{"id":32089,"date":"2019-10-31T21:45:07","date_gmt":"2019-10-31T18:45:07","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/razbiraem-magnitno-rezonansnyj-tomograf-ii-metamaterialy-v-mrt\/"},"modified":"2019-10-31T21:45:07","modified_gmt":"2019-10-31T18:45:07","slug":"razbiraem-magnitno-rezonansnyj-tomograf-ii-metamaterialy-v-mrt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/it\/blog\/administrirovanie\/razbiraem-magnitno-rezonansnyj-tomograf-ii-metamaterialy-v-mrt","title":{"rendered":"Analizziamo la risonanza magnetica II: Metamateriali nella risonanza magnetica","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"<p><img decoding=\"async\" alt=\"Analizziamo la risonanza magnetica II: Metamateriali nella risonanza magnetica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/dd018d9ccf95f7b4b60fd691b3e1aeb5.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\nUna vite attravers\u00f2 l'aria con un fischio. Con un forte clangore si ferm\u00f2 sul corpo del criostato. Immutato in me stesso, decisi di prendermi una pausa. Svitare i bulloni in un campo magnetico di 1,5 tesla usando uno strumento in acciaio \u00e8 un'idea piuttosto rischiosa. Il campo, come un avversario invisibile, cerca costantemente di strappare lo strumento dalle mani, orientarlo lungo le sue linee di forza e avvicinarlo il pi\u00f9 possibile agli elettroni che scorrono in un circuito chiuso di superconductor. Tuttavia, se \u00e8 davvero necessario sconfiggere le giunzioni ossidate di anni fa, non c'\u00e8 molta scelta. Mi sono seduto al computer e ho sfogliato abitualmente il feed delle notizie. \"Gli scienziati russi hanno migliorato la risonanza magnetica di 2 volte!\" diceva un titolo sospetto.<br \/>\n<noindex><a rel=\"nofollow\" name=\"habracut\"><\/a><\/noindex><\/p>\n<p><i>Circa un anno fa, noi <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/post\/405355\/\">abbiamo smontato un tomografo a risonanza magnetica<\/a><\/noindex> e abbiamo afferrato la sostanza del suo funzionamento. Raccomando vivamente di rinfrescare la memoria riguardo a quel materiale prima di leggere questo articolo.<\/i> <\/p>\n<p>A causa di varie ragioni, tra cui storiche, in Russia al giorno d' oggi <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/mri-russia.livejournal.com\/3733.html\">praticamente non c'\u00e8<\/a><\/noindex> produzione di attrezzature cos\u00ec complesse come i tomografi a risonanza magnetica ad alto campo. Tuttavia, se vivi in una citt\u00e0 piuttosto grande, non avrai difficolt\u00e0 a trovare cliniche che offrono questo tipo di servizio. Inoltre, il parco dei scanner RM \u00e8 spesso composto da attrezzature usate, importate in passato dagli Stati Uniti e dall'Europa, e se mai dovessi visitare una clinica con un tomografo a risonanza magnetica, non lasciarti ingannare dall'aspetto esteriore elegante dell'apparecchiatura\u2014potrebbe avere gi\u00e0 diversi anni. Di conseguenza, \u00e8 possibile che tale attrezzatura si guasti, e io sono stato a lungo una di quelle persone che riportavano i tomografi difettosi in funzione, affinch\u00e9 i pazienti potessero continuare a ricevere diagnosi e i proprietari a guadagnare. <\/p>\n<p>Fino a quando, un bel giorno, durante una pausa tra i pericolosi divertimenti con i campi magnetici di enorme grandezza, non mi sono imbattuto in un'interessante notizia nel feed: \"Gli scienziati russi insieme ai loro colleghi olandesi <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/www.popmech.ru\/science\/news-365862-usilennyy-metamaterialom-mrt-skaner-vpervye-ispytali-na-cheloveke\/#part0\">hanno perfezionato la tecnologia della risonanza magnetica<\/a><\/noindex> con l'ausilio dei metamateriali\u00bb. \u00c8 superfluo dire che il semplice