By Kenna Hughes-Castleberry đăng ngày 01 tháng 2022 năm XNUMX
Công nghệ hiện tại được sử dụng để phát hiện và theo dõi các khối u ung thư còn hạn chế. MRI (Magnetic Resonance Imaging) thường được sử dụng để sàng lọc các loại ung thư khác nhau, nhưng không phải lúc nào nó cũng bắt được mọi thứ. Dựa theo một bài viết, khoảng 58% các diễn giải MRI về ung thư vú có thể bỏ qua ít nhất một khối u tiềm ẩn. Mặc dù không phải tất cả các lần quét đều tìm kiếm khối u, nhưng những lần quét vẫn gây ra sự mơ hồ và hiểu sai khiến bệnh nhân có thể trở nên lo lắng. Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu tại Đại học Kỹ thuật Munich (TUM) đang làm việc để cải thiện hình ảnh MRI bằng cách sử dụng một quy trình lượng tử đặc biệt gọi là siêu phân cực.
Siêu phân cực là gì?
Trên quy mô lượng tử, nhiều nguyên tử và phân tử có đặc trưng quay, nghĩa là hạt nhân hoặc electron của chúng có thể di chuyển theo một cách cụ thể. Sử dụng từ trường, máy MRI có thể thu nhận các vòng quay của các phân tử này để tạo ra hình ảnh. Các nhà khoa học có thể kiểm soát hướng của các vòng quay này thông qua phân cực, trong đó một từ trường, hoặc đôi khi là một điện trường buộc các nguyên tử quay theo một hướng nhất định. Trong quá trình siêu phân cực, các nguyên tử quay theo một hướng cực đoan, vượt xa mức bình thường. Nếu tất cả các spin đều thẳng hàng theo một hướng, thì MRI có thể phát hiện các nguyên tử với tín hiệu thậm chí còn mạnh hơn, cho phép độ chính xác cao hơn và độ phân giải tốt hơn.
Theo dõi khối u
Quá trình thực sự sắp xếp tất cả các spin và đưa một phân tử vào siêu phân cực có thể khó khăn. Để làm cho quá trình dễ dàng hơn, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một trạng thái từ tính đặc biệt của hydro, được gọi là parahydrogen để thử và tạo ra tín hiệu mạnh hơn cho máy MRI. theo giáo sư Franz Schilling của Đại học Kỹ thuật Munich: “parahydrogen là trạng thái spin đặc biệt của hydro và nó ở trạng thái năng lượng thấp hơn trạng thái spin khác của hydro là orthohydrogen.” Do trạng thái spin đặc biệt của nó, parahydrogen được sản xuất ở nhiệt độ rất thấp bằng cách sử dụng nitơ lỏng.
Tuy nhiên, parahydrogen không thể được đo bằng máy MRI do động lực học lượng tử của nó. Tuy nhiên, nó có thể gây ra sự siêu phân cực của các phân tử khác, thúc đẩy nhạy cảm của chụp MRI. Sử dụng parahydrogen, các nhà nghiên cứu có thể siêu phân cực pyruvate, một sản phẩm trao đổi chất mà các khối u tạo ra. Khi theo dõi vị trí của pyruvate trong quá trình quét MRI, các nhà nghiên cứu có thể ước tính vị trí của các khối u ung thư. Kết hợp parahydrogen và kích thích bằng sóng vô tuyến, các nhà nghiên cứu có thể siêu phân cực một nguyên tử carbon của pyruvate, nhận thấy tín hiệu mạnh hơn khi quét MRI.
Một kỹ thuật cho khối u ung thư
Do kết quả đề xuất một phương pháp hiệu quả hơn để sàng lọc khối u ung thư nên các nhà nghiên cứu hy vọng rằng phương pháp này sẽ được sử dụng trong tương lai. “Một bộ phân cực parahydrogen lâm sàng có khả năng cung cấp một kỹ thuật an toàn, mạnh mẽ và có thể áp dụng rộng rãi để tăng cường tín hiệu của spin hạt nhân nhằm cho phép chụp ảnh trao đổi chất,” Tiến sĩ Schilling thêm. “Hình ảnh chuyển hóa hứa hẹn đánh giá đáp ứng sớm với liệu pháp điều trị ung thư và phát hiện sớm các tổn thương ung thư tiền ác tính.” Với những kết quả này, một nhóm các nhà nghiên cứu đang làm việc để tạo ra một nguyên mẫu của máy siêu phân cực, giúp mở đường cho việc sàng lọc hiệu quả hơn, từ đó có thể cứu được nhiều mạng sống hơn.
Kenna Hughes-Castleberry là nhà văn nhân viên của Inside Quantum Technology và Science Communicator tại JILA (hợp tác giữa Đại học Colorado Boulder và NIST). Những nhịp điệu viết lách của cô ấy bao gồm công nghệ sâu, siêu nghịch đảo và công nghệ lượng tử.
