年轻的研究人员发明了一种可检测MRI扫描错误的传感器
Hvidovre医院拥有世界上第一款能够使用激光和气体检测 MRI 扫描错误的传感器原型。这款新传感器由哥本哈根大学和 Hvidovre 医院的一名年轻研究员开发，能够实现当前电子传感器无法实现的功能，有望为更优质、更便宜、更快速的 MRI 扫描铺平道路。
医生和医疗保健专业人员每天都会使用 MRI 扫描仪来对人体进行独特的观察。尤其是，它们用于通过与其他类型的医学成像相比质量极佳的 3D 图像来研究大脑、重要器官和其他软组织。
虽然这使得这种先进的工具对于医疗保健专业人员来说非常有价值且几乎不可或缺，但仍有改进的空间。
MRI 扫描仪内的强磁场会产生波动，导致扫描出现误差和干扰。因此，这些昂贵的机器(每小时数百欧元)必须定期校准以减少误差。
还有一些特殊的扫描方法，不幸的是，目前还无法在实践中使用。其中包括所谓的螺旋序列，它可以减少扫描时间，例如在诊断血栓、硬化症和肿瘤时。螺旋序列在 MRI 研究中也是一种有吸引力的工具，除其他外，它们可以为研究人员和医疗专业人员提供有关脑部疾病的新知识。但由于磁场极不稳定，目前无法进行此类扫描。
理论上，这个问题可以通过传感器读取和绘制磁场变化来解决。此后，用计算机纠正图像中的错误相对简单。实际上，在目前的技术下，这很难做到，因为其他合适的传感器是电动的并且连接到金属电缆，会干扰磁场。
一项新发明有望让这个问题成为过去。为了解决这个问题，尼尔斯·玻尔研究所和 丹麦磁共振研究中心 (DRCMR)的一名研究人员 开发了一种传感器，该传感器使用光纤电缆中的激光和充满气体的小玻璃容器。原型已经准备就绪并投入使用。
“我们首先 证明了它在理论上是可行的，现在我们又 证明了它在实践中是可行的。事实上，我们现在有一个原型，它基本上可以在不干扰 MRI 扫描仪的情况下进行所需的测量。它需要进一步开发和微调，但它有可能使 MRI 扫描更便宜、更好、更快——尽管不一定能同时实现这三点，”尼尔斯玻尔研究所博士后、Hvidovre 医院 DRCMR 的 Hans Stærkind 笑着说。Stærkind 是该传感器及其附带设备的主要架构师。
“如果花点时间，MRI 扫描仪已经可以生成令人难以置信的图像。但在我的传感器的帮助下，可以想象用同样的时间来生成更好的图像——或者花更少的时间，但仍然获得与今天相同的质量。第三种情况可能是制造一个更便宜的扫描仪，尽管有一些错误，但在我的传感器的帮助下仍然可以提供不错的图像质量，”研究人员说。
原型的工作原理
MRI 扫描仪使用强大的磁铁产生强磁场，迫使体内水分、碳水化合物和蛋白质中的质子与磁场对齐。当无线电波脉冲穿过患者时，质子受到刺激并暂时失去平衡。当它们随后重新与磁场对齐时，它们会释放无线电波，可用于形成正在扫描的任何物体的实时 3D 图像。
Hans Stærkind 的原型使用一种类似于 20 世纪 90 年代立体声音响系统的激光发送和接收设备。它通过光纤电缆(即没有任何金属)发送激光，并将其传送到扫描仪内的四个传感器中。
在传感器内部，光线穿过一个装有铯气体的小玻璃容器，铯气体会吸收正确光频率的光线。
“当激光以正确的频率穿过气体时，光波和铯原子中的电子之间就会产生共振。但是当气体暴露于磁场时，发生这种情况的频率或波长会发生变化。这样，我们就可以通过找出正确的频率来测量磁场的强度。接收设备会完全自动地、快速地完成这一过程，”研究人员解释道。
当 MRI 扫描仪的超强磁场发生干扰时，Hans Stærkind 的原型会绘制出磁场中发生干扰的位置以及磁场强度的变化。在不久的将来，这可能意味着可以基于传感器收集的数据纠正受干扰和有缺陷的图像，从而使图像变得准确且完全可用。
有商业前景的创新——当数据到位时
该原型目前安置在哥本哈根 Hvidovre 医院的 DRCMR，这个想法也是在这里诞生的。
“最初的想法来自我在 DRCMR 的主管 Esben Petersen，不幸的是他已经离开了我们。他看到了开发一种基于激光和气体的传感器的巨大潜力，这种传感器能够在不干扰磁场的情况下测量磁场，”Hans Stærkind 说。
在尼尔斯·玻尔研究所的量子物理学家(包括尤金·波尔齐克教授)的帮助下，斯特金德将这个想法发展成了实际的理论。现在，他已经利用原型将该理论付诸实践。
“原型机的设计方式使其已经适合在医院环境中使用，成为一种坚固且功能良好的仪器。到目前为止，我们的测试表明它工作正常。可以想象，这项发明最终将直接集成到新的 MRI 扫描仪中，”Stærkind 说。
目前，原型将进一步开发，以使其测量结果更加准确。
“我们需要收集数据并对其进行微调，以便它不断成为查找扫描错误的更好工具。之后，我们将继续进行令人兴奋的工作，即纠正 MRI 图像中的错误，并找出我们的传感器在什么情况下以及在哪些类型的扫描中可以发挥重要作用，”研究人员说。
Stærkind 表示，其传感器的直接目标群体是 MRI 研究单位。但他也希望，在稍远的将来，大型 MRI 制造商之一能够了解这项新技术。
“一旦原型在 2.0 版本中得到改进，并且其质量通过医院实际扫描的大量数据得到记录，我们就会知道它会带来什么结果。它肯定有可能以独特的方式改进 MRI 扫描，让医生和患者受益，”研究人员说。