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穿戴式MRI手套提供手部解剖學的新視角

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2018/05/11

一項新研究發現,一種手套形式的新型核磁共振成像能夠提供骨骼,肌腱和韌帶一起移動的第一個清晰影像。

該研究由紐約大學醫學院領導,剛剛發表於自然生物醫學工程期刊,該研究展示了如何將一種新型MRI元件設計編織成類似服裝的探測器,可首次捕捉移動關節的高品質影像。

研究作者表示,他們的MRI手套原型有望在今後診斷重複性勞損,如辦公室工作人員、運動員和音樂家的腕管綜合症方面做出貢獻。因為這項發明,顯示了不同的組織類型在移動時彼此碰撞的方式,作者說它還能夠建構更通用的手部解剖圖集,以更逼真的姿勢引導手部影像的手術,或者幫助設計更好的義肢。

主要作者同時也是紐約大學醫學院放射科CAI2R影像創新中心研究員的Bei Zhang博士說,這項研究成果首次證明了MRI技術的靈活性和敏感性,足以捕捉手部軟組織力學的複雜性。

自從20世紀70年代出現以來,核磁共振影像(MRI)使醫生對組織內部有了更好的了解,每年診斷出數百萬的疾病,從腦瘤到內出血到韌帶撕裂,但該技術長期以來始終受到一個基本限制的困擾。

MRI透過將組織浸入磁場中發揮作用,使得存在的任何氫原子對齊以在每個組織切片中的一個方向上產生平均磁力。這些「小磁鐵」被電磁波(無線電波)的波浪打破平衡。一旦傾斜,它們會像陀螺一樣旋轉,並發出無線電信號,進而顯示它們的位置並可以重建為影像。

MRI的基本要素是射頻線圈將無線電波轉換為可檢測電流的能力。不幸的是,這意味著捕捉到的(旋轉陀螺)無線電波,在接收器線圈內產生很少的電流,這又產生它們自己的磁場,並且防止附近的線圈抓取乾淨準確的信號。

在過去的30年中,管理相鄰線圈之間相互作用的嘗試造就了最先進的MRI掃描儀,其中接收器線圈被精心佈置以抵消相鄰線圈中的磁場。一旦設定最佳佈置,線圈不能相對於彼此移動,限制了MRI對複雜移動關節影像的能力。

由於所有目前的MRI掃描儀都在接收器線圈(檢測器)中測量產生電流的信號,因此這種線圈一直被設計為允許電流容易流動的「低阻抗」結構。研究人員所做的飛躍是設計一個阻斷電流的高阻抗結構,然後測量磁波中的力「推動」(電壓),試圖在線圈中建立電流的難度。

MR信號沒有產生電流的情況下,新的接收器線圈不再產生干擾相鄰接收器的磁場,從而消除了對剛性結構的需要。研究人員發現,他們的系統在將新線圈縫合成棉質手套的同時,產生了精美的影像,可以自由移動手中的肌肉、肌腱和韌帶,並可彈鋼琴和抓住物體。

MRI信號由氫原子(質子)產生,因此該技術擅長使富含水的軟組織結構成像,其每個分子包含兩個氫原子。因為這個原因,MRI在成像肌肉、神經甚至軟骨方面非常出色,這很難用其他非侵入性方法進行研究。然而,由稠密蛋白而不是流體組成的肌腱和韌帶仍難以獨立觀察,因為兩者都表現為和骨頭並排的黑色帶狀。

這項新的研究發現,在觀察手指彎曲時,新線圈揭示了黑色帶狀與骨頭一致移動的方式,這可能有助於分析伴隨受傷的差異。

紐約大學醫學院放射科CAI2研究所助理教授CAI2R Martijn Cloos博士:「我們想在傳統線圈永遠無法完成的應用中嘗試新的元素,並用手套拍攝影像。我們希望這一結果開創核磁共振成像設計的新時代,可能包括圍繞受傷膝蓋的靈活套管陣列,或者用於研究新生兒腦部發育的舒適帽子。」