På Hvidovre Hospital står verdens første prototype af en sensor, der er i stand til at finde fejl i MR-skanninger ved hjælp af laserlys og gas. Den nye sensor, der er udviklet af en ung forsker på Københavns Universitet og Hvidovre Hospital, kan dermed gøre, hvad der er umuligt for nuværende elektriske sensorer – og forhåbentlig gøre MR-skanninger bedre, billigere og hurtigere
MR-skannere bruges hver dag af læger og andre sundhedsfaglige til at få et unikt blik ind i menneskekroppen og studere især bløddele såsom hjernen og de indre organer i 3D-billeder af meget høj kvalitet sammenlignet med andre skanningsformer. Selvom dette allerede i dag gør det avancerede værktøj uvurderligt og noget nær uundværligt for sundhedsfaglige, er der fortsat plads til forbedringer.
De kraftige magnetfelter inde i MR-skannere har nemlig udsving, der skaber fejl og forstyrrelser i skanningsbillederne. I praksis betyder det også, at de dyre maskiner (op til flere tusinde kroner i timen) må kalibreres jævnligt for at reducere fejlene.
Der er også særlige måder at skanne på, som desværre ikke kan lade sig gøre i praksis i dag. Blandt andet såkaldte spiral-sekvenser, der ville kunne reducere skanningstiden, fx når man diagnosticerer blodpropper, sklerose og kræft. Spiral-sekvenserne ville også være et attraktivt værktøj i MR-forskningen, hvor de kunne give forskere og sundhedsfaglige ny viden om eksempelvis sygdomme i hjernen. Men de er i dag ikke en mulighed, fordi magnetfeltet simpelthen er for ustabilt.
I teorien kan problemet løses med en sensor, der aflæser og kortlægger ændringerne i magnetfeltet. Derefter er det relativt enkelt at rette fejlene i billederne med en computer. I praksis har det dog været svært med den nuværende teknologi, da ellers egnede sensorer forstyrrer magnetfeltet, fordi de er elektriske og tilsluttet metalkabler.
Men med en ny opfindelse kan det problem snart være fortid. En forsker fra Niels Bohr Institutet og MR-forskningssektionen på Hvidovre Hospital har udviklet en sensor, der i stedet fungerer ved hjælp af laserlys i fiberkabler og en lille glasbeholder med gas i. Prototypen står klar, og den virker.
– Først viste vi, at det var teoretisk muligt, og nu har vi bevist, at det også praktisk kan lade sig gøre. Vi har faktisk en prototype, som grundlæggende kan lave de målinger, der er brug for, uden at forstyrre MR-skanneren. Den skal videreudvikles og finjusteres, men har potentiale til at gøre MR-skanninger både billigere, bedre og hurtigere – om end ikke nødvendigvis alle tre på én gang, fortæller Hans Stærkind, der er postdoc ved Niels Bohr Instituttet og MR-forskningssektionen på Hvidovre Hospital, og som er hovedarkitekten bag sensoren og det apparat, der følger med.
– Hvis man tager sig god tid med en MR-skanner kan den lave fantastiske billeder i dag. Men man kan forestille sig, at man med hjælp fra min sensor, i fremtiden vil kunne bruge samme tid, men få et bedre billede – eller bruge kortere tid og alligevel få den samme kvalitet som i dag. Et tredje scenarie kunne også være at man byggede en billigere skanner, der trods flere fejl stadig kunne levere en anstændig billedkvalitet ved at bruge min sensor, lyder det fra forskeren.
Sådan fungerer sensoren
MR-skannere fungerer ved, at et stærkt magnetfelt tvinger protoner i kroppens vand, kulhydrater og proteiner til at rette sig, så de flugter med magnetfeltet. Når radiobølger derefter pulseres gennem patienten, bliver protonerne stimuleret, så de midlertidigt spinner ud af den ligevægt. Når de efterfølgende igen vender tilbage til ensretning med magnetfeltet frigiver de radiobølger, som kan bruges til at danne 3D-realtidsbilleder af det, der skannes.
Hans Stærkinds prototype virker på den måde, at et apparat til at sende og modtage laserlys, som ligner et stereoanlæg fra 90’erne, sender laserlys gennem fiberoptiske kabler (dvs. uden metal) og ind i fire sensorer placeret inde i skanneren.
Inde i sensorerne passerer lyset igennem en lille glasbeholder, der indeholder en cæsium-gas, som ved de rigtige lysfrekvenser absorberer lyset.
– Når laseren har den helt rigtige frekvens, mens den passerer gennem gassen, opstår der resonans mellem lysets bølger og cæsium-atomernes elektroner. Men ved hvilken frekvens – eller bølgelængde – det sker, ændrer sig, når gassen udsættes for et magnetfelt. På den måde kan vi måle styrken af magnetfeltet ved at finde ud af, hvor den rette frekvens ligger. Det sker helt automatisk og lynhurtigt af modtager-enheden, forklarer forskeren.
Når forstyrrelser i MR-skannerens ultrakraftige magnetfelt finder sted, kortlægger Hans Stærkinds prototype således, hvor i magnetfeltet det sker og med hvilken styrke, feltet har ændret sig. I en nær fremtid kan det betyde, at forstyrrede og fejlbehæftede skanningsbilleder efterfølgende kan rettes til – ud fra den data, sensorerne har opsamlet, så billederne alligevel bliver korrekte og fuldt ud brugbare.
Innovation med kommercielle udsigter – når data er på plads
Prototypen står i dag på MR-forskningssektionen på Hvidovre Hospital. Og det var faktisk også her ideen i sin tid opstod.
– Den oprindelige ide stammer fra min vejleder i forskningssektionen her på Hvidovre, Esben Petersen, som desværre ikke er iblandt os mere. Han kunne se et kæmpe potentiale i at udvikle en sensor baseret på lasere og gas, der ville være i stand til at måle magnetfelterne uden at forstyrre dem, fortæller Hans Stærkind.
Med hjælp fra kvantefysikere ved Niels Bohr Institutet, herunder professor Eugene Polzik, udviklede Hans Stærkind ideen til en egentlig teori. Den teori har Hans Stærkind nu omsat til praksis med sin prototype.
– Prototypen er designet sådan, at den allerede nu er velegnet i hospitalssammenhænge som et robust og velfungerende instrument. Og indtil videre har vores tests vist, at den virker, som den skal. Man kan forestille sig, at den her opfindelse en dag kan integreres direkte i nye MR-skannere, slutter Hans Stærkind.
Ifølge Hans Stærkind er målgruppen for hans sensor i første omgang forskningsenheder inden for MR-området. Samtidigt håber han dog, at en de store virksomheder, der producerer MR-skannere, får øjnene op for den nye teknologi på lidt længere sigt.
Prototypen afprøves i samarbejde med MR-forskningssektionen på Hvidovre Hospital (Danish Research Centre for Magnetic Resonance), https://www.drcmr.dk
Kontakt:
Hans Stærkind, Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet, mail: hans.staerkind@nbi.ku.dk
