Enkelsidig MR-sensor ger vävnadsanalys vid patientens säng – Physics World

Enkelsidig MR-sensor ger vävnadsanalys vid patientens säng – Physics World

Tidsstämpel: 7 februari 2024 4:00

<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="Enkelsidig MR-sensor a, b) Simulerad magnetfältsprofil för sensorns array på 12.7 mm3 magneter, röda pilar indikerar magnetorientering. c) Konstruerad magnetmatris med sammansatta aluminiumramar och järnok. d) Den sammansatta arrayen, med RF-spole, matchande nätverk och Delrin-hölje, ger bekväm plats åt vadmuskeln. (Med tillstånd: CC BY 4.0/Nat. Commun. 10.1038/s41467-023-44561-9)” title=”Klicka för att öppna bild i popup” href=”https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/single-sided-mr-sensor- tillhandahåller-vävnadsanalys-på-patienten-sängen-physics-world.jpg”>Enkelsidig MR-sensoruppsättning
Enkelsidig MR-sensor a, b) Simulerad magnetfältsprofil för sensorns array på 12.7 mm3 magneter, röda pilar indikerar magnetorientering. c) Konstruerad magnetmatris med sammansatta aluminiumramar och järnok. d) Den sammansatta arrayen, med RF-spole, matchande nätverk och Delrin-hölje, ger bekväm plats åt vadmuskeln. (Med tillstånd: CC BY 4.0/Nat. Commun. 10.1038/s41467-023-44561-9)

Magnetisk resonanstomografi (MRT) är en vanlig medicinsk avbildningsteknik som finns på sjukhus runt om i världen, och något som många av oss kommer att uppleva någon gång under vår livstid. Den icke-invasiva tekniken identifierar sjuka vävnader genom att detektera skillnader i vävnadsmorfologi baserat på vävnadens olika relaxationstider efter exponering för RF-pulser i ett magnetfält. Magnetisk resonans kan också användas som en grundläggande mätmekanism för andra typer av medicinska bildskannrar.

Det finns ett intresse av att skapa bärbara vårdpunkter (POC) som kan avbilda mjukvävnad precis som en MRI-skanning kan. Sådana system skulle till exempel snabbt kunna upptäcka aneurysm eller vätskefickor utan att behöva transportera patienter till centraliserade vårdinrättningar för att utföra MRT-ingrepp. Möjligheten att tillhandahålla denna diagnostiska information vid sängkanten med en bärbar enhet skulle kunna förbättra patientresultaten, minska tiden för att behandla patienter och ge lägre diagnostiska kostnader för vårdinrättningar.

MRT i sig är dock för skrymmande för bildbehandling vid sängkanten och är inte lämplig för patienter som har vissa metallimplantat. Dessutom överträffar strömkraven för MRI vida strömkapaciteten hos en bärbar skanner, liksom utrustningens vikt.

Dessa utmaningar när det gäller att överföra MRI-kapacitet till POC-enheter har fått forskare att utveckla nya magnetisk resonansbaserade sensorenheter. En sådan utveckling har kommit från forskare vid Massachusetts Institute of Technology och Harvard University. "Vår tidigare kliniska studie avslöjade att skelettmuskulatur interstitiell vätska är en viktig reservoar för vätska i kroppen," huvudförfattare Michael Cima berättar Fysikvärlden. "Vi behövde en magnetdesign som kunde mäta den volymen vid en patients säng."

POC-analys av muskelvävnad

Cima och kollegor valde att skapa en POC-enhet med en lågfälts enkelsidig magnetisk resonans (SSMR) sensor för att titta på skelettmuskulaturen in vivo-. Jämfört med standard MRI-utrustning är systemet mycket mer bärbart med en vikt på endast 11 kg. SSMR-sensorer använder kraften hos magnetisk resonansbaserad kontrast för att samla in spektroskopiska (icke-avbildande) data över ett begränsat vävnadsdjup och tillhandahålla information om strukturen hos olika vävnadstyper – vilket gör att de kan särskiljas från varandra.

Den bärbara sensorn använder en permanent magnetuppsättning och yt-RF-spole för att ge låg driftseffekt och minimala skärmningskrav. Magnetmatrisen, konstruerad av 12.7 mm3 neodymmagneter utplacerade i aluminiumramar, är designade för att bekvämt placera vadmuskeln. Den färdigmonterade sensorn med Delrin-hölje mäter 22 × 17.4 x 11 cm.

Sensorn kan fånga diagnostiska mätningar med lågt brus inom några minuter, inklusive T2-avslappningsdata, som kan ge insikt i vätskestatus, vaskulär kinetik och syresättning av skelettmuskelvävnad, bland andra applikationer. Överhettning av vävnad undviks genom att kapsla spolen i aluminiumnitrid, som har en hög värmeledningsförmåga som kan avleda alstrad värme. Alla dessa aspekter kombineras för att göra SSMR-sensorn lämplig för användning som en POC-enhet.

Forskarna testade båda sensorerna vitro och in vivo-, inklusive en klinisk studie på friska människor för att avgöra om enheten framgångsrikt kunde upptäcka muskelvävnad – vilket den gjorde. Jämfört med tidigare försök att skapa liknande SSMR-sensorer för POC-applikationer visar enheterna från Cima och hans team bättre känslighet och större penetrationsdjup och är säkrare för klinisk användning.

Den nya sensorn har ett penetrationsdjup som är större än 8 mm, vilket överträffar andra system som beskrivs i litteraturen, som var begränsade till mindre än 6 mm djup. Analys på dessa nivåer möjliggjorde en noggrann utvärdering av muskelvävnaden samtidigt som man undvek signaler från andra subkutana skikt, såsom fettvävnaden (fett under huden) som ligger närmare hudens yta.

De viktigaste resultaten av denna studie, säger Cima, är att "magnetdesignen uppfyllde de erforderliga prestandaspecifikationerna och används nu i en prövning på 90 patienter med njurpatienter i slutstadiet". På frågan om den framtida potentialen för dessa enheter säger Cima att "det kliniska värdet av denna teknologi kommer att demonstreras om vi kan visa att den förutsäger "torrvikten" [normalvikt utan överskott av vätska i kroppen] i slutstadiet av njurarna. patienter. Inget kliniskt accepterat sätt att göra det finns för närvarande."

Forskningen är publicerad i Nature Communications.

Tidsstämpel:

Mer från Fysikvärlden