Физики и биоинженеры могут манипулировать направляющими проводами с магнитным приводом, используя дистанционное магнитное управление, что открывает возможности для минимально инвазивных медицинских процедур. В настоящее время стратегии магнитного управления ограничены низкими магнитными полями, что препятствует их интеграции в медицинские системы, работающие при сверхвысоких полях, включая сканеры магнитно-резонансной томографии (МРТ). В новом исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, Мехмет Тирьяки и исследовательская группа с кафедр физического интеллекта, биомедицинской инженерии и медицины в Германии, Швейцарии и Турции разработали конструкцию магнитного направляющего провода наряду со стратегиями управления при сверхвысоких полях.
Работа продемонстрировала обширную сферу исследований, а также потенциал для перемагничивания in situ. Результаты работы продемонстрировали принципы управления магнитной направляющей из неодимовых магнитов и оптоволоконного стержня в доклиническом магнитно-резонансном томографе. Недавно разработанная система магнитного управления в сверхвысоком поле может способствовать использованию магнитной автоматики следующего поколения в клинических МРТ-сканерах.
Продвижение системы магнитно-резонансной томографии (МРТ)
Несмотря на десятилетнее развитие методов магнитно-резонансной томографии, эта технология имеет недостатки по сравнению с рентгеновской рентгеноскопией. Отсутствие ионизирующего излучения в рентгеновской рентгеноскопии наряду с превосходным контрастированием мягких тканей делает ее более совершенной альтернативой. В настоящее время возможности МРТ ограничены площадью рабочего пространства в сканере и более низким разрешением, что привело к появлению ряда новых предложений по усовершенствованию метода.
Например, полностью дистанционный метод приведения в действие с помощью МРТ может включать в себя постоянный магнит с ферромагнитом для интуитивного трехмерного (3D) управления. Однако этот метод требует доступа к программному обеспечению в режиме реального времени и дополнительной мощности для работы внутри МРТ-сканера. В данной работе Тирьяки и его коллеги представили стратегию управления магнитной направляющей в сверхвысоком поле в МРТ-сканере и продемонстрировали ее способность к управлению в физиологически значимых трехмерных сосудистых фантомах с артериальным потоком, а также во время МРТ-сканирования в почке на животной модели.
Постоянные магниты, такие как неодимовые магниты, обычно используются при магнитном управлении для передачи высокого магнитного момента и силы при низких магнитных полях. Постоянные магниты разработаны с постоянным вектором намагниченности, выровненным по легкой оси магнита при низких магнитных полях. Хотя физики изучили магнитную теорию постоянных магнитов при сверхвысоких полях, им еще предстоит исследовать эффекты этой концепции при автоматизированном магнитном управлении.
Например, при сверхвысоких полях постоянные магниты принимают форму мягких магнитов. Поэтому группа исследовала вектор намагниченности и рассчитала магнитную силу и крутящий момент, действующие на постоянные магниты. Они сосредоточились на объемных неодимовых магнитах и использовали магнитометр с вибрирующим образцом, чтобы вывести константы магнитного материала, а также изучили влияние магнитного гистерезиса, чтобы проверить силу намагниченности.
Тирьяки и коллеги измерили магнитное поле и магнитный градиент в МРТ-сканере для моделирования магнитного момента и силы. Они рассчитали угол намагничивания и крутящий момент, действующий на постоянный магнит при сверхвысоких полях, исследовали конструкцию сопутствующей гибкой конструкции, образующей упругий сердечник направляющего провода, и оптимизировали жесткость гибкого тела для магнитного приведения в действие направляющих проводов и маневрирования системой магнитного приведения.
Команда использовала программное обеспечение с открытым исходным кодом и разработала динамическую симуляцию модели стержня Коссерата для имитации формы направляющей проволоки и включила упругие и гравитационные силы, чтобы понять их влияние на магнитную силу и крутящий момент МРТ. Они провели моделирование изгиба для подтверждения модулей Юнга и других параметров, лежащих в основе динамики направляющих рельсов, чтобы проактивно использовать магнитные направляющие рельсы.
Ещё на этих выходных про свидание на крыше в Москве почитал, думаю это должно заинтересовать достаточно большое количество людей. Заходите не пожалеете.