Доклиническая гетероядерная магнитно-резонансная томография с регистрацией сигнала от широкого набора диагностически ценных изотопов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-75-10104

НазваниеДоклиническая гетероядерная магнитно-резонансная томография с регистрацией сигнала от широкого набора диагностически ценных изотопов

Руководитель Зубков Михаил Александрович, кандидат наук (признаваемый в РФ PhD)

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" , г Санкт-Петербург

Конкурс №41 - Конкурс 2019 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-602 - Физические методы медицинской диагностики. Томография

Ключевые слова ЯМР, МРТ, томография, метаматериалы, радиочастотные устройства, гетероядерный ЯМР, приёмопередающие антенны, новообразования

Код ГРНТИ76.13.17

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Доклинические исследования способны предоставить широкий спектр данных о работе модельного организма при помещении его в особые контролируемые условия. Такими условиями могут быть как различные роды нагрузок на организм, внесенные в организм препараты, так и вызванные в отдельных органах или системах патологии или другие условия. Подобные исследования в целях безопасности чаще всего проводятся на лабораторных животных и являются необходимым шагом на пути новой медицинской технологии из области фундаментальных исследований в клиническую практику. Отдельно стоит выделить доклинические исследования проводимые методами неинзвазивной визуализации, так как в этом случае получаемые условия наблюдения наиболее приближены к естественному состоянию организма. Неинвазивная визуализация позволяет проводить исследования кинетики лекарственных препаратов и оценивать их эффективность и избирательность их действия, а исследование метаболических свойств модельных патологий (в частности, новообразований) позволяет оценить их реакцию на проводимую терапию и оценку её эффективности, что в свою очередь ведет к повышению разработке стратегий более рационального применения фармпрепаратов. Вследствие этого разнообразие и качество доклинических исследований напрямую влияет на уровень развития высокотехнологичного здравоохранения, а значит требует развития для расширения спектра клинически применимых медицинских технологий. Магнитно-резонансная томография (МРТ) является одним из наиболее эффективных неинвазивных методов визуализации, широко применяющимся как в клинической практике, так и в доклинических исследованиях. Развитие методик МРТ активно ведется как в доклинической, так и в клинической областях. Так, в последнее десятилетие в клинической практике стали активно применяться сложные МРТ-методики, ранее использовавшиеся только в исследовательских целях. К таким можно отнести контраст по переносу намагниченности, функциональную магнитно-резонансную томографию, картирование тензора самодиффузии, гетероядерные исследования и другие. Можно увидеть, что расширение экспериментальной базы доклинических исследований в ходе исследовательского и инновационного процесса непосредственно приводит к увеличению диагностической мощности клинического МРТ. Таким образом, гетероядерные МРТ-исследования являются одним из наиболее динамически развивающихся разделов современной МР-томографии, что обусловлено тенденцией увеличения величины статического магнитного поля, доступного в клинической и исследовательской практике. Однако, в настоящий момент возможности как клинического применения гетероядерной МРТ, так и доклинического её использования существенно ограничены. В частности, большинство гетероядерных МР-исследований проводится с использованием сигналов ядерного магнитного резонанса от изотопов фтора, фосфора, углерода и водорода, в то время как классическая ЯМР-спектроскопия позволяет использовать сигналы ЯМР от изотопов практически всех химических элементов. При этом в томографии в каждом отельном исследовании чаще всего используется сигнал только от двух типов ядер: водорода и одного из других элементов. Данное ограничение вызвано, в частности, типом радиочастотных приёмно-передающих устройств (РЧ-катушек), используемых в доклинических томографах для регистрации сигнала ЯМР. Современные многоядерные катушки в подавляющем большинстве представляют собой пару совмещенных резонаторов типа «птичья клетка», каждый из которых настроен на резонансную частоту соответствующего ядра. Использование данных резонаторов для приёма сигнала других ядер оказывается крайне неэффективно вследствие ограниченного диапазона перестройки резонаторов типа «птичья клетка» без изменения их геометрии. В свою очередь, было показано, что РЧ-катушки, содержащие резонаторы на основе среды из проводов являются более эффективными приёмо-передающими устройствами, чем катушки типа «птичья клетка». Конструкции катушек подобного типа были разработаны как для применения в клинической, так и в доклинической МРТ. Однако, принцип построения данного типа катушек также предполагает узкополосность и низкую перестраиваемость резонансной частоты, что в свою очередь, приводит к ограничениям, аналогичным присущим катушкам типа «птичья клетка». Данный проект направлен на преодоление данного ограничения путём разработки нового принципа построения РЧ-катушек на основе сред из проводов, предполагающего широкий диапазон перестройки рабочей частоты резонатора. Благодаря внедрению перестраиваемых в широком диапазоне частот РЧ-катушек, данный проект предполагает устранить одно из основных препятствий на пути внедрения многоядерных экспериментов в доклиническую магнитно-резонансную томографию.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Иванов В.А., Хуршкайнен А.А., Соломаха Г.А., Зубков М.А. RF-coil with variable resonant frequency for multiheteronuclear ultra-high field MRI Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications (год публикации - 2019)
10.1016/j.photonics.2019.100747

2. Евгений Корешин и Михаил Зубков Cylindrical resonators in penile magnetic resonance imaging: Solenoids versus birdcage AIP Conference Proceedings (год публикации - 2020)
10.1063/5.0031744

3. Г. Соломаха, Дж. Т. Свейда, К. ван Леувен, А. Реннингс, А. Дж. Рааймакерс, С. Глыбовский, Д. Эрни. A self-matched leaky-wave antenna for ultrahigh-field magnetic resonance imaging with low specific absorption rate NATURE COMMUNICATIONS (год публикации - 2021)
10.1038/s41467-020-20708-w

4. Николай И. Авдиевич, Георгий Соломаха, Лорин Рум, Анке Хеннинг, Клаус Шеффлер. Unshielded bent folded‐end dipole 9.4 T human head transceiver array decoupled using modified passive dipoles MAGNETIC RESONANCE IN MEDICINE (год публикации - 2021)
10.1002/mrm.28711

5. Пучнин В., Иванов В., Гуляев М, Зубков М. Magnetic resonance imaging with a multi-tunable metamaterial-inspired radiofrequency coil Journal of Physics: Conference Series, 2015, 012171 (год публикации - 2021)
10.1088/1742-6596/2015/1/012171

6. Пучнин В., Иванов В., Гуляев М., Пирогов Ю., Зубков М. Imaging capabilities of the 1H-X-nucleus metamaterial-inspired multinuclear RF-coil IEEE Transactions on Medical Imaging, 0, 00,000 (год публикации - 2022)
10.1109/TMI.2022.3143693

Публикации