Investigadores del Instituto de Ingeniería Biomédica, operado conjuntamente por ETH Zurich y la Universidad de Zurich, han logrado medir pequeños cambios en campos magnéticos fuertes con una precisión sin precedentes. En sus experimentos, los científicos magnetizaron una gota de agua dentro de un imánescáner de resonancia magnética MRI, un dispositivo que se utiliza para imágenes médicas. Los investigadores pudieron detectar incluso las variaciones más pequeñas de la intensidad del campo magnético dentro de la gota. Estos cambios fueron hasta un billón de veces más pequeños que la intensidad del campo de siete teslasdel escáner de resonancia magnética utilizado en el experimento.
"Hasta ahora, solo era posible medir variaciones tan pequeñas en campos magnéticos débiles", dice Klaas Prüssmann, profesor de Bioimagen en ETH Zurich y la Universidad de Zurich. Un ejemplo de un campo magnético débil es el de la Tierra, dondela intensidad de campo es de unas pocas docenas de microteslas. Para campos de este tipo, los métodos de medición altamente sensibles ya pueden detectar variaciones de aproximadamente una billonésima parte de la intensidad de campo, dice Prüssmann. "Ahora, tenemos un método igualmente sensible para campos fuertesde más de un tesla, como los utilizados, entre otros, en imágenes médicas ".
Sensor de nuevo desarrollo
Los científicos basaron la técnica de detección en el principio de la resonancia magnética nuclear, que también sirve como base para la resonancia magnética y los métodos espectroscópicos que utilizan los biólogos para dilucidar la estructura 3D de las moléculas.
Sin embargo, para medir las variaciones, los científicos tuvieron que construir un nuevo sensor de alta precisión, parte del cual es un receptor de radio digital altamente sensible. "Esto nos permitió reducir el ruido de fondo a un nivel extremadamente bajo durante las mediciones".dice Simon Gross. Gross escribió su tesis doctoral sobre este tema en el grupo de Prüssmann y es el autor principal del artículo publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
Eliminando la interferencia de la antena
En el caso de la resonancia magnética nuclear, las ondas de radio se utilizan para excitar núcleos atómicos en un campo magnético. Esto hace que los núcleos emitan ondas de radio débiles propias, que se miden usando una antena de radio; su frecuencia exacta indica la fuerzadel campo magnético.
Como enfatizan los científicos, fue un desafío construir el sensor de tal manera que la antena de radio no distorsionara las mediciones. Los científicos tienen que colocarlo en la vecindad inmediata de la gota de agua, pero como está hecho decobre se magnetiza en el campo magnético fuerte, causando un cambio en el campo magnético dentro de la gota.
Por lo tanto, los investigadores idearon un truco: arrojaron la gotita y la antena en un polímero especialmente preparado; su magnetización susceptibilidad magnética coincidía exactamente con la de la antena de cobre. De esta forma, los científicos pudieron eliminar la influencia perjudicialde la antena en la muestra de agua.
Se esperan amplias aplicaciones
Esta técnica de medición para cambios muy pequeños en los campos magnéticos permite a los científicos ahora investigar las causas de dichos cambios. Esperan que su técnica se use en varias áreas de la ciencia, algunas de ellas en el campo de la medicina, aunque la mayoríade estas aplicaciones todavía están en su infancia.
"En un escáner de resonancia magnética, las moléculas en el tejido corporal reciben una magnetización mínima, en particular, las moléculas de agua que también están presentes en la sangre", explica el estudiante de doctorado Gross. "El nuevo sensor es tan sensible que podemos usarlo paramedir procesos mecánicos en el cuerpo; por ejemplo, la contracción del corazón con los latidos del corazón ".
Los científicos llevaron a cabo un experimento en el que colocaron su sensor frente al cofre de un sujeto de prueba voluntario dentro de un escáner de resonancia magnética. Pudieron detectar cambios periódicos en el campo magnético, que pulsaban al ritmo de los latidos del corazón.La curva de medición recuerda a un electrocardiograma ECG, pero a diferencia de este último mide un proceso mecánico la contracción del corazón en lugar de la conducción eléctrica ". Estamos en el proceso de analizar y refinar nuestra técnica de medición con magnetómetro en colaboración con cardiólogos yexpertos en procesamiento de señales ", dice Prüssmann." En última instancia, esperamos que nuestro sensor pueda proporcionar información sobre enfermedades cardíacas, y lo haga de forma no invasiva y en tiempo real ".
Desarrollo de mejores agentes de contraste
La nueva técnica de medición también podría usarse en el desarrollo de nuevos agentes de contraste para la resonancia magnética: en la RM, el contraste de la imagen se basa en gran medida en la rapidez con que un espín nuclear magnetizado vuelve a su estado de equilibrio. Los expertos llaman a este proceso relajación.Los agentes de contraste influyen en las características de relajación de los espines nucleares incluso a bajas concentraciones y se usan para resaltar ciertas estructuras en el cuerpo.
En campos magnéticos fuertes, los problemas de sensibilidad habían restringido previamente a los científicos a la medición de solo dos de los tres componentes espaciales del espín nuclear y su relajación. Tenían que confiar en una medición indirecta de la relajación en la importante tercera dimensión. Por primera vez,La nueva técnica de medición de alta precisión permite la medición directa de las tres dimensiones del espín nuclear en campos magnéticos fuertes.
La medición directa de los tres componentes del espín nuclear también allana el camino para futuros desarrollos en la espectroscopía de resonancia magnética nuclear RMN para aplicaciones en investigación biológica y química.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Original escrito por Fabio Bergamin. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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