我和MRI的间谍

磁共振成像的边界正在继续被推到揭示更多关于人体和疾病诊断的援助

想象当你发现40,在将来的20年后,你可能开发阿尔茨海默氏症的症状。医生规定的改变饮食和更严格的锻炼,让你避免疾病的破坏性影响,活到100岁成熟与你所有的感官完好无损。

这个愿景仍是幻想,但使用磁共振成像(MRI)技术,显示了内部各个身体部位的解剖——研究人员把它变成现实。与广泛使用的计算机断层扫描(CT)扫描、MRI不使用x射线和它提供更大的对比不同软组织的身体使它特别适用于神经系统、肌肉骨骼、心血管和肿瘤成像。

其原则是化学家的相同的朋友,核磁共振(NMR)。MRI的核心组件是一个强大的磁铁,它产生一个磁场,将人体的某些核的磁化强度。脉冲射频(RF)从机的探测器线圈引入电磁场梯度引起原子核在体内旋转并产生微小的磁场检测。通过操作旋转磁场与各种梯度线圈,详细解剖图像的身体部位,如大脑、心脏或膝盖——创建。

核磁共振仪器的磁铁的磁场强度单位来衡量的特斯拉(T)。当这些机器是第一次建于1970年代,磁铁是0.1 - -0.5 T。自那时起他们的力量逐步增长,今天1.5 t和3 t磁铁在临床磁共振成像实验室很常见。

但研究团体正在看强磁铁- 7 t以上获得更好的信噪比(S / N)比率。S / N与磁场强度近似线性增加,和研究人员是贪婪的。的S / N是喜欢钱。解释说,越多越好,詹姆斯•孟莫尔文西门子医疗磁共振部门主任,我们。额外的信号可以用来获取更好的空间和时间分辨率的图像,或图像以更快的速度,他补充道。

超市运营核磁共振

7 t机器已经被证明是令人惊讶的是有用的,根据布鲁斯·罗森Athinoula Martinos中心主任在马萨诸塞州综合医院生物医学成像,我们。这是惊人的,人们不认为坏的图片都是3 t。但是我们发现一系列的功能,只是在检测能力的限制在3 t真正脱颖而出显然在7 t。澳门万博公司”

核磁共振成像专家Alan Koretsky美国国家神经疾病和中风研究所的贝塞斯达对此表示赞同。“你开始看到从未见过的东西在大脑中,”他解释说。在3 t所有白质看起来都和灰质看起来很相像。”他说,但是在7 t异质性的白色和灰色物质生活的大脑得以成像——这只是以前在组织学切片。细节,比如大脑病变引起的中风和斑点负责癫痫发作,现在可以在生活主题。

领导的一个研究小组Rolf Gruetter中心的生物医学成像在洛桑瑞士,是使用高领域进行开拓性的测试机器。在这样的一个实验中,血液中氧气的含量在大脑的不同区域监控,而人类受试者的指尖抚摸。大脑中我们可以看到每一个手指代表7 t,非常精确的东西几乎不可能在较低磁场,“Gruetter惊呼道。人体组织是高度的磁化率更高的磁场,他解释说。得到精致的对比的组织,尤其是大脑,以前不可能的。”

除了氢

3 t的磁场强度,研究人员可以很容易地追踪水质子在人类因为这些质子的浓度太高(80米)。但随着化学家从核磁共振,细胞核,如钠23 phosphorus-31,碳13和氮15也给磁场信号。但不幸的是,它们在体内的浓度很低。钠23,一个原子的关键生物功能,是下一个最敏感的核在磁场中质子但只有平均浓度在40毫米的身体。最重要的是,由于钠核比质子重,那么敏感的射频电磁场,因此难以检测。

但机器高磁场,研究人员正开始看到信号从钠23人。基斯索伯恩在芝加哥伊利诺伊大学,我们和他的团队已经建立了一个9.4 t MRI机器,他们可以获得高质量的图像基于钠离子的大脑。

大脑是最紧密的组织在体内,细胞体积分数为80%。'如果你有任何类型的疾病,破坏细胞包装——例如,肿瘤有入侵的肿瘤细胞或中风有细胞死亡——你改变细胞密度,“索伯恩说。使用高仪器领域,集团已经观察到的变化以期通过成像中的钠离子细胞密度。

另一个潜在的钠离子成像申请是阿尔茨海默氏症。疾病的临床表现时,大脑已经被毁,当前医疗干预措施不够有力扭转伤害已经造成。但是实际的病理过程被认为开始20到30年前病人经历任何症状。第一次组织损伤发生在海马体,一些细胞死亡导致细胞密度的变化在大脑的这个区域。