fatto che in Russia si conducano ricerche su attrezzature la cui produzione non \u00e8 mai stata padroneggiata mi \u00e8 sembrato piuttosto controverso. Ho pensato che fosse semplicemente un'altra occasione per sperperare fondi, mescolato a parole scientifiche incomprensibili come per le \u00abnanotecnologie\u00bb che gi\u00e0 avevano stancato tutti. La ricerca di informazioni sul lavoro degli scienziati locali con la risonanza magnetica e i metamateriali mi ha portato a un articolo che descriveva un semplice esperimento che avrei potuto ripetere facilmente, essendo un apparecchio di risonanza magnetica sempre a disposizione.<br \/>\n<img decoding=\"async\" alt=\"Analizziamo la risonanza magnetica II: Metamateriali nella risonanza magnetica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/08f0ba1987a7aafd6ba400ed7ff01945.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\nImmagine da <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/arxiv.org\/abs\/1507.01411\">sul CommunityHelpWiki (sullo stesso dominio<\/a><\/noindex>, dedicata all'amplificazione del segnale di risonanza magnetica utilizzando il cosiddetto \u00abmetamateriale\u00bb. In un tipico apparecchio clinico da 1,5 Tesla, al posto di un paziente viene caricato il metamateriale, che consiste in una vasca d'acqua all'interno della quale si trovano cavi paralleli di una certa lunghezza. Sui cavi giace l'oggetto di studio - un pesce (non vivo). Le immagini a destra sono quelle ottenute dalla risonanza magnetica del pesce, con una mappa colorata sovrapposta, che indica l'intensit\u00e0 del segnale proveniente dai nuclei di idrogeno. \u00c8 evidente che quando il pesce giace sui cavi, il segnale \u00e8 molto migliore rispetto a quando non ci sono. Il tempo di scansione in entrambi i casi \u00e8 lo stesso, il che dimostra l'aumento dell'efficienza della scansione. Nell'articolo \u00e8 stata anche fornita con cura <br \/>\n<b class=\"spoiler_title\">la formula<\/b><img decoding=\"async\" alt=\"Analizziamo la risonanza magnetica II: Metamateriali nella risonanza magnetica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/10382378b7cabc7b822c62f2238fd907.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<br \/>\nper il calcolo della lunghezza dei cavi in base alla frequenza di funzionamento del tomografo, che ho utilizzato. Ho realizzato il mio metamateriale con una cuvetta e un insieme di fili di rame, dotandoli di supporti in plastica stampati in 3D:<br \/>\n<img decoding=\"async\" alt=\"Analizziamo la risonanza magnetica II: Metamateriali nella risonanza magnetica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/26ed8b96265644c22414f36bfae62409.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\nIl mio primo metamateriale. Subito dopo la sua realizzazione, \u00e8 stato inserito nel tomografo da 1 Tesla. L'arancia fungeva da oggetto di scansione.<br \/>\n<img decoding=\"async\" alt=\"Analizziamo la risonanza magnetica II: Metamateriali nella risonanza magnetica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/f07620eac766ea5c6a18fafdb52b6cef.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\nTuttavia, anzich\u00e9 il potenziamento del segnale promesso, ho ricevuto un sacco di artefatti che rovinano completamente l'immagine! La mia indignazione non conosceva limiti! Dopo aver terminato l'esperimento, ho scritto una lettera agli autori dell'articolo, il cui senso pu\u00f2 essere riassunto nella domanda \"Che diavolo ...?\".