加快核磁共振扫描以拯救生命
波士顿大学的澳门威尼斯人注册网站研究人员设计了一种“智能”磁性超材料，可以使MRI更便宜、更容易获得
波士顿大学的澳门威尼斯人注册网站研究人员已经开发出一种新的“智能”超材料，制造成本不到10美元，它可能会彻底改变磁共振成像（MRI），使整个MRI过程更快、更安全，并且对世界各地的患者更容易获得。这项技术建立在该团队之前的超材料澳门威尼斯人注册网站研究基础上，发表在《先进材料》杂志上的一篇新论文中。
核磁共振成像被临床医生用来诊断医学问题，通过发现从半月板撕裂到肌肉萎缩等各种异常情况。但核磁共振成像价格昂贵，病人暴露在辐射中，而且需要很长时间——通常一次扫描需要一个多小时。即使在美国医院，为等待的病人找到足够的核磁共振时间也可能是一个问题，但在印度等国家的医院，等待一年或更长时间可能会危及病人的生命。
那么我们如何在不影响成像质量的情况下加快核磁共振成像的进程呢？波士顿大学工程学院机械工程教授、光子学中心教员张欣，以及波士顿医学中心放射科教授斯蒂芬·安德森（波士顿大学医学院放射学教授）和医学院放射学助理澳门威尼斯人注册网站研究教授赵晓光（16届工程系）等一组澳门威尼斯人注册网站研究人员正在创造性地使用超材料来解决这个问题。
核磁共振成像的工作原理是产生一个强大的磁场，并向病人体内发送无线电波。“核磁共振成像的磁场比地球磁场强几千倍，”赵说。“一系列精确编排的高能量无线电波被送入人体，组织发出低能量无线电波，由核磁共振成像接收，从而产生图像。”
核磁共振成像图像的质量在很大程度上取决于所谓的信噪比（SNR）。信噪比越高，图像越好，提高信噪比最直接的方法是调大磁场。不幸的是，磁场的任何增加也会增加核磁共振成像的复杂性和成本，以及对患者的潜在风险，患者的组织和植入的医疗设备尤其会被辐射加热。因此，想要更好地了解人体内部的放射科医生不能简单地提高磁场强度。
因此，张和她的合作者开发了一种新的磁性超材料，当将其放置在扫描目标身体部位旁边时，可以增强患者身体发出的能量，提高信噪比，改善MRI成像。这种磁性超材料由简单的铜线和塑料制成，于2019年3月发表在《自然通讯物理学》杂志上。
现在，张、安德森、赵和其他团队成员已经将他们的澳门威尼斯人注册网站研究向前推进了一大步，他们开发了一种被他们称为“智能”的超材料，这种材料可以选择性地增强患者体内的低能辐射，并在机器发出的毫秒级高能传输中自动关闭。
张说，这种智能超材料将信噪比放大了十倍，大大提高了图像质量，缩短了扫描时间，开辟了一种以极低成本获得更清晰MRI图像的新方法。
安德森说：“缩短MRI检查时间对于最大限度地提高检查能力至关重要。”“更不用说收入，以及这种强大成像技术的整体患者体验。”
赵说：“这种智能超材料由一排金属螺旋谐振器组成，这些谐振器紧密地包裹着[一个被动传感器]。”“当高能无线电波进入时，超材料检测到高能量水平并自动‘关闭’共振。在低能量的无线电激发下，这种超材料（开启）共振，增强无线电波的磁性成分。”
这段中断时间虽然只有几毫秒长，但却允许临床医生使用智能超材料来增强发送回核磁共振成像的能量。它还减少了患者对无线电波辐射的总体暴露，减轻了潜在的安全问题，使该技术在临床成像中的应用变得更加容易。
“我们现在可以制造智能材料，它可以智能地与无线电波相互作用，增强想要的信号，同时让不想要的信号离开，”张说。
澳门威尼斯人注册网站研究人员估计，在国家生物医学成像和生物工程澳门威尼斯人注册网站研究所的支持下开发的超材料阵列的建造成本应该低于10美元。尽管目前的磁性超材料原型是扁平的厚层，但他们希望将其改造成柔性的超薄MRI增强片。他们说，他们新发现的磁性超材料与临床MRI系统相结合，有可能在MRI的性能方面带来巨大飞跃。