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最近，波士頓大學的研究人員開發(fā)了一種彩色頭盔，他們說，這種頭盔可以與MR掃描結合，增加了MR系統的信噪比，從而為醫(yī)學診斷提供更高質量的圖像。這是一種由小單元細胞單獨創(chuàng)造的工程結構，但當以一種精確的方式組合在一起時，就會獲得自然界中沒有發(fā)現的新的超級力量。

克武(左)和張欣，機械工程教授，通過精確連接超材料諧振器來引導核磁共振機的磁場來設計這個裝置。

它可能看起來像一個奇怪的自行車頭盔，或者是在布朗博士實驗室里發(fā)現的一件設備，它是由超材料方面的專家，電氣和計算機工程、生物醫(yī)學工程、材料科學和工程教授張欣，和她的光子學中心科學家團隊BU共同研發(fā)而成，這項工作得到了美國國立衛(wèi)生研究院的支持。回到未來，這個由塑料和銅線制成的小玩意是一項技術突破，有可能徹底改變醫(yī)學成像。盡管它看起來很好玩，但它實際上是一種超材料，包含了大量的物理、工程和數學知識。

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可穿戴磁性超材料

使MRI掃描更快、更便宜

這是一種新設計的可穿戴磁性超材料，圓頂形器件由磁性超材料諧振器和銅線包裹的3D印刷塑料管組成，排列在一個陣列上，精確地排列成核磁共振機的磁場通道，將磁性超材料以頭盔的形式放置或作為最初設計的平面陣列，這些諧振器被精確地布置成磁場通道，提高了MR機的信噪比。圓頂形狀的裝置適合于人的頭部，可以在腦部掃描時佩戴，增強了磁共振成像性能，產生了更清晰的圖像，當接近掃描部位時，對醫(yī)生、放射科醫(yī)生和病人來說，可以以兩倍于正常的速度捕捉到更高質量的圖像。

張欣(音譯設計的這樣一種聲學超材料，阻塞聲而不停止氣流(想象一下更安靜的噴氣式發(fā)動機和空調)和磁性超材料以提高用于醫(yī)學診斷的磁共振成像儀質量。她認為，這種解決方案有可能降低MR的成本，減少醫(yī)生、放射科醫(yī)生和病人的時間。

“從理論上講，任何涉及大腦的病理都可能被處理，包括中風成像、癌癥或退行性腦疾病。然而，這是一種利用超材料治療大腦MR的潛在方法的早期原型，仍需要不斷地將其轉化為臨床應用，“她和她的同事、波士頓大學醫(yī)學中心放射科主任斯蒂芬-安德森(Stephan Anderson)博士告訴HCB新聞。

磁性超材料是一種工程結構，由小單元細胞產生。這些細胞可能單獨做不了什么，但它們一起獲得新的能力，例如能夠彎曲、吸收和操縱電磁波、聲波或無線電波。每個單元單元，也稱為諧振器，通常排列成行和列的重復圖案；它們可以設計成不同的大小和形狀，并放置在不同的方向，這取決于它們設計的影響是什么波。當一個人只需要把頭盔戴在頭上進行腦部掃描時，便可以使MRI更快、更方便地掃描。

用更經濟的方式對大腦成像的其他頭盔技術也在研究之中，早在2018年，范德比爾特大學的研究人員就建立了一個配備 AI 的帽子狀接口，它集成了超聲和腦電圖技術，用于實時成像。這有助于理解動作和情緒是如何刺激大腦器官的不同部位的，這樣人們就可以用他們的思想來指導軟件和機器人執(zhí)行任務。

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2016 年，西弗吉尼亞大學創(chuàng)造了一種低劑量便攜式 PET 掃描系統，當佩戴時，可以潛在地掃描運動中的人，其輻射量是全尺寸固定PET機器使用輻射量的十分之一。這將有助于更好地評估和診斷阿爾茨海默病和自閉癥等疾病，并減少掃描時間。

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可與廉價的低場核磁共振機結合使用

科學家們此前在 2019 年使用它們創(chuàng)建了一個平面陣列，可以放在被掃描的身體部位附近，以提高圖像質量。在一項測試中，他們在1.5 T 磁共振系統上掃描雞腿、西紅柿和葡萄，加入平面陣列后，信噪比提高了4.2倍。

因此，研究人員將平面陣列和頭盔技術視為添加劑工具，可以提高低強度磁共振系統的成像能力，并使醫(yī)院不必投資昂貴的高端動力掃描儀升級，這些設備具有較高的安全風險。他們還認為，這種超材料有一天可以用于超低場磁共振，它所依賴的磁場比標準機器低幾千倍。這將有助于擴大 MR 技術在發(fā)展中國家和世界范圍內的可用性。

磁性超材料有可能與廉價的低場核磁共振機結合使用，使這項技術更加廣泛，特別是在發(fā)展中國家。“如果你能夠提供可以顯著提高信噪比的東西，我們可以開始考慮以前不存在的可能性，”安德森在 2019 年補充說，“這包括在戰(zhàn)場附近或其他偏遠地區(qū)部署MR的可能性，能夠簡化這種先進技術非常吸引人”。

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市場穩(wěn)步增長

近年來，隨著全球經濟發(fā)展以及人口老齡化問題不斷涌現，醫(yī)療市場的潛力被進一步激發(fā)，伴隨了醫(yī)療器械市場的進一步擴容；醫(yī)療影像市場依舊位居第一。其中從全球市場規(guī)模來看，MR設備市場呈現穩(wěn)步增長態(tài)勢。

據統計，2020年全球MR設備市場規(guī)模為93億美元，同比上漲3.33%，年均復合增長速度為4.4%。預計2021年全球MR設備市場規(guī)模將達到99億美元。2020年1-12月核磁共振成像裝置中國進出口總市場容量7.25億美元，累計出口約1.29億美元，累計進口約5.96億美元。

全球市場增速穩(wěn)定，產品更新換代產生需求。核磁共振成像是一種利用核磁共振原理的醫(yī)學影像技術。與其他輔助檢查手段相比，核磁共振具有成像參數多、掃描速度快、組織分辨率高和圖像更清晰等優(yōu)點。全球市場超導 MR 逐漸成為主流產品，其中 1.5T MR 系統目前保有量最多。

而此次波士頓大學的研究人員開發(fā)的彩色頭盔可以與MR掃描結合，增加了MR系統的信噪比，從而為醫(yī)學診斷提供更高質量的圖像。其與低場強MR結合，可以提高低強度磁共振系統的成像能力，并使醫(yī)院不必投資昂貴的高端動力掃描儀升級，這些設備具有較高的安全風險。在很多方面的優(yōu)勢，搭載在低場強MR上或進一步提升其性能，可以減少升級換代帶來的支出。

在未來這種超材料有一天可以用于超低場磁共振，它所依賴的磁場比標準機器低幾千倍。這將有助于擴大 MR 技術在發(fā)展中國家和世界范圍內的可用性。器械之家將持續(xù)關注該技術發(fā)展。