<\/p>\n<p>Gli autori mi hanno risposto piuttosto presto. Erano molto colpiti dal fatto che qualcuno stesse cercando di ripetere i loro esperimenti. Inizialmente hanno cercato a lungo di spiegarmi come funzionano i metamateriali, usando termini come \"risonanze di Fabry-P\u00e9rot\", \"modi propri\" e vari campi radiofrequenza nel volume. Poi, probabilmente rendendosi conto che non capivo affatto di cosa stessero parlando, hanno deciso di invitarmi a casa loro, affinch\u00e9 potessi vedere i loro sviluppi dal vivo e convincermi che funzionasse davvero. Ho messo il mio saldatore preferito nello zaino e sono partito per San Pietroburgo, all'universit\u00e0 nazionale di ricerca delle tecnologie informatiche, meccanica e ottica (come si \u00e8 rivelato, l\u00ec non formano solo programmatori).<br \/>\n<img decoding=\"async\" alt=\"Analizziamo la risonanza magnetica II: Metamateriali nella risonanza magnetica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/8147a30f2d24f981ce252bc780ecf28d.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<br \/>\nUna volta sul posto, mi hanno accolto calorosamente e, improvvisamente, mi hanno offerto lavoro, poich\u00e9 erano colpiti dalla mia cuvetta con i cavi e avevano bisogno di una persona per crearne di nuove. In cambio, promettevano di spiegarmi in dettaglio tutto ci\u00f2 che mi interessava e di seguire un corso di formazione in radiofisica e MRI, che, per una felice coincidenza, iniziava proprio in quell'anno. La mia sete di conoscenza ha avuto la meglio e, per un anno, ho studiato, realizzato progetti e lavorato, scoprendo sempre di pi\u00f9 sulla storia della risonanza magnetica e sulla stato attuale della scienza in questo campo, che condivider\u00f2 qui.<\/p>\n<p>Alla base del metodo presunto miglioramento dell'MRI, e studiato negli articoli scientifici menzionati, ci sono i cosiddetti \"metamateriali\". I metamateriali, come molte altre scoperte, devono la loro esistenza a soluzioni inaspettate, ottenute sulla base di ricerche teoriche. Lo scienziato sovietico, Viktor Veselago, nel 1967, lavorando su un modello teorico, ipotizz\u00f2 l'esistenza di materiali con un coefficiente di rifrazione negativo. Come avrete gi\u00e0 capito, si tratta di ottica, e il valore di questo coefficiente, grossolanamente parlando, indica quanto cambier\u00e0 direzione la luce attraversando il confine tra diversi media, come ad esempio l'aria e l'acqua. \u00c8 facile verificare personalmente che questo \u00e8 esattamente ci\u00f2 che accade:<br \/>\n<img decoding=\"async\" alt=\"Analizziamo la risonanza magnetica II: Metamateriali nella risonanza magnetica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/3f0090c933a4519e857c2824c6054d18.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\nUn semplice esperimento con una penna laser e un acquario, che dimostra la rifrazione della luce.<\/p>\n<p>Un fatto interessante che si pu\u00f2 dedurre da un esperimento del genere \u00e8 che un raggio non pu\u00f2 deviare nella stessa direzione da cui \u00e8 caduto al confine di separazione, per quanto ci provi l'esperimentatore. Tale esperimento \u00e8 stato condotto con tutte le sostanze naturali, ma il raggio si \u00e8 sempre deviato in una sola direzione. Matematicamente, questo significa che il coefficiente di rifrazione, come le grandezze che lo compongono, la permittivit\u00e0 dielettrica e la permeabilit\u00e0 magnetica, sono positivi, e non \u00e8 mai stata osservata l'opposta. Almeno, fino a quando V. Veselago non decise di studiare questa questione, dimostrando che teoricamente non esiste alcuna ragione per cui il coefficiente di rifrazione non possa essere negativo. <br \/>\n<img decoding=\"async\" alt=\"Analizziamo la risonanza magnetica II: Metamateriali nella risonanza magnetica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/b45cf5c4bc791d127359b549ee01cb03.