Poderia uma pequena estrutura em forma de anel feita de plástico e cobre amplificar os já poderosos recursos de imagem de uma máquina de imagem por ressonância magnética (MRI)? Xin Zhang, Stephan Anderson, e sua equipe no Centro de Fotônica da Universidade de Boston pode claramente imaginar tal façanha. Com sua experiência combinada em engenharia, Ciência de materiais, e imagens médicas, Zhang e Anderson, junto com Guangwu Duan e Xiaoguang Zhao, projetou um novo metamaterial magnético, relatado em Física das Comunicações , que pode melhorar a qualidade da ressonância magnética e reduzir o tempo de varredura pela metade.

Zhang e Anderson dizem que seu metamaterial magnético pode ser usado como uma tecnologia aditiva para aumentar o poder de imagem de máquinas de ressonância magnética de baixa resistência, aumentando o número de pacientes atendidos por clínicas e diminuindo os custos associados, sem nenhum dos riscos decorrentes do uso de campos magnéticos de maior intensidade. Eles até imaginam o metamaterial sendo usado com ressonância magnética de campo ultrabaixo, que usa campos magnéticos que são milhares de vezes mais baixos do que as máquinas padrão atualmente em uso. Isso abriria a porta para que a tecnologia de ressonância magnética se tornasse amplamente disponível em todo o mundo.

"Este [metamaterial magnético] cria uma imagem mais nítida que pode ser produzida em mais do dobro da velocidade" de uma ressonância magnética atual, diz Anderson, professor de radiologia da Escola de Medicina e vice-presidente de pesquisa do departamento de radiologia do Boston Medical Center.

A ressonância magnética usa campos magnéticos e ondas de rádio para criar imagens de órgãos e tecidos do corpo humano, ajudando os médicos a diagnosticar problemas ou doenças potenciais. Os médicos usam a ressonância magnética para identificar anormalidades ou doenças em órgãos vitais, bem como muitos outros tipos de tecido corporal, incluindo a medula espinhal e as articulações. "[MRI] é um dos sistemas mais complexos inventados por seres humanos, "diz Zhang, um professor da faculdade de engenharia de engenharia mecânica, engenharia elétrica e informática, Engenharia Biomédica, ciência e engenharia de materiais, e professor do Centro de Fotônica.

Dependendo de qual parte do corpo está sendo analisada e de quantas imagens são necessárias, uma ressonância magnética pode levar até uma hora ou mais. Os pacientes podem enfrentar longos tempos de espera ao agendar um exame e, para o sistema de saúde, operar as máquinas é demorado e caro. Reforçando a ressonância magnética de 1,5 T (o símbolo de tesla, a medição da intensidade do campo magnético) para 7,0 T pode definitivamente "aumentar o volume" das imagens, como Anderson e Zhang descrevem. Mas embora as ressonâncias magnéticas de alta potência possam ser feitas usando campos magnéticos mais fortes, eles vêm com uma série de riscos de segurança e custos ainda mais altos para as clínicas médicas. O campo magnético de uma máquina de ressonância magnética é tão forte que cadeiras e objetos do outro lado da sala podem ser sugados em direção à máquina, representando perigos para operadores e pacientes.

O metamaterial magnético projetado pelos pesquisadores da Universidade de Boston é composto por uma série de unidades chamadas ressonadores helicoidais - estruturas de três centímetros de altura criadas a partir de plástico impresso em 3-D e bobinas de fio de cobre fino - materiais que não são muito sofisticados. seus próprios. Mas juntos, ressonadores helicoidais podem ser agrupados em uma matriz flexível, flexível o suficiente para cobrir a rótula de uma pessoa, abdômen, cabeça, ou qualquer parte do corpo que necessite de imagens. Quando a matriz é colocada perto do corpo, os ressonadores interagem com o campo magnético da máquina, aumentando a relação sinal-ruído (SNR) da ressonância magnética, “aumentando o volume da imagem”, como diz Anderson.

"Muitas pessoas ficam surpresas com sua simplicidade, "diz Zhang." Não é um material mágico. A parte 'mágica' é o design e a ideia. "

Para testar a matriz magnética, a equipe examinou as pernas de frango, tomates, e uvas em máquina de 1,5 T. Eles descobriram que o metamaterial magnético produziu um aumento de 4,2 vezes no SNR, uma melhoria radical, o que pode significar que campos magnéticos mais baixos podem ser usados ​​para obter imagens mais nítidas do que atualmente é possível.

Agora, Zhang e Anderson esperam fazer parceria com colaboradores da indústria para que seu metamaterial magnético possa ser facilmente adaptado para aplicações clínicas do mundo real.

"Se você for capaz de entregar algo que pode aumentar o SNR por uma margem significativa, podemos começar a pensar sobre possibilidades que não existiam antes, "diz Anderson, como a possibilidade de fazer ressonância magnética perto de campos de batalha ou em outros locais remotos. "Ser capaz de simplificar essa tecnologia avançada é muito atraente, " ele diz.