Ученые из Сколтеха, MIT и Гарварда разработали метод, позволяющий минимизировать нагрев тканей человека во время магнитно-резонансной томографии. Профессор Сколтеха Атанасиос Полимеридис (Athanasios Polimeridis) и его коллеги Жордж Виллена (Jorge Villena),MIT, Йигиткан Ерйаман (Yigitcan Eryaman) , университет Миннесоты, Эльфар Aдальштейнсон (Elfar Adalsteinson), Гарвард/ MIT отделение медицинских наук и технологий , Лоуренс Вальд (Lawrence Wald), Гарвард , Якоб Вайт (Jacob White) и Лука Даниел (Luca Daniel), MIT, опубликовали результаты своей работы в журнале международного объединения IEEE – Transactions on Biomedical Engineering.
Многочисленные биомедицинские технологии зависят от сложных манипуляций с электромагнитными и акустическими полями в тканях человека. В качестве примеров можно привести различные методы визуализации: магнитный и ультразвуковой резонанс; методы лечения: глубокая стимуляция мозга, локализованная гипертермия; а также беспроводные имплантируемые устройства: нейро- и кардиостимуляторы. Рынок этих технологий быстро растет в основном за счет новых конструктивных решений, которые позволяют резко сократить себестоимость метода или существенно улучшить функциональность. Распределение поля в сильно неоднородной ткани человека – это главная сложность при использовании данных медицинских технологий. Но не смотря на огромную заинтересованность в этих технологиях, распределение поля в тканях до сих пор анализируется с помощью методов, ранее разработанных для моделирования сигнала и распределения волн в металлических коробках и печатных платах. Использование таких технологий, которые одновременно являются неточными и медленными, также замедляет возможность адаптирования новых технологии под специфику пациентов.
Результатом совместного проекта стал специализированный метод, основанный на вычислении объемных интегралов, скомпонованный со схемой сжатой матрицы. Конечной целью являлось создание специфичного инструмента для анализа магнитно-резонансного поля, который работает точнее и на порядок быстрее, чем современные широко используемые алгоритмы, взятые из других областей. Те скорости, которых позволил достичь данный метод, станут новой ступенью в исследовании парадигм, считаемых классическими, как среди тех, кто конструирует МРТ аппаратуру, так и среди специалистов по визуализации. Так, например, станет возможным вносить кардинальные изменения в методику эксперимента за счёт того, что настройка поля будет производиться для каждого конкретного пациента с параллельным контролем безопасности. Основные алгоритмы этой работы были реализованы в программе MARIE (аббревиатура – Магнитно-резонансное интегральное уравнение): открытом пакете программного обеспечения на основе MATLAB, который доступен для скачивания по ссылке https://github.com/thanospol/MARIE (Рис.1).
Рис. 1. Этапы исследования с помощью магнитно-резонансной функции Грина (MRGF): (а) задание дискретизации модели тела и объемного интегрального уравнения; (б) определение соленоида для функций Грина; (в) вычисление функций Грина – определение множества точек и предварительно рассчитанных матриц; (г-д) он-лайн электромагнитный калькулятор: объединение интегральной модели желаемой поверхности с функциями Грина
Профессор Полимеридис недавно получил финансирование от Программы Трансляционных исследований и инноваций Сколтеха на реализацию данного метода из научно-исследовательского прототипа в коммерческий продукт, который в долгосрочной перспективе будет использоваться для анализа электромагнитных полей в тканях. Изначально внимание будет сосредоточено на рынке магнитно-резонансной терапии.
Ссылка на публикацию: http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?arnumber=7390073&queryText=polimeridis&sortType=desc_p_Publication_Year&searchField=Search_All
* Сколковский институт науки и технологий (Сколтех) – негосударственное научно-образовательное учреждение в Сколково (Россия, Московская область). Созданный в 2011 году при участии Массачусетского технологического института (МТИ), институт готовит новые поколения исследователей и предпринимателей, развивает научные знания и содействует технологическим инновациям с целью решения важнейших проблем, стоящих перед Россией и миром в новом тысячелетии. Сколтех строит свою работу, опираясь на опыт лучших российских и международных образовательных и исследовательских институтов. При этом особый акцент делается на преподавание навыков предпринимательской и инновационной деятельности.
Контакты:
Skoltech Communications
+7 (495) 280 14 81
