磁共振的黄金搭档：超材料头盔来了！

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最近，波士顿大学的研究人员开发了一种彩色头盔，他们说，这种头盔可以与MR扫描结合，增加了MR系统的信噪比，从而为医学诊断提供更高质量的图像。这是一种由小单元细胞单独创造的工程结构，但当以一种精确的方式组合在一起时，就会获得自然界中没有发现的新的超级力量。

克武(左)和张欣，机械工程教授，通过精确连接超材料谐振器来引导核磁共振机的磁场来设计这个装置。

它可能看起来像一个奇怪的自行车头盔，或者是在布朗博士实验室里发现的一件设备，它是由超材料方面的专家，电气和计算机工程、生物医学工程、材料科学和工程教授张欣，和她的光子学中心科学家团队BU共同研发而成，这项工作得到了美国国立卫生研究院的支持。回到未来，这个由塑料和铜线制成的小玩意是一项技术突破，有可能彻底改变医学成像。尽管它看起来很好玩，但它实际上是一种超材料，包含了大量的物理、工程和数学知识。

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可穿戴磁性超材料

使MRI扫描更快、更便宜

这是一种新设计的可穿戴磁性超材料，圆顶形器件由磁性超材料谐振器和铜线包裹的3D印刷塑料管组成，排列在一个阵列上，精确地排列成核磁共振机的磁场通道，将磁性超材料以头盔的形式放置或作为最初设计的平面阵列，这些谐振器被精确地布置成磁场通道，提高了MR机的信噪比。圆顶形状的装置适合于人的头部，可以在脑部扫描时佩戴，增强了磁共振成像性能，产生了更清晰的图像，当接近扫描部位时，对医生、放射科医生和病人来说，可以以两倍于正常的速度捕捉到更高质量的图像。

张欣(音译设计的这样一种声学超材料，阻塞声而不停止气流(想象一下更安静的喷气式发动机和空调)和磁性超材料以提高用于医学诊断的磁共振成像仪质量。她认为，这种解决方案有可能降低MR的成本，减少医生、放射科医生和病人的时间。

“从理论上讲，任何涉及大脑的病理都可能被处理，包括中风成像、癌症或退行性脑疾病。然而，这是一种利用超材料治疗大脑MR的潜在方法的早期原型，仍需要不断地将其转化为临床应用，“她和她的同事、波士顿大学医学中心放射科主任斯蒂芬-安德森(Stephan Anderson)博士告诉HCB新闻。

磁性超材料是一种工程结构，由小单元细胞产生。这些细胞可能单独做不了什么，但它们一起获得新的能力，例如能够弯曲、吸收和操纵电磁波、声波或无线电波。每个单元单元，也称为谐振器，通常排列成行和列的重复图案；它们可以设计成不同的大小和形状，并放置在不同的方向，这取决于它们设计的影响是什么波。当一个人只需要把头盔戴在头上进行脑部扫描时，便可以使MRI更快、更方便地扫描。

用更经济的方式对大脑成像的其他头盔技术也在研究之中，早在2018年，范德比尔特大学的研究人员就建立了一个配备 AI 的帽子状接口，它集成了超声和脑电图技术，用于实时成像。这有助于理解动作和情绪是如何刺激大脑器官的不同部位的，这样人们就可以用他们的思想来指导软件和机器人执行任务。

2016 年，西弗吉尼亚大学创造了一种低剂量便携式 PET 扫描系统，当佩戴时，可以潜在地扫描运动中的人，其辐射量是全尺寸固定PET机器使用辐射量的十分之一。这将有助于更好地评估和诊断阿尔茨海默病和自闭症等疾病，并减少扫描时间。

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可与廉价的低场核磁共振机结合使用

科学家们此前在 2019 年使用它们创建了一个平面阵列，可以放在被扫描的身体部位附近，以提高图像质量。在一项测试中，他们在1.5 T 磁共振系统上扫描鸡腿、西红柿和葡萄，加入平面阵列后，信噪比提高了4.2倍。

因此，研究人员将平面阵列和头盔技术视为添加剂工具，可以提高低强度磁共振系统的成像能力，并使医院不必投资昂贵的高端动力扫描仪升级，这些设备具有较高的安全风险。他们还认为，这种超材料有一天可以用于超低场磁共振，它所依赖的磁场比标准机器低几千倍。这将有助于扩大 MR 技术在发展中国家和世界范围内的可用性。

磁性超材料有可能与廉价的低场核磁共振机结合使用，使这项技术更加广泛，特别是在发展中国家。“如果你能够提供可以显著提高信噪比的东西，我们可以开始考虑以前不存在的可能性，”安德森在 2019 年补充说，“这包括在战场附近或其他偏远地区部署MR的可能性，能够简化这种先进技术非常吸引人”。

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市场稳步增长

近年来，随着全球经济发展以及人口老龄化问题不断涌现，医疗市场的潜力被进一步激发，伴随了医疗器械市场的进一步扩容；医疗影像市场依旧位居第一。其中从全球市场规模来看，MR设备市场呈现稳步增长态势。

据统计，2020年全球MR设备市场规模为93亿美元，同比上涨3.33%，年均复合增长速度为4.4%。预计2021年全球MR设备市场规模将达到99亿美元。2020年1-12月核磁共振成像装置中国进出口总市场容量7.25亿美元，累计出口约1.29亿美元，累计进口约5.96亿美元。

全球市场增速稳定，产品更新换代产生需求。核磁共振成像是一种利用核磁共振原理的医学影像技术。与其他辅助检查手段相比，核磁共振具有成像参数多、扫描速度快、组织分辨率高和图像更清晰等优点。全球市场超导 MR 逐渐成为主流产品，其中 1.5T MR 系统目前保有量最多。

而此次波士顿大学的研究人员开发的彩色头盔可以与MR扫描结合，增加了MR系统的信噪比，从而为医学诊断提供更高质量的图像。其与低场强MR结合，可以提高低强度磁共振系统的成像能力，并使医院不必投资昂贵的高端动力扫描仪升级，这些设备具有较高的安全风险。在很多方面的优势，搭载在低场强MR上或进一步提升其性能，可以减少升级换代带来的支出。

在未来这种超材料有一天可以用于超低场磁共振，它所依赖的磁场比标准机器低几千倍。这将有助于扩大 MR 技术在发展中国家和世界范围内的可用性。器械之家将持续关注该技术发展。

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