Магнитно-резонансная томография (МРТ) становится все более популярным методом диагностики самых разных заболеваний. Стандартные клинические томографы создаются максимально универсальными и имеют дополнительные комплекты катушек для исследования различных частей тела, однако не все больницы имеют их в своем арсенале. Их отсутствие может привести к снижению точности исследования, особенно если речь идет о сравнительно небольших участках тела. Группа российских ученых, куда вошли сотрудники Университета ИТМО, предложила систему, которую можно использовать для модернизации существующих МРТ-аппаратов. Она позволит проводить МРТ-исследования молочной железы даже в тех стандартных томографах, которые не имеют для этого специального оборудования.
Фото: Алексей Смагин, Коммерсантъ / купить фото
Фото: Алексей Смагин, Коммерсантъ / купить фото
Магнитно-резонансная томография считается одним из самых совершенных средств диагностики в арсенале современных медиков. МРТ-исследование очень перспективно для выявления рака молочной железы на ранней стадии — самого распространенного онкологического заболевания среди женщин. «По сравнению с рентгеном и ультразвуком МРТ позволяет точно локализовать новообразования и более точно поставить диагноз»,— рассказывает научный сотрудник Нового физтеха Университета ИТМО Алена Щёлокова.
Однако, несмотря на преимущества этого вида диагностики, исследования молочных желез при помощи МРТ проводятся сравнительно редко, поскольку для этого зачастую нет подходящего оборудования.
Сердце стандартного магнитно-резонансного томографа — большая катушка, которая возбуждает магнитные резонансы в теле человека. Она сопоставима по размерам с человеком и называется иногда «птичьей клеткой» (birdcage). Именно эта катушка возбуждает протоны в теле, а принимается сигнал от возбужденных тканей организма второй катушкой — маленькой. Она располагается непосредственно над тем или иным органом. Это и позволяет в конечном итоге получить съемки нужных тканей.
«В МРТ есть два процесса — возбуждение и прием сигнала,— рассказывает Алена Щёлокова.— Большая катушка не позволяет получить картинку хорошего качества, так как она очень крупная и в целом большая ее часть в любом случае будет далеко от конкретной области исследования. Поэтому в качестве антенного элемента используются небольшие катушки, специфичные для каждого органа. Обычно в клиниках есть только стандартный набор модулей, и модуль для исследования груди к этому набору не относится: так, по Санкт-Петербургу мы смогли найти такой модуль только в одном медицинском учреждении».
Группа российских ученых, куда вошли исследователи из Университета ИТМО и Центра диагностики и телемедицины Москвы, предложила другой подход к решению проблемы. Вторую, принимающую катушку они решили заменить специальным полупроводниковым резонатором, который способен сфокусировать сигнал «птичьей клетки» в молочной железе. Само по себе устройство представляет собой небольшой резонатор из особой керамики, разработанной в Санкт-Петербурге. Эта керамика обладает очень большой диэлектрической проницаемостью и крайне низкими магнитными потерями. Будучи настроенной под частоту работы томографа, она локализует и усиливает магнитное поле в молочной железе. Сама она сигнал не генерирует и не принимает, а служит для того, чтобы собрать поле от катушки в нужном месте, а затем точечно передать энергию возбужденных протонов на большую катушку. За счет того, что все поле, которое должно было воздействовать на тело, фокусируется в груди, его мощность может быть меньше. Соответственно, исследование становится безопаснее для пациентов, чем стандартное.
Также устройство дешевле, чем специальная принимающая катушка для молочной железы. При этом его не надо устанавливать с помощью сложной системы кабелей, в нем меньше хрупких частей. К тому же данный резонатор является универсальным: он подходит для всех марок и моделей стандартных медицинских томографов, тогда как отдельные принимающие катушки необходимо закупать у производителя томографа. Сейчас резонатор представляет собой практически готовое устройство, которое можно применять в клиниках России. Исследователи заинтересованы в сотрудничестве с представителями медицины, бизнеса и инвесторами для внедрения и продвижения продукта на российский рынок.
Работа проводилась при участии НИИ травматологии и ортопедии им. Р. Р. Вредена, Всероссийского центра экстренной и радиационной медицины им. А. М. Никифорова, ООО «Керамика», Центра диагностики и телемедицины Москвы.
По материалам «Ceramic resonators for targeted clinical magnetic resonance imaging of the breast»; Alena Shchelokova, Viacheslav Ivanov, Anna Mikhailovskaya, Egor Kretov, Ivan Sushkov, Svetlana Serebryakova, Elizaveta Nenasheva, Irina Melchakova, Pavel Belov, Alexey Slobozhanyuk, Anna Andreychenko; журнал Nature Communications, июль 2020 г.