Pesquisadores da Universidade de Boston desenvolveram um novo metamaterial "inteligente" - que custa menos de dez dólares para construir - que poderia revolucionar a imagem por ressonância magnética (MRI), tornando todo o processo de ressonância magnética mais rápido, mais seguro, e mais acessível a pacientes em todo o mundo. A tecnologia, que se baseia no trabalho anterior de metamaterial da equipe, foi descrito em um novo artigo em Materiais avançados .

A ressonância magnética é usada por médicos para diagnosticar problemas médicos, identificando anormalidades que podem indicar qualquer coisa, desde um menisco rompido até distrofia muscular. Mas as ressonâncias magnéticas são caras e demoram muito tempo - geralmente a maior parte de uma hora para uma única varredura. Encontrar tempo suficiente de ressonância magnética para pacientes em espera pode ser um problema, mesmo em hospitais dos EUA, mas em hospitais de países como a Índia, períodos de espera de um ano ou mais podem colocar a vida dos pacientes em risco.

Então, como podemos acelerar o processo de ressonância magnética sem comprometer a qualidade da imagem? Xin Zhang, um professor de engenharia mecânica da BU College of Engineering e um professor do Photonics Center, e uma equipe de pesquisadores que inclui Stephan Anderson, um radiologista do Boston Medical Center e professor de radiologia da BU School of Medicine, e Xiaoguang Zhao, um professor assistente de pesquisa de radiologia do MED, estão ficando criativos com metamateriais para resolver o problema.

A ressonância magnética funciona gerando um poderoso campo magnético e enviando ondas de rádio para o corpo do paciente. "O campo magnético de uma ressonância magnética é milhares de vezes mais forte do que o campo magnético da Terra, "diz Zhao." Uma série precisamente orquestrada de ondas de rádio de alta energia é enviada ao corpo humano, e os tecidos emitem ondas de rádio de baixa energia que são recebidas pela ressonância magnética para produzir uma imagem. "

A qualidade das imagens de ressonância magnética depende em grande medida do que é chamado de "relação sinal-ruído, "ou SNR. Quanto maior o SNR, melhor a imagem, e a maneira mais direta de melhorar o SNR é aumentar o campo magnético. Infelizmente, qualquer aumento no campo magnético também aumenta a complexidade e o custo da ressonância magnética, bem como riscos potenciais para os pacientes, cujo tecido, e particularmente, cujos dispositivos médicos implantados, são literalmente aquecidos pela radiação. Por essa razão, radiologistas que desejam ter uma visão melhor do interior de um corpo não podem simplesmente aumentar a intensidade do campo magnético.

Então Zhang e seus colaboradores desenvolveram um novo metamaterial magnético que, quando colocado ao lado da parte do corpo que é o alvo de uma varredura, aumenta a energia emitida pelo corpo do paciente, aumentando SNR e melhorando imagens de ressonância magnética. O metamaterial magnético, que é feito de fiação de cobre simples e plástico, foi publicado em março de 2019 em Física das Comunicações da Natureza .

Agora, Zhang, Anderson, Zhao, e outros membros da equipe deram um grande passo em seu desenvolvimento, desenvolver o que eles chamam de metamaterial "inteligente" que aumenta seletivamente as emissões de baixa energia do corpo do paciente, e literalmente se desliga durante as rajadas de milissegundos de transmissão de alta energia da máquina.

Zhang diz que o metamaterial inteligente amplifica SNR em 10 vezes, que melhora muito a qualidade da imagem e reduz o tempo de digitalização, abrindo uma nova maneira de obter imagens de ressonância magnética mais nítidas a um custo muito baixo.

"Encurtar os exames de ressonância magnética é fundamental para maximizar a capacidade, "diz Anderson." Sem mencionar a receita, bem como a experiência geral do paciente com essa poderosa tecnologia de imagem. "

"O metamaterial inteligente consiste em uma matriz de ressonadores helicoidais metálicos compactados com [um sensor passivo], "diz Zhao." Quando as ondas de rádio de alta energia estão chegando, o metamaterial detecta o alto nível de energia e 'desliga' a ressonância automaticamente. Com excitação de rádio de baixa energia, o metamaterial [liga] a ressonância e aumenta o componente magnético da onda de rádio. "

Esse tempo de folga, enquanto apenas milissegundos de duração, permite que os médicos usem o metamaterial inteligente para aumentar a energia enviada de volta para a ressonância magnética. Também diminui a exposição geral do paciente à radiação de ondas de rádio e mitiga possíveis preocupações de segurança, facilitando o caminho para a adoção desta tecnologia em imagens clínicas.

"Agora podemos construir materiais inteligentes que podem interagir com ondas de rádio de forma inteligente, aumentando o sinal desejado enquanto deixa o sinal indesejado ir, "diz Zhang.

Os pesquisadores estimam que a matriz de metamateriais, desenvolvido com o apoio do Instituto Nacional de Imagem Biomédica e Bioengenharia, deve custar menos de $ 10 para construir. Mesmo que o protótipo de metamaterial magnético atual seja plano, camada espessa, eles esperam adaptá-lo a um sistema flexível, Folha ultrafina de realce de ressonância magnética. Integrado com sistemas clínicos de ressonância magnética, eles dizem, seus metamateriais magnéticos recém-descobertos têm o potencial de dar um salto quântico no desempenho da ressonância magnética.