Einseitiger MR-Sensor ermöglicht Gewebeanalyse am Patientenbett – Physics World

Einseitiger MR-Sensor ermöglicht Gewebeanalyse am Patientenbett – Physics World

Zeitstempel: 7. Februar 2024, 4:00 Uhr

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/single-sided-mr-sensor-provides-tissue-analysis-at-the-patient-bedside-physics-world.jpg" data-caption="Einseitiger MR-Sensor a, b) Simuliertes Magnetfeldprofil des Sensorarrays von 12.7 mm3 Magnete, rote Pfeile zeigen die Magnetausrichtung an. c) Konstruierte Magnetanordnung mit montierten Aluminiumrahmen und Eisenjochen. d) Das zusammengebaute Array mit HF-Spule, passendem Netzwerk und Delrin-Gehäuse sorgt für einen bequemen Sitz des Wadenmuskels. (Mit freundlicher Genehmigung: CC BY 4.0/Nat. Commun 10.1038/s41467-023-44561-9)“ title=“Klicken Sie hier, um das Bild im Popup zu öffnen“ href=“https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/single-sided-mr-sensor- bietet-Gewebeanalyse-am-Patientenbett-Physik-Welt.jpg“>Einseitiges MR-Sensorarray
Einseitiger MR-Sensor a, b) Simuliertes Magnetfeldprofil des Sensorarrays von 12.7 mm3 Magnete, rote Pfeile zeigen die Magnetausrichtung an. c) Konstruierte Magnetanordnung mit montierten Aluminiumrahmen und Eisenjochen. d) Das zusammengebaute Array mit HF-Spule, passendem Netzwerk und Delrin-Gehäuse sorgt für einen bequemen Sitz des Wadenmuskels. (Mit freundlicher Genehmigung: CC BY 4.0/Nat. Commun 10.1038/s41467-023-44561-9)

Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein gängiges medizinisches Bildgebungsverfahren, das in Krankenhäusern auf der ganzen Welt zum Einsatz kommt und mit dem viele von uns irgendwann im Laufe ihres Lebens konfrontiert werden. Die nicht-invasive Technik identifiziert erkrankte Gewebe durch die Erkennung von Unterschieden in der Gewebemorphologie basierend auf den unterschiedlichen Relaxationszeiten des Gewebes nach der Einwirkung von HF-Impulsen in einem Magnetfeld. Magnetresonanz kann auch als grundlegender Messmechanismus für andere Arten medizinischer Bildgebungsscanner verwendet werden.

Es besteht ein Interesse an der Entwicklung tragbarer Point-of-Care-Geräte (POC), die Weichgewebe genau wie ein MRT-Scan abbilden können. Solche Systeme könnten beispielsweise Aneurysmen oder Flüssigkeitseinschlüsse schnell erkennen, ohne dass Patienten zur Durchführung von MRT-Verfahren zu zentralen Pflegeeinrichtungen transportiert werden müssten. Die Möglichkeit, diese diagnostischen Informationen am Krankenbett mit einem tragbaren Gerät bereitzustellen, könnte die Behandlungsergebnisse für Patienten verbessern, die Zeit für die Behandlung von Patienten verkürzen und zu niedrigeren Diagnosekosten für Gesundheitseinrichtungen führen.

Die MRT selbst ist jedoch für eine Bildgebung am Krankenbett zu umfangreich und für Patienten mit bestimmten Metallimplantaten nicht geeignet. Darüber hinaus übersteigt der Energiebedarf der MRT bei weitem die Energiekapazität eines tragbaren Scanners, ebenso wie das Gewicht der Ausrüstung.

