magnético ultrapotente de un escáner de resonancia magnética, el prototipo de Stærkind mapea en qué parte del campo magnético se producen y con qué fuerza ha cambiado el campo. En un futuro próximo, esto podría significar que las imágenes perturbadas y defectuosas podrían corregirse, basándose en los datos recopilados por los sensores, y posteriormente volverse precisas y totalmente utilizables.

Innovación con perspectivas comerciales:cuando se dispone de datos

El prototipo se encuentra actualmente en el DRCMR del Hospital Hvidovre de Copenhague, donde también se concibió la idea.

"La idea original surgió de mi supervisor aquí en DRCMR, Esben Petersen, que lamentablemente ya no está con nosotros. Vio un enorme potencial en el desarrollo de un sensor basado en láseres y gas que sería capaz de medir los campos magnéticos sin perturbarlos." dice Stærkind.

Con la ayuda de físicos cuánticos del Instituto Niels Bohr, incluido el profesor Eugene Polzik, Stærkind desarrolló la idea hasta convertirla en una teoría real. Y con el prototipo, ahora ha puesto esa teoría en práctica.

"El prototipo está diseñado de tal manera que ya es adecuado en contextos hospitalarios como un instrumento robusto y que funciona bien. Y hasta ahora, nuestras pruebas han demostrado que funciona como debería. Se puede imaginar que este invento eventualmente será integrarse directamente en los nuevos escáneres de resonancia magnética", afirma Stærkind.

Por ahora, el prototipo se seguirá desarrollando para que sus mediciones sean aún más precisas.

"Necesitamos recopilar datos y ajustarlos para que se conviertan continuamente en una herramienta cada vez mejor para encontrar errores en las exploraciones. Después de eso, pasaremos al apasionante trabajo de corregir errores en las imágenes de resonancia magnética y lo descubriremos en en qué situaciones y qué tipos de exploraciones nuestro sensor puede marcar una diferencia significativa", afirma el investigador.

Según Stærkind, el grupo objetivo inmediato de su sensor son los equipos de investigación de resonancia magnética. Pero también espera que uno de los grandes fabricantes de resonancia magnética conozca la nueva tecnología a un plazo algo más largo.

"Una vez que el prototipo se haya perfeccionado en una versión 2.0 y se hayan documentado sus cualidades con abundantes datos de exploraciones reales aquí en el hospital, veremos adónde va. Sin duda, tiene el potencial de mejorar las exploraciones por resonancia magnética de una manera única que puede beneficiar médicos y, sobre todo, pacientes", afirma el investigador.