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\nUn'immagine da Wikipedia che mostra la differenza tra mezzi con coefficienti di rifrazione positivi e negativi. Come possiamo vedere, la luce si comporta in modo completamente innaturale, rispetto alla nostra esperienza quotidiana.<\/p>\n<p>V. Veselago ha a lungo cercato prove dell'esistenza di materiali con coefficienti di rifrazione negativi, ma le ricerche non hanno avuto successo, e il suo lavoro \u00e8 stato ingiustamente dimenticato. Solo all'inizio del secolo successivo sono state create artificialmente strutture composite che realizzavano le propriet\u00e0 descritte, ma non in campo ottico, bens\u00ec in una gamma di frequenze microonde inferiore. Questo ha segnato un punto di svolta, poich\u00e9 la semplice possibilit\u00e0 dell'esistenza di tali materiali ha aperto nuove prospettive. Ad esempio, la creazione di <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/elementy.ru\/nauchno-populyarnaya_biblioteka\/430392\/V_poiskakh_superlinzy\">superlenti<\/a><\/noindex>, capaci di ingrandire oggetti anche pi\u00f9 piccoli della lunghezza d'onda della luce. Oppure, rivestimenti invisibili assoluti, un sogno per tutte le forze armate. Sono state fatte importanti modifiche alla teoria, considerando i nuovi dati. La chiave del successo \u00e8 risultata essere l'uso di strutture ordinate di elementi risonanti \u2014 metaatomi, le cui dimensioni sono molto inferiori alla lunghezza d'onda della radiazione con cui interagiscono. La struttura ordinata di metaatomi \u00e8 un composito artificiale chiamato metamateriale. <\/p>\n<p>L'implementazione pratica dei metamateriali \u00e8 ancora oggi tecnologicamente complessa, poich\u00e9 la dimensione delle particelle risonanti deve essere comparabilmente pi\u00f9 piccola della lunghezza d'onda della radiazione elettromagnetica. Per la gamma ottica (dove la lunghezza d'onda \u00e8 nei nanometri), tali tecnologie si trovano all'avanguardia delle possibilit\u00e0 di progresso. Non sorprende quindi che i primi esempi di metamateriali siano stati creati per onde elettromagnetiche relativamente pi\u00f9 lunghe, nella gamma delle radiofrequenze (che hanno lunghezze a noi pi\u00f9 familiari da mm a m). La caratteristica principale e allo stesso tempo il limite di qualsiasi metamateriale \u00e8 la conseguenza della natura risonante degli elementi che lo compongono. Un metamateriale pu\u00f2 manifestare le sue straordinarie propriet\u00e0 solo a determinate frequenze. <br \/>\n<b class=\"spoiler_title\">Frequenze limitate.<\/b>Quindi, per esempio, quando vedrete di nuovo qualcosa come un super-silenzioso basato su metamateriali, chiedetevi: quale gamma di frequenze riesce davvero a silenziare?<\/p>\n<p>\n<img decoding=\"async\" alt=\"Analizziamo la risonanza magnetica II: Metamateriali nella risonanza magnetica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/f38491572f29aa5fd8eba74c974e1927.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\nEsempi tipici di metamateriali che consentono di interagire con onde elettromagnetiche. Le strutture di conduttori non sono altro che piccoli risonatori, circuiti LC, formati dalla posizione spaziale dei conduttori. <\/p>\n<p>\u00c8 passato poco tempo dalla comparsa del concetto di metamateriali e dalle loro prime realizzazioni, e la gente ha gi\u00e0 iniziato a usarli nella risonanza magnetica (MRI). Il principale svantaggio dei metamateriali \u2014 la gamma di lavoro ristretta \u2014 non \u00e8 un problema per la MRI, dove tutti i processi avvengono praticamente a una sola frequenza di risonanza magnetica dei nuclei, che si trova nella gamma delle radiofrequenze. Qui potete creare meta-atomi con le vostre mani e vedere immediatamente cosa risulta nelle immagini. Tra le prime funzionalit\u00e0 che i ricercatori hanno realizzato nella MRI utilizzando metamateriali ci sono la super-lente e gli endoscopi.