Американские инженеры разработали прототип перчатки, которая позволяет проводить магнитно-резонансную томографию руки во время ее движения. За счет использования высокоимпедансных датчиков вместо низкоимпедансных такая перчатка позволяет получать изображения мягких тканей кисти не в неподвижном состоянии, а например, при работе за компьютером или во время игры на пианино, пишут ученые в Nature Biomedical Engineering.

Магнитно-резонансная томография (МРТ) — один из важнейших методов диагностики в современной медицине. С помощью МРТ можно получать трехмерные изображения мягких тканей различных органов человека и следить за их работой в реальном времени. Сейчас этот метод используется для исследования работы головного мозга, сердечно-сосудистой системы, позвоночника, изучения метаболизма и диагностики онкологических заболеваний. МРТ основана на измерении резонансного электромагнитного отклика ядер атомов некоторых элементов (в первую очередь водорода) внутри человеческого организма на внешнее магнитное поле. Для регистрации резонансного сигнала ядер в радиочастотном диапазоне обычно используется система электромагнитных катушек со строго фиксированным взаимным расположением. Четко определенная геометрия детекторов позволяет подавлять шум и минимизировать взаимное влияния магнитных полей нескольких катушек друг на друга, однако для этого структура всего устройства должна в процессе измерения оставаться неизменной. Поэтому все современные приборы для МРТ требуют фиксации исследуемой части тела в определенном положении в течение всего процесса проведения измерения.

Изображение ладони, полученное с помощью прототипа МРТ-перчатки, во время игры на пианино. Bei Zhang et al./ Nature Biomedical Engineering, 2018

Американские инженеры под руководством Мартейна Клоса (Martijn A. Cloos) из Школы медицины Нью-Йоркского университета нашли возможность избавиться от этого ограничения, что позволило им разработать подвижную систему детекторов для регистрации резонансного сигнала при проведении МРТ и сделать с помощью нее гибкую МРТ-перчатку, которая позволяет проводить измерения, находясь на движущейся кисти человека. Оказалось, что снять требование фиксированной геометрии прибора, связанное с наличием резонансной индуктивной связи между детекторами, можно заменив традиционные электромагнитные катушки с низким импедансом на катушки с высоким импедансом. Именно такие катушки используются в системах беспроводной передачи электроэнергии, и, в отличие от традиционных низкоимпедансных катушек, возникающий в них индукционный ток подавляется, поэтому и не возникает магнитного поля, влияющего на соседние детекторы.

Для проведения реальных измерений набор таких высокимпедансных детекторов ученые пришили к поверхности хлопчатой перчатки и присоединили к системе обработки сигнала, закрепленной на плече.

Несколько срезов трехмерного изображения свободной ладони, полученного с помощью предложенного прототипа МРТ-перчатки. Bei Zhang et al./ Nature Biomedical Engineering, 2018

Несколько срезов трехмерного изображения ладони, сжимающей персик, полученного с помощью предложенного прототипа МРТ-перчатки. Bei Zhang et al./ Nature Biomedical Engineering, 2018

Оказалось, что это устройство позволяет получать точные трехмерные изображения мягких тканей кисти во время движения. Ученые отмечают, что точности получаемого сигнала МРТ-перчатка не уступает традиционным приборам с жесткой фиксацией кисти, но при этом позволяет проводить измерения и при движении ладони или отдельных пальцев друг относительно друга. В частности, работу прототипа ученые проверили во время игры на пианино и при работе за компьютером.

Сравнение изображений ладони, полученных с помощью трех типов традиционных томографов с фиксированной геометрией и предложенного прототипа МРТ-перчатки. Bei Zhang et al./ Nature Biomedical Engineering, 2018

Авторы исследования утверждают, что разработанное ими носимое устройство для магнитно-резонансной томографии — первый подобный прибор, который одновременно обладает и достаточной гибкостью, и достаточной чувствительностью. Благодаря этому впервые с помощью МРТ можно исследовать взаимодействие различных мягких тканей кисти во время их движения. По словам авторов работы, предложенное ими устройство крайне перспективно для диагностики и исследовании, например, хронических болезней кисти, таких как туннельный запястный синдром. Различные разновидности технологических перчаток нередко используются в медицинских целях. Однако чаще подобные перчатки используют не для диагностики заболеваний, а для борьбы с ними. Например, американские инженеры разработали роботизированную перчатку с мягкими актуаторами, которые помогают при реабилитации при нарушениях моторных функций верхних конечностей. А британская компания GyroGear предложила использовать печатку с гироскопом для борьбы с тремором.

Автор: Александр Дубов