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Un'immagine più completa dei tuoi polmoni
La risonanza magnetica (MRI) può creare immagini dettagliate di quasi tutti i tessuti del corpo, consentendo ai medici di monitorare il flusso sanguigno nel cervello, mappare i confini dei tumori e trovare dischi spinali scivolati. Ma la risonanza magnetica convenzionale, che visualizza l'acqua nel corpo, produce immagini scadenti dei polmoni, che sono pieni d'aria, e fornisce un'immagine incompleta delle funzioni polmonari. Ora i ricercatori dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics di Cambridge, MA, hanno costruito una macchina per la risonanza magnetica economica che utilizza un debole campo magnetico per visualizzare aspetti critici della fisiologia polmonare che sono invisibili alle tecniche di imaging convenzionali.
RM in piedi: Un sistema MRI economico per visualizzare la funzione polmonare utilizza parti disponibili in qualsiasi negozio di ferramenta. I soggetti seduti e sdraiati all'interno dello scanner indossano un'antenna costituita da un tubo di cartone, bobine di filo e una copertura in gomma. La disposizione a forma di recinzione dei fili metallici dirige un debole campo magnetico verso il soggetto. In fondo c'è lo scienziato in visita ad Harvard Matthew Rosen, che ha costruito il sistema.
Guidato da Matteo Rosen , uno scienziato in visita presso il centro Harvard-Smithsonian, e Ronald Walsworth , un docente di fisica ad Harvard, i ricercatori hanno costruito uno scanner MRI che visualizza come il gas scorre attraverso i polmoni e quanto ossigeno viene assorbito in tutto il tessuto polmonare. Hanno utilizzato il sistema per studiare come differisce la funzione polmonare quando si è sdraiati, seduti o in piedi e stanno pianificando uno studio sull'asma in collaborazione con il Martinos Center for Biomedical Imaging a Boston. Il sistema non è ancora stato utilizzato per confrontare pazienti sani e malati. Se si dimostrerà valido negli studi clinici, i ricercatori di Harvard ritengono che sarebbe economico e abbastanza semplice da poter essere utilizzato negli studi dei pneumologi.
La funzione polmonare dipende dall'orientamento del corpo, ma non è stato possibile studiarlo prima perché la risonanza magnetica convenzionale richiederebbe ai pazienti di sdraiarsi sulla schiena. (La PET può essere utilizzata per esaminare alcuni aspetti della fisiologia dei polmoni, ma fornisce informazioni limitate.) I sintomi dell'asma possono essere esacerbati, ad esempio, quando i pazienti si sdraiano. Il sistema di Harvard consente l'imaging con il paziente in qualsiasi orientamento, cosa che nessuno è mai stato in grado di fare, afferma Bastiaan Driehuys , un assistente professore presso il Center for In Vivo Microscopy presso la Duke University.
Il sistema aperto di risonanza magnetica può anche consentire di monitorare la funzione polmonare dei neonati in terapia intensiva senza tirarli fuori dalle incubatrici. I ricercatori hanno depositato un brevetto provvisorio per questa applicazione.
A differenza della risonanza magnetica convenzionale, che visualizza i protoni nelle molecole d'acqua, il sistema di risonanza magnetica di Harvard monitora il gas elio polarizzato magneticamente inalato dai soggetti. La risonanza magnetica convenzionale richiede un magnete circa 150 volte più forte di quello del sistema di Harvard per allineare magneticamente i protoni all'interno del corpo. Ma l'elio utilizzato nel sistema di Harvard è allineato magneticamente prima che il paziente lo inspiri, rendendo possibile l'utilizzo di un magnete molto debole all'interno dello scanner.
Controllo polmonare: Le immagini dei polmoni di un soggetto sano scattate con il sistema di risonanza magnetica di Harvard mostrano le concentrazioni regionali di ossigeno quando si è sdraiati (a sinistra) e seduti (a destra).
Nell'imager di Rosen, il campo magnetico è generato da due bobine montate su quelli che sembrano due tralicci metallici da giardino. Le griglie e gli anelli in queste strutture dirigono il campo verso una persona sdraiata, in piedi o seduta al centro. (Nelle macchine per risonanza magnetica convenzionali, un magnete cilindrico che circonda il paziente supino produce il forte campo magnetico.) Il soggetto indossa un'antenna sul petto che consiste in un tubo di cartone avvolto con una bobina di filo e rivestito di gomma. Dopo aver inalato una miscela di elio polarizzato e aria attraverso un tubo, il soggetto deve stare fermo e trattenere il respiro per un massimo di 30 secondi mentre l'antenna rileva la rotazione magnetica dell'elio nei polmoni del soggetto. Rosen afferma che la costruzione del sistema è costata meno di $ 100.000.
Nel loro imager, Rosen e Walsworth possono vedere la posizione degli atomi di elio nei polmoni di un soggetto. Le molecole di ossigeno influenzano lo spin dell'elio polarizzato, quindi il sistema di Harvard può anche visualizzare la concentrazione di ossigeno nei polmoni. Se è alto in una regione del polmone, l'ossigeno non viene assorbito bene e il soggetto potrebbe avere una scarsa funzionalità polmonare.
Ci sono molti altri gruppi che utilizzano gas polarizzato per creare immagini MRI dei polmoni, afferma Driehuys. Ma tutti gli altri gruppi utilizzano costosi sistemi di risonanza magnetica disponibili in commercio. Ciò che rende unico il lavoro di Rosen e Walworth, afferma Driehuys, è che hanno costruito il proprio scanner MRI economico e a bassa potenza.
I ricercatori di Harvard-Smithsonian stanno ora adattando il loro sistema per ridurre il tempo necessario per l'imaging. Devi stare fermo e trattenere il respiro, dice Rosen, che può essere difficile per le persone con funzionalità polmonare compromessa.