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Analizziamo la risonanza magnetica II: Metamateriali nella risonanza magnetica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/6325a22f1747ad717a981c9e0659de35.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\nNella parte sinistra sotto la lettera a) \u00e8 mostrata una superlente, composta da una rete tridimensionale di risonatori su circuiti stampati. Ogni risonatore \u00e8 un anello metallico aperto con un condensatore saldamente collegato, formando un circuito LC sintonizzato sulla frequenza della risonanza magnetica. Qui di seguito \u00e8 un esempio del posizionamento di questa struttura in metamateriale tra le gambe di un paziente che sta attraverso la tomografia e le immagini ricevute successivamente. Se non hai esitato a seguire il mio consiglio di leggere il mio precedente articolo sulla risonanza magnetica, saprai gi\u00e0 che per ottenere un\u2019immagine di una qualsiasi parte del corpo del paziente \u00e8 necessario rilevare deboli segnali nucleari rapidamente decadenti tramite un\u2019antenna posizionata nelle vicinanze - una bobina. <\/p>\n<p>La superlente in metamateriale permette di ampliare l'area di azione di una bobina standard. Ad esempio, \u00e8 possibile visualizzare entrambe le gambe del paziente contemporaneamente invece di una sola. Dalle cattive notizie \u2014 la posizione della superlente deve essere regolata in un certo modo per ottenere il miglior effetto, e la superlente stessa \u00e8 piuttosto costosa da realizzare. Se non hai ancora capito perch\u00e9 questa lente si chiama super-, guarda le sue dimensioni nella foto e poi renditi conto che funziona con lunghezze d'onda di circa cinque metri!<\/p>\n<p>Sotto la lettera b) \u00e8 dimostrata la struttura dell'endoscopio. In sostanza, l'endoscopio per la risonanza magnetica \u00e8 un insieme di fili paralleli, che funge da guida d'onda. Permette di dislocare spazialmente la regione da cui la bobina riceve il segnale nucleare e la bobina stessa a una distanza considerevole - tanto che l'antenna ricevente pu\u00f2 essere posizionata al di fuori del criostato del tomografo, lontano dal campo magnetico permanente. Nelle immagini della sezione b), sono presentate foto ottenute per un contenitore riempito di liquido \u2014 un fantoma. La differenza tra di esse \u00e8 che le immagini contrassegnate con \u201cendoscopio\u201d sono state ottenute quando la bobina si trovava a una distanza considerevole dal fantoma, dove senza endoscopio i segnali nucleari sarebbero stati completamente impossibili da rilevare.<\/p>\n<p>Parlando di uno degli ambiti applicativi pi\u00f9 promettenti dei metamateriali in risonanza magnetica nucleare (RMN), e quello pi\u00f9 vicino alla sua realizzazione pratica (in cui sono stato coinvolto alla fine) \u2013 \u00e8 la creazione di bobine wireless. \u00c8 importante chiarire che qui non si parla di Bluetooth o di un'altra tecnologia wireless per la trasmissione dei dati. \"Wireless\" in questo caso indica la presenza di un collegamento induttivo o capacitivo tra due strutture risonanti \u2013 un'antenna trasmittente e ricevente, cos\u00ec come il metamateriale. In concetto appare cos\u00ec:<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Analizziamo la risonanza magnetica II: Metamateriali nella risonanza magnetica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/6f9cc710f801f278712f4138b2f9ef5e.