研究人员创建了光学磁力计原型可检测 MRI 扫描中的错误

Hvidovre 医院拥有世界上第一个传感器原型，能够使用激光和气体检测 MRI 扫描中的错误。这种新传感器由哥本哈根大学和 Hvidovre 医院的一位年轻研究人员开发，因此可以完成当前电气传感器无法完成的任务，并有望为更好、更便宜和更快的 MRI 扫描铺平道路。

医生和医疗保健专业人员每天都会使用 MRI 扫描仪来对人体进行独特的观察。特别是，与其他类型的医学成像相比，它们通过具有卓越质量的 3D 图像来研究大脑、重要器官和其他软组织。

虽然这使得先进的工具变得非常宝贵，并且对于医疗保健专业人员来说几乎是不可或缺的，但仍然有改进的空间。

MRI 扫描仪内部的强磁场存在波动，会在扫描中产生错误和干扰。因此，这些昂贵的机器(每小时数百欧元)必须定期校准以减少错误。

还有一些特殊的扫描方法，遗憾的是目前还无法在实践中实现。其中，所谓的螺旋序列可以减少扫描时间，例如在诊断血栓、硬化和肿瘤时。

螺旋序列也将成为 MRI 研究中一个有吸引力的工具，除其他外，它们可以为研究人员和卫生专业人员提供有关脑部疾病的新知识。但由于磁场高度不稳定，目前无法进行此类扫描。

理论上，这个问题可以通过读取并绘制磁场变化的传感器来解决。此后，用计算机纠正图像中的错误就相对简单了。实际上，这对于当前的技术来说是很困难的，因为其他合适的传感器会干扰磁场，因为它们是电动的并且连接到金属电缆。

一项新发明希望让这个问题成为过去。为了解决这个问题，尼尔斯玻尔研究所和丹麦磁共振研究中心 (DRCMR) 的研究人员开发了一种传感器，该传感器在光纤电缆和一个充满气体的小玻璃容器中使用激光。原型已准备就绪并可以运行。

“首先我们证明了它在理论上是可行的，现在我们已经证明它可以在实践中完成。事实上，我们现在有了一个原型，基本上可以在不干扰 MRI 扫描仪的情况下进行所需的测量。

尼尔斯·玻尔研究所 (Niels Bohr Institute) 和 Hvidovre DRCMR 的博士后 Hans Stærkind 表示：“它需要进一步开发和微调，但有潜力使 MRI 扫描更便宜、更好、更快，尽管不一定同时实现这三项。”医院。 Stærkind 是传感器及其附带设备背后的主要架构师。

“如果花时间的话，MRI 扫描仪已经可以生成令人难以置信的图像。但是在我的传感器的帮助下，可以想象使用相同的时间来生成更好的图像，或者花费更少的时间，仍然获得与今天的第三种情况可能是制造一种更便宜的扫描仪，尽管存在一些错误，但在我的传感器的帮助下仍然可以提供良好的图像质量，”研究人员说。

原型如何工作

MRI 扫描仪使用强大的磁铁产生强磁场，迫使体内的水、碳水化合物和蛋白质中的质子与磁场对齐。当无线电波脉冲穿过患者时，质子会受到刺激并暂时脱离平衡。

该原型机已在 Hvidovre 医院投入使用，收集测试数据后将对其进行微调。照片：哥本哈根大学。图片来源：哥本哈根大学

当它们随后恢复与磁场对齐时，它们会释放无线电波，可用于形成所扫描物体的实时 3D 图像。

Hans Stærkind 的原型使用一种发送和接收激光的设备，看起来像 20 世纪 90 年代的立体声系统。它通过光纤电缆(即没有任何金属)将激光发送到位于扫描仪中的四个传感器中。

在传感器内，光穿过一个含有铯气体的小玻璃容器，铯气体会吸收正确光频率的光。

“当激光穿过气体时具有正确的频率时，铯原子中的光波和电子之间就会发生共振。但是当气体暴露在磁场。

“通过这种方式，我们可以通过找出正确的频率来测量磁场的强度。这完全是自动发生的，并且由接收设备闪电般快速地发生，”研究人员解释道。

当 MRI 扫描仪的超强磁场发生干扰时，Stærkind 的原型会绘制出干扰在磁场中发生的位置以及磁场发生变化的强度。在不久的将来，这可能意味着可以根据传感器收集的数据来纠正受干扰和有缺陷的图像，并随后使其准确且完全可用。

具有商业前景的创新——数据到位

该原型目前存放在哥本哈根 Hvidovre 医院的 DRCMR，这也是这个想法的诞生地。

“最初的想法来自我在 DRCMR 的主管 Esben Petersen，不幸的是他已经不再和我们在一起了。他看到了开发基于激光和气体的传感器的巨大潜力，这种传感器能够在不干扰磁场的情况下测量磁场。”斯塔金德说。

在尼尔斯·玻尔研究所的量子物理学家(包括尤金·波尔齐克教授)的帮助下，Stærkind 将这一想法发展为实际的理论。有了原型，他现在已经将该理论付诸实践。

“该原型的设计方式使其已经适合在医院环境中作为一种坚固且功能良好的仪器。到目前为止，我们的测试表明它可以正常工作。可以想象，这项发明最终将成为现实。直接集成到新的 MRI 扫描仪中，”Stærkind 说。

目前，该原型将进一步开发，使其测量变得更加准确。

“我们需要收集数据并对其进行微调，使其不断成为发现扫描错误的越来越好的工具。之后，我们将继续进行令人兴奋的纠正 MRI 图像错误的工作，并找出答案在什么情况下以及哪种类型的扫描我们的传感器可以产生重大影响，”研究人员说。

Stærkind 表示，他的传感器的直接目标群体是 MRI 研究单位。但他也希望大型 MRI 制造商之一能从长远来看了解这项新技术。

“一旦原型在 2.0 版本中得到完善，并通过医院实际扫描的大量数据记录其质量，我们就会看到它的发展方向。它肯定有潜力以独特的方式改进 MRI 扫描，从而受益医生，尤其是患者，”研究人员说。