Risonanza magnetica portatile economica

I ricercatori hanno escogitato una nuova tecnica per la risonanza magnetica (MRI) che è molto più economica e più portatile della tecnologia attuale. Sebbene non sia fattibile per molte applicazioni mediche tradizionali, il dispositivo potrebbe essere utile, dicono, nei campi della biotecnologia, della geologia e dell'industria, dove i magneti ad alta potenza sono troppo costosi o i campioni contengono proprietà magnetiche che interferiscono con alti campi magnetici.

Un nuovo metodo di risonanza magnetica utilizza magneti e laser a bassa potenza. Innanzitutto, gli atomi in un campione sono esposti a un campo magnetico variabile che li allinea in direzioni diverse. Quindi, dopo che gli atomi sono stati concentrati in una camera di rilevamento, la loro posizione originale può essere determinata dal loro allineamento. Una luce laser che brilla attraverso un gas polarizzato legge i segnali magnetici dal campione, che può essere ricostruito come un'immagine. (Credito: Shoujun Xu, UC Berkeley)

Gli scanner MRI creano immagini delle strutture interne dei tessuti viventi, del flusso di fluidi attraverso i tubi o della struttura di oggetti come rocce e fossili. Il principale svantaggio della risonanza magnetica è che richiede potenti campi magnetici generati da magneti superconduttori per produrre segnali rilevabili, il che la rende una tecnologia costosa e ingombrante.

Un dispositivo MRI nuovo e radicalmente diverso, sviluppato nei laboratori di Alessandro Pini e Dmitry Budker all'Università della California, Berkeley, potrebbe risolvere questi problemi. Si basa su magneti a bassa potenza e costa solo poche migliaia di dollari. Il team spera infine di ridurre al minimo l'attuale configurazione e quindi creare un dispositivo portatile alimentato a batteria che possa essere utilizzato ovunque.

Sia questo gruppo che altre persone si guardano intorno e dicono, dimentichiamoci del modo tipico in cui facciamo la risonanza magnetica, dice Andrew Webb , uno specialista in risonanza magnetica presso la Penn State University. Questo approccio offre un modo completamente diverso di rilevare questo segnale MRI, dice.

Negli scanner MRI tradizionali, un campo magnetico forte e uniforme costringe alcuni degli atomi di idrogeno all'interno di un paziente o di un campione a ruotare nella stessa direzione. Un impulso a radiofrequenza fa quindi spostare gli atomi di idrogeno allineati in uno stato di alta energia. Quando l'impulso termina, questi atomi si riallineano gradualmente emettendo energia. Una bobina magnetica nella macchina per la risonanza magnetica può rilevare questa energia, che viene utilizzata per creare l'immagine.

Il nuovo dispositivo, chiamato magnetometro atomico ottico, è progettato per l'immagine di fluidi come gas e acqua. Il materiale del campione viene prima polarizzato con un magnete. Quindi è esposto a un campo magnetico variabile, in cui ogni atomo nel campione riceve un diverso livello di magnetismo, dandogli uno spin diverso.

Il campione si sposta quindi in una camera di rilevamento. A differenza della risonanza magnetica tradizionale, tuttavia, in cui le informazioni strutturali vengono rilevate utilizzando una bobina magnetica, il laboratorio di Budker ha sviluppato un modo per rilevare il segnale della risonanza magnetica utilizzando la luce. Una cella di vetro vicino alla camera è riempita con atomi di rubidio, che sono altamente sensibili ai cambiamenti nei campi magnetici e possono rilevare segnali magnetici dal campione. Quando una luce laser sonda gli atomi di rubidio, cambiano la polarizzazione della luce laser in base alla forza dei campi magnetici che rilevano. I segnali possono quindi essere ricostruiti in un'immagine. (Una descrizione del dispositivo e dei risultati preliminari sono stati pubblicati il ​​mese scorso nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze. )

L'aspetto più interessante dello studio è che combina due tecnologie che sono entrambe giovani e potrebbero essere ulteriormente migliorate, afferma Michele Romalis , un fisico della Princeton University che sta sviluppando tecniche di risonanza magnetica simili. Con queste due tecnologie è possibile realizzare un sistema piuttosto semplice ed economico, afferma.

Sebbene fornisca una soluzione creativa ad alcuni problemi di imaging, il metodo probabilmente non è attualmente adatto per un uso medico diffuso. Poiché si basa sull'accesso ai fluidi che vengono visualizzati, l'applicazione medica più fattibile sarebbe l'imaging dei polmoni utilizzando un gas polarizzato, afferma Shoujun Xu, un membro del laboratorio di Pines.

Invece, i geologi potrebbero usarlo in laboratorio per studiare campioni di roccia porosa piena di fluido, che spesso contengono impurità magnetiche che interferiscono con i magneti ad alta potenza. E con ulteriori miglioramenti potrebbe un giorno essere utilizzato dall'industria petrolifera per studiare materiali porosi come giacimenti petroliferi e rocce serbatoio, che hanno anche impurità magnetiche.

I ricercatori prevedono anche di applicare la tecnica alla microfluidica, che utilizza tecnologie lab-on-a-chip su piccola scala per studiare i processi biologici, individuare nuovi farmaci e testare i livelli di tossicità nell'acqua. Attualmente, i chip devono essere fabbricati appositamente per l'uso in campi magnetici ad alta potenza per monitorare fluidi e reazioni chimiche con la risonanza magnetica.

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