به تازگی پژوهش‌گرانی از آزمایشگاه ملی لوس‌آلاموس در ایالات متحده از یک سیستم تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI) با میدان-فوق‌پائینِ قابل حمل پرده‌برداری کرده‌اند. این محققان امیدوارند با این تجهیزاتی که توان کمی مصرف کرده و ساختار سبک‌وزنی دارد٬ طرح نمونه‌ی آن‌ها بتواند بزودی برای استفاده در مراکز پزشکی در کشورهای در حال توسعه و همچنین در بیمارستان‌های نظامی توسعه داده شود.

MRI ابزار تشخیص پزشکیِ قدرتمندی است که می‌تواند در تصویربرداری دقیق از انواع بافت‌های نرم (به‌ویژه مغز) مورد استفاده قرار گیرد. اسکنرهای MRI از آهن‌رباهای بزرگ و قوی استفاده می‌کنند تا پروتون‌ (اتم‌های هیدروژن) مولکول‌های آب را هم‌راستا کنند. پس از آن انفجارهای کوچکی از امواج رادیویی ایجاد می‌شود تا این پروتون‌ها تحریک شوند. وقتی این پروتون‌ها واهلش می‌کنند امواج رادیویی ضعیف ساطع می‌شود که اسکنر می‌تواند آن‌ها را آشکارسازی کند. کُنتراست تصویر با تغییر زمان‌های واهلش مابین انواع مختلفی از بافت‌ها فراهم می‌شود. سیستم‌های MRI سنتی با وجود سودمندی‌شان٬ هم به منبع قابل توجه انرژی نیازمندند و هم به منبعی از کرایوژن‌ها (همچون هلیوم یا نیتروژن مایع) تا آهن‌رباها را خنک و کارآمد نگه دارند. مهم‌تر از همه ساخت این سیستم‌ها پرهزینه بوده و فضای زیادی اشغال می‌کند.

پائین‌آوردن اندازه

میشل اسپای (Michelle Espy) مدیر این پروژه که فیزیک‌دانی از لوس‌آلاموس است می‌گوید: «ماشین‌های MRI استاندارد را نمی‌توان به هرجایی برد. سربازان مجروح در جنگ معمولاً باید به یک بیمارستان بزرگ منتقل شوند و مردم جوامع در حال توسعه در کل دسترسی به MRI ندارند».

برای آن‌که بتوان اندازه‌ی این اسکنرها را کاهش داد اسپای و همکارانش از میدان‌های مغناطیسی فوق‌پائین استفاده کرده‌اند. میدان‌های مغناطیسی آن‌ها با میدان مغناطیسی زمین قابل مقایسه است. آن‌ها این سیستم‌ را «ام‌آر‌آیِ میدان‌جنگ» (bMRI) نامیده‌اند. ماشین آن‌ها برای آن‌که بتواند سیگنا‌ل‌های بسیار ضعیف را آشکارسازی کند از یک قطعه‌ی تداخل کوانتومی ابررسانا (SQUID) بهره می‌برد. این قطعه همچون یک مغناطیس‌سنج با حساسیت فوق‌العاده بالا عمل می‌کند. درحالی‌که پژوهش قبلی پتانسیل اسکنرهای ام‌آر‌آیِ میدان-فوق‌پائین را به اثبات رسانده بود اما کیفیت تصاویر آن پائین٬ زمان تصویربرداری زیاد و مهم‌تر از همه محیط اطراف آن بایستی از هرگونه نوفه‌ی الکترومغناطیسی به شکل کامل ایزوله می‌بود. آن طور که ال اوربایتیز ( Al Urbaitis) – مهندسی از لوس‌آلاموس توضیح می‌دهد: «SQUIDها بسیار حساس‌اند. آن‌ها به کامیونی که بیرون در حال گذر است یا به یک سیگنال رادیویی از فاصله‌ی ۵۰ مایلی هم پاسخ می‌دهند».

این تیم برای‌آنکه با منابع تداخلی در جنگ‌ها مقابله کنند اولین نمونه‌ی خود را در داخل یک محفظه‌ی فلزی بزرگ ساخته‌ که به عنوان یک حفاظ عمل می‌کند. پژوهش‌گران٬ مغز افراد مورد‌آزمایش را اسکن کرده و تصاویری با وضوح ویژه‌ی ۲/۱ در ۲/۴ میلی‌ترمربع را به ضخامت ۱۵۵ میلی‌متر ایجاد کردند. با نشان دادن پتانسیل این اسباب٬ پژوهش‌گران اکنون به توسعه‌ی این قطعه می‌پردازند که در محیط باز کار می‌کند. در طرحِ جدید٬ عمل حفاظ با یک سری از پیچه‌های سیم‌ سبک‌وزن ایجاد می‌شود که دورتادور اسکنر پیچیده می‌شوند. اخیراً این پیچه‌ها تنها میدان مغناطیسی زمین را جبران می‌کنند اما این تیم مطمئن است که عمل حفاظ گذاری می‌تواند برای خنثی سازی تداخلات اضافی در پرواز نیز ارتقاء یابد.

تصویربرداری واضح

به گفته‌ی اسپای: «از تصاویری که از تصویربرداری‌های اولیه‌ی سیستم سبک‌وزن نسل دوم تولید شده بسیار خوشحالیم». وی می‌افزاید: «اگر این سیستم‌ها بیشتر توسعه یابند می‌توان آن‌ها را نسبتاً آسان و کم‌هزینه مستقر ساخت».

این تیم به سمت کاربردهای پزشکیِ نظامی پیش می‌رود اما مزایای این دستگاه را که می‌تواند در کشورهای درحال‌توسعه (که دسترسی به ام‌آر‌آی‌های سنتی دارند) فراهم شوند را جستجو می‌کنند. بعلاوه ام‌آر‌آی‌های میدان-فوق‌پائین نیز پتانسیل استفاده در شرایطی را دارند که ام‌ار‌آی‌های سنتی (چون از آهن‌رباهای بسیار قوی بهره می‌برند) از آن برخوردار نیستند. برای مثال٬ یک ماشین میدان-فوق‌پائین را می‌توان در یک شرایط اورژانسی مورد استفاده قرار داد که عملاً نمی‌توان فلزات را از محیط اسکن خارج ساخت.

به بیان پیتر بلورملر (Peter Blümler) فیزیک‌دانی از دانشگاه یوهانس گوتنبرگ آلمان که از اعضای تیم لوس‌آلاموس نیست: « تصاویر MRI میدان-فوق‌پائین که توسط این پژوهش‌گران ارائه شده بسیار تاثیرگذار بوده و برای دیگر گروه‌هایی که در خطوط مشابهی با این پژوهش کار می‌کنند بسیار مشوق است». وی می‌افزاید: «شخصاً ندیدم که سیستم‌های ام‌آر‌آیِ قابل حمل جایگزین تجهیزات میدان-بالا شود اما می‌تواند مکمل پتانسیل‌های تشخیصی تشدید مغناطیسی باشد.» مارک کوهن (Mark Cohen) مهندس‌زیستی از UCLA ایالات متحده که او هم دراین پژوهش سهمی نداشته تحت تاثیر این کار قرار گرفته است بخصوص آن‌که این کار اولین آزمون تجربی از این اصل است که در یک سیستم تصویربرداری در مقیاس انسانی وجود دارد.

این پژوهش در IEEE Transactions on Superconductivity. انتشار یافته است.

درباره‌ی نویسنده:

یان راندال (Ian Randall) نویسنده‌ی علمی در نیوزیلند است.

منبع:

Portable 'battlefield MRI' comes out of the lab