磁共振成像（MRI）是医生用于诊断疾病的最有价值的工具之一。然而，即使使用今天先进的扫描仪，某些区域的清晰图像仍然难以生成。深层脑结构和眼睛及周围眼眶的细腻组织尤其具有挑战性，因为负责传输和接收无线电频率信号的硬件存在限制。现在，由Max Delbrück中心教授Thoralf Niendorf的博士生Nandita Saha领导的团队开发了一种基于先进工程材料的新型MRI天线。这项创新能够在更短的时间内生成更清晰的图像，并可集成到现有MRI系统中，而无需完全新造机器。他们的研究结果发表在《先进材料》杂志上。该项目汇聚了来自Max Delbrück中心和罗斯托克大学医学中心的MRI物理学、临床眼科学和转化成像领域的专家。罗斯托克的研究人员还在帮助验证该技术的未来临床应用。Niendorf说：“通过利用超材料的概念，我们能够更有效地引导无线电频率场，并证明先进物理学如何直接改善医学成像。这项工作展示了通向更快、更清晰的MRI扫描的途径，这可能在许多临床领域惠及患者。”超材料改善MRI性能MRI扫描仪通过在施加强大磁场的同时向身体发送无线电频率（RF）信号来生成图像。当组织对这些信号作出响应时，扫描仪收集生成图像所需的信息。更强的信号通常会产生更清晰、更详细的扫描。传统的MRI天线，也称为RF线圈，常常难以从位于身体内部深处或解剖结构复杂的区域收集足够的信号。因此，图像质量往往会受损，扫描时间可能会延长。为了克服这一限制，研究人员将超材料直接融入MRI天线中。超材料是经过特殊设计的结构，它们与电磁波相互作用的方式是自然材料无法做到的。在测试中，新型天线增强了来自目标组织的信号，提高了空间分辨率，改善了图像锐度，并加快了数据收集。一个重要的优势是，该天线与现有的MRI设备兼容，消除了昂贵的新基础设施的需要。研究人员通过使用7.0特斯拉的MRI扫描仪，在志愿者身上成像眼睛和眼眶来测试设计。罗斯托克大学医学中心的论文共同作者Oliver Stachs教授说：“我们的研究对于眼科应用具有明确的相关性，因为它能够促进眼睛的解剖详细、高空间分辨率的MRI成像。这为观察眼睛及（病理）生理过程打开了一扇窗，过去这些过程基本上都是难以接触的。”超越眼部成像的潜力“Saha补充道：“我们的目标是从现代天线设计的物理学重新思考MRI硬件。”她表示，这项技术也可以被改编，以帮助保护身体内的敏感部分在MRI检查期间，减少医疗植入物周围的不必要加热。此外，它还可能通过更精确地引导RF能量来改善MRI引导的癌症治疗，例如肿瘤超热或热组织消融。更快的扫描和更好的诊断MRI检查可能耗时较长且不舒服，尤其是在因难以捕捉重要解剖细节而需要重复进行扫描时。通过更快地生成更清晰的图像，新的天线可以缩短扫描时间，同时增强医生对诊断的信心。由于天线小巧且轻便，还可以根据身体不同部位进行定制，潜在地提高患者在成像过程中的舒适性。Niendorf表示，该设计最终可能适用于7.0特斯拉以下和以上的MRI系统，也可以为眼睛、眼眶和大脑之外的器官成像量身定制，或用于监测新陈代谢和追踪药物在体内的运动。该技术还可能改善成像氢以外原子的特殊MRI技术，包括钠和氟，通过产生更强的信号和更高质量的图像。“成像硬件的创新有潜力改变诊断，而这项研究是下一代MRI技术的重要一步，”罗斯托克大学医学中心的论文共同作者Dr. Ebba Beller表示。下一步研究团队正在准备涉及多家医院的大型临床研究，同时修改天线以适应其他器官，包括心脏和肾脏。Stachs与Niendorf之间长期的合作也将继续，通过互访科学家的安排延续。