От лучшего к совершенному: О некоторых направлениях развития МРТ

Технические достижения прошлого века подарили нам замечательное изобретение, дающее возможность заглянуть внутрь человека без вскрытия тела. Этот метод называется магнитно-резонансная томография, сокращенно МРТ. Он основан на реакции атомов водорода, помещенных в сильное магнитное поле, на радиоимпульс определенной, резонансной частоты. Именно водород является наиболее распространенным в организме элементом. МРТ позволяет построить картинку, отображающую расположение большинства внутренних органов, тканей и жидкостей внутри организма.

Открытие ядерного магнитного резонанса позволило поднять диагностику заболеваний на совершенно новый уровень. Технически это один из самых сложных и дорогих методов медицинской диагностики. В нем используется несколько технологий с приставкой “сверх-“. Это сверхнизкие температуры в криостате для поддержания катушки электромагнита в сверхпроводящем состоянии и создания сверхвысоких магнитных полей. Изготовление и обслуживание МРТ-сканеров требует суперсовременных производственных мощностей и специалистов высочайшей квалификации.

И все же, несмотря на его инновационность и техническое совершенство, есть еще несколько направлений развития, которые могут сделать МРТ более доступной и востребованной в медицине. Благодаря усилиям ученых и инженеров у МРТ появляются замечательные перспективы.

Бурное развитие искусственного интеллекта и методов его обучения может существенно сократить время сканирования и кратно улучшить качество построения изображений. В настоящее время ИИ уже внедряется ведущими производителями МРТ-оборудования. Это позволит существенно сократить время сканирования и повысить точность исследования. ИИ помогает подобрать оптимальные параметры сканирования, что позволяет управлять длительностью импульсов, интервалами между ними и, соответственно, ускорить получение данных. Также ИИ может подобрать параметры сканирования и настройки на ядра других элементов, интересующих специалистов диагностики. Такими элементами могут быть углерод (С), кальций (Ca), натрий (Na), фосфор (P) и другие.

Метод многоядерной МРТ представляется весьма перспективным. К примеру, использование кальция дало бы очень полезную информацию о таких заболеваниях, как остеопороз, кальцификация сосудов, определение эхинококковых кист и многое другое. Углерод может помочь отследить обмен веществ, например гликолиз, что полезно при диагностике диабета и онкологии. Фосфор полезен при исследовании метаболизма в мышцах и головном мозге. В этом методе интересна возможность использования приемных катушек, которые позволяют получать сигналы одновременно от нескольких элементов.

Двухчастотные катушки уже применяются в научных и клинических исследованиях. Несмотря на большие сложности в использовании нескольких частот для МРТ, это направление тоже развивается. В теории можно использовать гармоники RF-сигнала для возбуждения других ядер в МРТ, но на практике этот метод трудно реализуем из-за низкой мощности и слабого отклика ядер элементов с низкой концентрацией в организме. Поэтому современные системы применяют двухчастотные катушки, переключаемые RF-импульсы и методы гиперполяризации для регистрации сигналов от различных элементов.

Не менее интересными и важными являются усилия ученых и инженеров, направленные на изучение возможностей удешевления технологии сверхпроводимости. Разработки новых типов проводников для сверхпроводящих магнитов, не требующих дорогого жидкого гелия для охлаждения, очень востребованы с экономической точки зрения. Уже исследуются материалы, позволяющие использовать явление сверхпроводимости при температурах более дешевого жидкого азота. У этих материалов на керамической основе еще есть проблемы с прочностью, но у нас есть шанс увидеть их применение в ближайшем будущем. Это позволит сделать сканеры не только более компактными и экономичными, но и с более сильными магнитными полями.

Автор: Андрей Переверзев