Diese Herausforderungen bei der Übertragung von MRT-Funktionen auf POC-Geräte haben Forscher dazu veranlasst, neue magnetresonanzbasierte Sensorgeräte zu entwickeln. Eine solche Entwicklung stammt von Forschern des Massachusetts Institute of Technology und der Harvard University. „Unsere vorherige klinische Studie ergab, dass die interstitielle Flüssigkeit der Skelettmuskulatur ein wichtiges Flüssigkeitsreservoir im Körper ist“, so der Hauptautor Michael Cima erzählt Physik-Welt. „Wir brauchten ein Magnetdesign, mit dem dieses Volumen am Krankenbett eines Patienten gemessen werden konnte.“

POC-Analyse von Muskelgewebe

Cima und Kollegen entschieden sich für die Entwicklung eines POC-Geräts mit einem einseitigen Niederfeld-Magnetresonanzsensor (SSMR), um die Skelettmuskulatur zu untersuchen in vivo. Im Vergleich zu Standard-MRT-Geräten ist das System mit einem Gewicht von nur 11 kg deutlich tragbarer. SSMR-Sensoren nutzen die Kraft des magnetresonanzbasierten Kontrasts, um spektroskopische (nicht bildgebende) Daten über eine begrenzte Gewebetiefe zu erfassen und Informationen über die Struktur verschiedener Gewebetypen zu liefern – so können diese voneinander unterschieden werden.

Der tragbare Sensor nutzt ein Permanentmagnet-Array und eine Oberflächen-HF-Spule, um eine geringe Betriebsleistung und minimale Abschirmungsanforderungen zu gewährleisten. Das Magnetarray besteht aus 12.7 mm3 Neodym-Magnete in Aluminiumrahmen sorgen für einen bequemen Sitz der Wadenmuskulatur. Der fertig montierte Sensor mit Delrin-Gehäuse misst 22 × 17.4 x 11 cm.

Der Sensor kann innerhalb von Minuten rauscharme Diagnosemessungen erfassen, einschließlich T2-Relaxationsdaten, die unter anderem Einblick in den Flüssigkeitsstatus, die Gefäßkinetik und die Sauerstoffversorgung des Skelettmuskelgewebes geben können. Eine Überhitzung des Gewebes wird vermieden, indem die Spule mit Aluminiumnitrid ummantelt wird, das über eine hohe Wärmeleitfähigkeit verfügt und die erzeugte Wärme ableiten kann. All diese Aspekte machen den SSMR-Sensor für den Einsatz als POC-Gerät geeignet.

Die Forscher testeten den Sensor beides in vitro und in vivo, einschließlich einer klinischen Studie an gesunden Menschen, um festzustellen, ob das Gerät Muskelgewebe erfolgreich erkennen konnte – was auch der Fall war. Im Vergleich zu früheren Versuchen, ähnliche SSMR-Sensoren für POC-Anwendungen zu entwickeln, weisen die Geräte von Cima und seinem Team eine bessere Empfindlichkeit und größere Eindringtiefen auf und sind sicherer für den klinischen Einsatz.

Der neue Sensor hat eine Eindringtiefe von mehr als 8 mm und übertrifft damit andere in der Literatur beschriebene Systeme, die auf weniger als 6 mm Tiefe begrenzt waren. Die Analyse auf diesen Ebenen ermöglichte eine genaue Beurteilung des Muskelgewebes und vermied gleichzeitig Signale von anderen subkutanen Schichten, wie etwa dem Fettgewebe (Fett unter der Haut), das näher an der Hautoberfläche liegt.

Das wichtigste Ergebnis dieser Studie ist laut Cima, dass „das Magnetdesign die erforderlichen Leistungsspezifikationen erfüllte und nun in einer 90-Patienten-Studie mit Patienten mit Niereninsuffizienz im Endstadium eingesetzt wird“. Auf die Frage nach dem zukünftigen Potenzial dieser Geräte sagt Cima: „Der klinische Wert dieser Technologie wird demonstriert, wenn wir zeigen können, dass sie das ‚Trockengewicht‘ [Normalgewicht ohne überschüssige Flüssigkeit im Körper] von Nieren im Endstadium vorhersagt.“ Patienten. Derzeit gibt es keinen klinisch akzeptierten Weg, dies zu tun.“

Die Forschung wird veröffentlicht in Nature Communications veröffentlicht .

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