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\nA sinistra \u00e8 mostrata come avviene normalmente la procedura di RMN: il paziente \u00e8 disteso all'interno di un criostato nella zona di un campo magnetico statico omogeneo. Nel tunnel del tomografo \u00e8 montata una grande antenna, chiamata \"gabbia di Faraday\". Un'antenna di questa configurazione consente di ruotare il vettore del campo magnetico radiofrequenza con la frequenza di precessione dei nuclei di idrogeno (per le macchine cliniche questo \u00e8 solitamente tra 40 e 120 MHz a seconda dell'intensit\u00e0 del campo magnetico statico da 1T a 3T rispettivamente), inducendo ad assorbire energia e poi emetterla in risposta. Il segnale di ritorno dai nuclei \u00e8 molto debole e, prima di arrivare ai conduttori di una grande antenna, inevitabilmente si attenua. Per questa ragione, nella RMN si utilizzano bobine locali posizionate molto vicine per ricevere i segnali. Nella figura centrale, ad esempio, \u00e8 mostrata una situazione tipica di scansione del ginocchio. Con i metamateriali \u00e8 possibile realizzare un risonatore che sar\u00e0 collegato induttivamente con la gabbia di Faraday. \u00c8 sufficiente posizionare un tale dispositivo vicino alla parte del corpo del paziente interessata e il segnale verr\u00e0 ricevuto non peggio che con una bobina locale! In caso di successo nella realizzazione del concetto, i pazienti non dovranno pi\u00f9 districarsi tra i fili, e la procedura di diagnosi RMN diventer\u00e0 pi\u00f9 confortevole.<\/p>\n<p>Proprio questo dispositivo ho cercato di creare all'inizio, immergendo i fili nell'acqua e cercando di scansionare un'arancia. I fili immersi in acqua della prima immagine di questo articolo non sono altro che meta-atomi, ognuno dei quali rappresenta un dipolo a mezza lunghezza d'onda \u2013 una delle configurazioni pi\u00f9 conosciute delle antenne, familiare a chiunque sia appassionato di radio.<br \/>\nLi immergono nell'acqua non per evitare che prendano fuoco nella RMN (anche se serve a questo), ma per ridurre la loro lunghezza d'onda di risonanza grazie all'alta permeabilit\u00e0 dielettrica dell'acqua.<br \/>\n<img decoding=\"async\" alt=\"Analizziamo la risonanza magnetica II: Metamateriali nella risonanza magnetica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/7ea631018abe5bfaaaabb00d744a1191.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\nQuesta tecnica \u00e8 gi\u00e0 da tempo utilizzata nei ricevitori radio, arrotolando un filo su un pezzo di ferrite \u2014 la cosiddetta antenna in ferrite. Solo che il ferrite ha un'alta permeabilit\u00e0 magnetica e non dielettrica, ma funziona comunque e permette di ridurre le dimensioni di risonanza dell'antenna. Sfortunatamente, non \u00e8 possibile inserire il ferrite nella RMN, dato che \u00e8 magnetico. L'acqua \u00e8 un'alternativa economica e accessibile.<\/p>\n<p>\u00c8 ovvio che per i calcoli di tutte queste cose \u00e8 necessario costruire modelli matematici complessi che considerano la relazione tra gli elementi di risonanza, i parametri dell'ambiente e le fonti di radiazione... oppure si pu\u00f2 sfruttare i frutti del progresso e utilizzare software per la modellazione elettromagnetica numerica, con cui anche un studente delle scuole superiori pu\u00f2 orientarsi senza difficolt\u00e0 (eccellenti esempi \u2014 CST, HFSS). Il software consente di creare modelli 3D di risonatori, antenne, circuiti elettrici, aggiungere persone \u2014 s\u00ec, insomma, tutto ci\u00f2 che si vuole, l'unica questione \u00e8 la fantasia e le capacit\u00e0 computazionali disponibili. I modelli costruiti vengono suddivisi in griglie, nei cui nodi vengono risolte le famose equazioni di Maxwell.<br \/>\nEcco, ad esempio, la simulazione del campo magnetico a radiofrequenza all'interno della cedola antenna tipo gabbia per uccelli menzionata in precedenza:<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Analizziamo la risonanza magnetica II: Metamateriali nella risonanza magnetica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/36eba982881598c08d29f110af9fe8eb.