MRI-scans kunnen in veel gevallen diepliggende of delicate weefsels moeilijk weergegeven. Een nieuwe antenne kan de kwaliteit van MRI-beelden echter drastisch verhogen, terwijl scans minder tijd in beslag nemen. De antenne kan op bestaande MRI-scanners worden toegepast.
In de zorg speelt MRI een belangrijke rol bij het diagnostiseren van letsel en ziekten. Een MRI-scanner maakt gedetailleerde beelden van het binnenste van je lichaam door gebruik te maken van een sterk magnetisch veld en radiogolven. Tijdens de scan richten de waterstofatomen in je lichaam zich uit langs het magnetische veld. Vervolgens verstoren radiogolven deze atomen kort, waarna ze terugkeren naar hun oorspronkelijke positie en zwakke signalen uitzenden.
In het lichaam kijken zonder schadelijke straling
Deze signalen worden door de scanner opgevangen en door een computer omgezet in dwarsdoorsneden van organen, weefsels of botten. Zo kan met behulp van een MRI in het menselijk lichaam worden gekeken, zonder dat er schadelijke röntgenstraling aan te pas komt.
Sommige weefsels, met name indien zij diep in het menselijk lichaam liggen, zijn echter moeilijk in beeld te brengen. Denk daarbij aan bepaalde regio’s van de hersenen en weefselstructuren in het oog. Deze beperking ontstaat in veel gevallen niet door de MRI-scanner, maar door de hardware die wordt gebruikt voor het versturen en ontvangen van radiosignalen. Zo hebben veel conventionele MRI-antennes, ook wel RF-spoelen genoemd, moeite om voldoende signalen op te vangen om dergelijke weefsels nauwkeurig in beeld te brengen.
Hoogwaardigere beelden door nieuwe antenne
Een nieuwe antenne ontwikkeld door onderzoekers van het Max Delbrück Center in het Duitse Berlijn kan uitkomst bieden. De antenne levert sneller hoogwaardigere beelden op, wat het mogelijk maakt ook moeilijk weer te geven weefsels goed in beeld te brengen.
Dit is mogelijk door metamaterialen direct in de MRI-antenne te integreren. Metamaterialen zijn structuren die interactie hebben met elektromagnetische golven op manieren die met natuurlijke materialen niet mogelijk zijn. In het geval van RF-antennes maken metamaterialen het mogelijk radiosignalen van diepliggende weefsels te versterken, zodat deze beter kunnen worden opgevangen. Ook zorgt de antenne voor een hogere spatiële resolutie, scherpere beelden en snellere MRI-scans.
De antenne is ontwikkeld door een onderzoeksteam dat onder leiding staat van doctoraal-student Nandita Saha in het Experimental Ultrahigh Field Magnetic Resonance lab, van hoogleraar Thoralf Niendorf. Het team werkte daarbij nauw samen met onderzoekers van de eveneens Duitse Rostock University Medical Center. De onderzoekers combineerden daarbij hun expertise op het gebied van MRI-technologie met expertise op het gebied van klinische oftalmologie en translationele beeldvorming.
Radiofrequente velden efficiënter sturen
“Door concepten uit metamaterialen te gebruiken, konden we radiofrequente velden efficiënter sturen en aantonen hoe geavanceerde natuurkunde rechtstreeks medische beeldvorming kan verbeteren”, aldus Niendorf, hoofdauteur van het artikel. “Dit werk opent de weg naar snellere, helderdere MRI-scans die patiënten in veel klinische gebieden ten goede kunnen komen.”
Het gebruik van de nieuwe antenne kan niet alleen de beeldkwaliteit verhogen, maar ook het comfort van patiënten die een MRI-scan ondergaan verbeteren. Zo maakt de antenne het mogelijk MRI-scans sneller uit te voeren, waardoor patiënten minder tijd in de scanner doorbrengen. Daarnaast zijn de beelden van hogere kwaliteit, waardoor MRI-scans minder vaak hoeven te worden herhaald.
Anatomisch gedetailleerde MRI-scans met hoge ruimtelijke resolutie
“Ons onderzoek toont duidelijke relevantie voor oftalmologische toepassingen, omdat het anatomisch gedetailleerde MRI-scans van het oog met een hoge ruimtelijke resolutie mogelijk maakt,” aldus professor Oliver Stachs, medeauteur van het artikel bij University Medicine Rostock. “Het maakt het mogelijk om een venster te openen naar het oog en naar (patho)fysiologische processen die tot nu toe grotendeels ontoegankelijk waren.”
“Ons doel was om MRI-hardware te heroverwegen vanuit het moderne perspectief van antenne-ontwerp,” voegt Saha eraan toe. De technologie kan ook worden afgestemd om gevoelige delen van het lichaam te beschermen tijdens MRI, bijvoorbeeld om ongewenste verhitting rond medische implantaten te verminderen. Daarnaast kan de technologie worden ingezet om RF-energie gerichter te bundelen voor MRI-geleide therapieën bij verschillende kankerbehandelingen, zoals het voorzichtig verwarmen van tumoren (hyperthermie) of thermische ablatie van weefsel.
De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift Advanced Materials.