假设我们可以使用钠成像来检测海马的第一个细胞损失20年前病人症状吗?我们会进行干预的可能性在疾病过程中,设想索伯恩。

在核磁共振光谱学机器

更好的S / N比率在高磁场的优点也让研究人员解决在核磁共振成像机器NMR-type光谱实验。Gruetter 7点的团队取得了生化分析体内t人脑从现场收集数据,从水和脂肪质子丢弃的信号,并专注于信号来自可溶性细胞中的代谢产物。”这是一个瞬时分析典型的20个化合物,”他解释说。使用他们的技术已经能够跟踪体内葡萄糖的吸收和运输,以更好地了解能源转导细胞。

糖尿病研究领域可能受益于高场核磁共振光谱仪器,被调查的院长雪莉的团队在达拉斯,德克萨斯大学的我们。小组正在调查脂肪分子的运动如何从脂肪细胞和骨骼肌成肌细胞在糖尿病的麻烦。调查人员可以确定脂肪的位置在不同的细胞类型在人类生活的主题通过查看生成的山峰CH₂组织的分子。他们有不同的化学变化,解释了雪利酒。”你可以解决这些问题,说这里有一个峰值的脂肪在你的肌肉细胞,这是另一个高峰,肌肉之间的脂肪细胞”。这真的很强大,你可以做的事情的一个例子在高场”。

通过跟踪脂肪的位置在不同的肌肉细胞,研究人员可以理解的影响运动和饮食对糖尿病的发展。

跳障碍

高磁场机器还不完美,然而,由于一些技术障碍需要克服之前他们可以成为临床上广泛使用。

一个问题是线圈,紧紧粘在身体部位被成像。建筑射频线圈检测器采集信号从原子核在7 t有足够的灵敏度和适当的几何形状是很困难的。如果你没有线圈捕捉信号,你没有意识到7 t系统的全部潜力,”孟解释道。出于这个原因,有时难做实验。假设你有一个问题与你的膝盖,(技术员)将放在膝盖线圈适合膝盖的几何,”雪莉说,增加线圈的低场MRI机器可以买现成的。' 7 t或更高版本可用的线圈不经常所以你必须建立他们自己或雇佣一个公司帮你吧。”

射频信号也有问题,发送和接收的信号的频率比例随着磁场强度。当频率变高,波长变短。在7 t以上波长开始接近人体的大小。”而不是一个统一的射频模式,得到当地的热点地区得到或多或少的信号传输和接收,”罗森说。”当然,这是不好的,如果你想产生一个图像一致显示所有组织。

然后是实验对象本身的问题。高磁场是均匀的在几十厘米,但在人类进入它的那一刻,这个领域的同质性被破坏。问题存在于磁场强度有所降低,但它在更高领域的更明显的优势。甚至人的呼吸运动可以在7 t扰乱磁场。

匀场磁铁的磁场扰动是可以克服的。填隙产生的磁场梯度,抵消了梯度引起的人类的存在——这意味着该领域变得均匀。但匀场很难做的更高领域的优势。

然而,这些技术挑战不是不可逾越的,专家表示,他们预计在未来几年内得到控制。

安全第一

与任何技术,涉及人类生活的主题,安全核磁共振是至关重要的。显而易见的安全预防措施是对金属材料时的“导弹效应”无意中把附近的磁铁被拉向磁铁,变成了导弹。效果很好足够的1.5 t,更不用说7 t,禁止用金属物体进入一个房间。

一些测试报告轻微的症状,通常只在磁铁,从恶心、闪光的眼睛,口腔金属味和头晕。研究尚未完成长期影响暴露于高场核磁共振机器但数据从长期暴露在高磁场在回旋加速器不显示任何引起恐慌。

会就去附近的诊所吗?

额外的问题得到解决之前,高场核磁共振机进入临床实验室平均成本。经验法则为全身磁共振扫描仪的成本是100万美元每特斯拉670000年(?)。还有相关成本建立一个适当的屏蔽网站的机器。购买和安装7 t MRI仪器从商业供应商目前成本8 - 10百万美元之间,预计价格将下降,如果仪器成为更受欢迎。

但可以有用的高场核磁共振机器证明他们的钱?现在,7 t系统主要用于神经系统应用程序。非常有利于脑部疾病如阿尔茨海默氏症、多发性硬化、帕金森症,中风和脑肿瘤,孟说。”必须有进展的所有身体部位,肝脏,心脏,膝盖,脚踝,乳房——所以,系统可能利用在常规临床实践。

当我们从1.5吨到3 T,我认为好处是明确和医学领域是一个更加开放的新技术。但即便如此,转变了超过十年,”罗森说。“如果它发生在7 t,我不认为它会很快发生但如果那样我不会感到震惊。”

尽管缺乏清晰度是否7 t和更高的机器将会广泛传播领域,研究人员正在继续推动核磁共振的边界,因为历史告诉他们这么做是值得的。15年前,人们说,3 t扫描仪就不会临床效用。但现在你想不出先进的放射学没有它,”Gruetter说。我们必须学习的一件事从MRI是永不说永不。”

Rajendrani Mukhopadhyay驻华盛顿特区的自由科学记者,我们