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\nDiventa subito piuttosto chiaro come ruota il campo. A sinistra viene mostrata la situazione in cui all'interno dell'antenna c'\u00e8 una scatola d'acqua, mentre a destra \u2014 quando la stessa scatola si trova su un risonatore di fili di lunghezza di risonanza. \u00c8 evidente come il campo magnetico si intensifichi notevolmente grazie ai fili. Dopo aver padroneggiato CST e ottimizzato la mia costruzione, ho creato nuovamente un metamateriale che ha effettivamente consentito di amplificare il segnale nel tomografo RMN clinico standard da 1.5T. Era sempre una scatola (anche se pi\u00f9 bella, di acrilico), riempita d'acqua e con un insieme di fili. Questa volta, la struttura \u00e8 stata ottimizzata in base alle condizioni di risonanza, precisamente: scelta della lunghezza dei fili, delle loro posizioni, nonch\u00e9 della quantit\u00e0 d'acqua. Ecco cosa \u00e8 venuto fuori con un pomodoro:<br \/>\n<img decoding=\"async\" alt=\"Analizziamo la risonanza magnetica II: Metamateriali nella risonanza magnetica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/e00ae9cfa963656de8569587693e0d8f.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\nLa prima scansione del pomodoro \u00e8 stata eseguita su una grande antenna. Alla fine si sono ottenuti solo rumori con contorni appena visibili. La seconda volta ho posizionato il frutto su una struttura di risonanza appena sfornata. Non ho creato mappe colorate o qualcosa di simile, poich\u00e9 l'effetto \u00e8 evidente. Cos\u00ec, con la mia esperienza, anche se ho speso un sacco di tempo, ho dimostrato che il concetto funziona. <\/p>\n<p>\u00c8 chiaro a cosa stai pensando: arance, pomodori \u2014 non \u00e8 questo il punto, dov'\u00e8 la sperimentazione sugli esseri umani?<br \/>\nSono stati davvero <noindex>condotti<\/noindex>:<br \/>\n<img decoding=\"async\" alt=\"Analizziamo la risonanza magnetica II: Metamateriali nella risonanza magnetica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/2dd9da91675075a7fccf6a6334ae4ba7.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\nIl braccio di un volontario che sta passando la risonanza magnetica \u00e8 appoggiato sulla solita scatola. D'altronde, l'acqua nella scatola, essendo composta da idrogeno, \u00e8 anche ben visibile. L'amplificazione del segnale avviene nella zona del polso che poggia sul risonatore, mentre tutte le altre parti del corpo sono visibili male. \u00c8 chiaro che si pu\u00f2 ottenere lo stesso effetto, se non migliore, utilizzando le normali bobine cliniche. Ma il fatto che si possano realizzare cose simili, semplicemente combinando spazialmente acqua e cavi, accoppiandoli nel modo giusto, \u00e8 mozzafiato. Ancora pi\u00f9 sorprendente \u00e8 che queste conoscenze possano derivare dall'analisi di fenomeni apparentemente non correlati, come la rifrazione della luce. <\/p>\n<p><b class=\"spoiler_title\">Per quelli che non si sono ancora stancati<\/b>Attualmente la struttura della scatola con acqua \u00e8 gi\u00e0 stata migliorata. Ora \u00e8 semplicemente una scheda stampata piatta, che consente di localizzare il campo magnetico di una grande antenna esterna attorno a s\u00e9. Inoltre, la sua zona operativa \u00e8 pi\u00f9 ampia rispetto a quella della precedente struttura:<br \/>\n<img decoding=\"async\" alt=\"Analizziamo la risonanza magnetica II: Metamateriali nella risonanza magnetica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/3ba7885a24d292f3fc5b4756e77d3f3b.