在磁共振成像（MRI）领域，一项由德国马克斯·德尔布吕克中心（Max Delbrück Center）Thoralf Niendorf教授的超高场磁共振实验室内博士生Nandita Saha领导的团队，取得了突破性进展。他们成功开发出一种基于先进工程材料的新型MRI天线。这项创新技术不仅能在更短时间内生成更清晰的图像，而且可以无缝集成到现有的MRI系统中，无需购置全新的昂贵设备。研究成果已在国际顶级期刊《先进材料》（Advanced Materials）上发表。

该项目汇集了来自马克斯·德尔布吕克中心和罗斯托克大学医学中心的MRI物理学、临床眼科学以及转化成像领域的专家。罗斯托克的研究人员也正积极协助验证这项技术，以推动其未来的临床应用。

论文的资深作者Niendorf教授指出：“通过运用超材料（metamaterials）的概念，我们能够更有效地引导射频场，并展示了先进物理学如何直接改进医学成像。这项工作为实现更快、更清晰的MRI扫描提供了途径，有望造福多个临床领域的患者。”

超材料显著提升MRI性能

MRI扫描仪通过向身体发送射频（RF）信号，同时施加强大的磁场来生成图像。当组织对这些信号作出响应时，扫描仪会收集所需信息以生成图像。通常，更强的信号意味着更清晰、更详细的扫描结果。

传统的MRI天线，也称为射频线圈，往往难以从身体深部或解剖结构复杂的区域收集到足够的信号。这可能导致图像质量下降，并延长扫描时间。

为克服这一局限，研究人员将超材料直接整合到MRI天线中。超材料是经过特殊设计的结构，它们能以自然材料无法实现的方式与电磁波相互作用。在测试中，这种新型天线显著增强了目标组织的信号，提高了空间分辨率，改善了图像锐度，并加速了数据采集过程。

一个重要的优势是，该天线与现有MRI设备兼容，从而避免了昂贵的新基础设施投资。研究人员使用一台7.0特斯拉（7.0 T）MRI扫描仪，对志愿者进行眼部和眼眶成像，成功验证了其设计效果。

罗斯托克大学医学中心的论文共同作者Oliver Stachs教授表示：“我们的研究清晰地展示了其在眼科应用中的重要性，因为它能够促进对眼部进行解剖细节丰富、高空间分辨率的MRI成像。它有望为我们打开一扇窗，深入了解过去在很大程度上难以触及的眼部及其（病理）生理过程。”

超越眼部成像的巨大潜力

Saha补充道：“我们的目标是从现代天线设计的物理学角度重新思考MRI硬件。”

她指出，这项技术还可以进行调整，以在MRI检查过程中保护身体的敏感部位，例如通过减少医疗植入物周围不必要的加热。此外，它还可能通过更精确地引导射频能量，改进MRI引导下的癌症治疗，例如肿瘤热疗或热组织消融术。

更快扫描，更精准诊断

MRI检查通常耗时且不适，尤其当重要解剖细节难以捕捉而需要重复扫描时。通过更快地生成更清晰的图像，这种新型天线有望缩短扫描时间，同时让医生对诊断结果更有信心。

由于该天线结构紧凑、重量轻，它还可以根据身体不同部位进行定制，从而潜在地提高患者在成像过程中的舒适度。

Niendorf教授表示，该设计最终可以适用于磁场强度低于和高于7.0 T的MRI系统。它还可以为眼部、眼眶和大脑以外的器官（如心脏和肾脏）成像进行定制，或用于监测新陈代谢和追踪药物在体内的移动轨迹。

这项技术还有望通过生成更强的信号和更高质量的图像，改进对除氢以外的其他原子（包括钠和氟）进行成像的专业MRI技术。

罗斯托克大学医学中心的论文共同作者Ebba Beller博士强调：“成像硬件的创新有潜力改变诊断方式，这项研究是迈向下一代MRI技术的重要一步。”

目前，研究团队正准备开展涉及多家医院的更大规模临床研究，并对天线进行修改以适应包括心脏和肾脏在内的其他器官成像。Stachs教授和Niendorf教授之间长期以来的合作也将通过互访科学家任命而继续。

该项目由德国研究基金会（DFG）资助，是马克斯·德尔布吕克中心与罗斯托克大学医学中心之间的联合合作项目。