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\nLe strisce colorate mostrano l'intensit\u00e0 del campo magnetico sopra la struttura quando \u00e8 eccitata da una fonte esterna di onde elettromagnetiche. La struttura piatta rappresenta una tipica linea di trasmissione, nota nell'elettronica, ma pu\u00f2 essere considerata anche un metamateriale per la risonanza magnetica. Questa \"bobina senza fili\" pu\u00f2 gi\u00e0 competere con le bobine standard per l'uniformit\u00e0 del campo creato a una certa profondit\u00e0 nell'oggetto di scansione:<br \/>\n<img decoding=\"async\" alt=\"Analizziamo la risonanza magnetica II: Metamateriali nella risonanza magnetica\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2019\/04\/249856e9d66e12dda02fe354490e0ea4.jpeg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\nL'animazione mostra strato dopo strato una mappa a colori del segnale all'interno di una scatola d'acqua in MRI. Il colore indica l'intensit\u00e0 dei segnali provenienti dai nuclei di idrogeno. Nell'angolo in alto a sinistra viene utilizzato un segmento di una bobina standard per la scansione della schiena come ricevitore. L'angolo in basso a sinistra mostra quando la scatola \u00e8 posizionata su un risonatore a forma di scheda. A destra in basso - il segnale \u00e8 ricevuto da una grande antenna integrata nel tunnel del tomografo. Ho confrontato l'omogeneit\u00e0 del segnale nella zona evidenziata da un rettangolo. Ad una certa altezza, il metamateriale funziona meglio della bobina in termini di omogeneit\u00e0 del segnale. Per le applicazioni cliniche, questo potrebbe non essere un traguardo particolarmente significativo, ma quando si tratta di impostazioni scientifiche di MRI, dove si esaminano i ratti, pu\u00f2 aiutare a ottenere un incremento del segnale e una riduzione della potenza necessaria degli impulsi radioelettrici. <\/p>\n<p>\nRiguardo al \u00abmiglioramento del 200%\u00bb all'inizio dell'articolo - naturalmente, \u00e8 l'ennesimo frutto dell'amore non corrisposto tra giornalisti e scienziati, tuttavia non si pu\u00f2 dire che si tratti di ricerche prive di significato, come dimostra l'interesse per questo argomento nei gruppi scientifici di tutto il mondo. \u00c8 sorprendente, ma ci sono lavori in corso anche qui in Russia, anche se, sulla base della mia personale esperienza, ci\u00f2 \u00e8 piuttosto un'eccezione rara. Ci sono ancora molti problemi irrisolti legati all'uso dei metamateriali in MRI. Oltre alla localizzazione dei campi magnetici per ottenere un'immagine di qualit\u00e0, non bisogna dimenticare i campi elettrici che portano al riscaldamento dei tessuti, cos\u00ec come l'assorbimento da parte dei tessuti dei pazienti in esame dell'energia del campo a radiofrequenza. Per queste questioni, nell'uso clinico, deve esserci un controllo speciale, che si complica notevolmente con l'uso di risonatori che localizzano i campi. Finch\u00e9 i metamateriali per MRI rimangono nel campo della ricerca scientifica, i risultati ottenuti sono gi\u00e0 piuttosto interessanti e forse in futuro la procedura di MRI grazie a loro cambier\u00e0 in meglio, diventando pi\u00f9 rapida e sicura.<br \/>\n<br \/>Fonte: <a content=\"nofollow\" rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/post\/427897\/\">habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"<p>\u041c\u0438\u043c\u043e \u0443\u0445\u0430 \u043f\u0440\u043e\u0441\u0432\u0438\u0441\u0442\u0435\u043b\u0430 \u043e\u0442\u0432\u0435\u0440\u0442\u043a\u0430. \u0421 \u0433\u0440\u043e\u043c\u043a\u0438\u043c \u0437\u0432\u043e\u043d\u043e\u043c \u043e\u043d\u0430 \u0437\u0430\u043c\u0435\u0440\u043b\u0430 \u043d\u0430 \u043a\u043e\u0440\u043f\u0443\u0441\u0435 \u043a\u0440\u0438\u043e\u0441\u0442\u0430\u0442\u0430. \u0427\u0435\u0440\u0442\u044b\u0445\u043d\u0443\u0432\u0448\u0438\u0441\u044c 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