微型核磁共振装置能更快速、准确地诊断膝关节损伤

伦敦帝国理工学院的研究人员开发了一种微型核磁共振扫描仪的原型,它可以安装在病人的腿上。

研究小组说,这种装置使用了所谓的“魔法角”效应,可能有助于更快、更准确地诊断膝关节损伤。

在使用动物膝盖进行的概念验证研究中,结果表明该技术可用于显示膝盖的所有结构。

科学家们说,这种装置(看起来像一个巨大的金属环,病人可以通过这个金属环来放置他们的腿)可以帮助诊断诸如前交叉韧带损伤之类的疾病,特别是在足球运动员中。

此外,该设备体积小,可以在当地诊所甚至全科医生手术中使用,有可能减少NHS等待MRI扫描的时间。

这项研究由国家卫生研究所资助。

目前,膝关节的关键组成部分,如韧带和肌腱,在核磁共振扫描中很难看到细节,帝国MSK实验室的研究员和放射技师Karyn Chappell博士解释说:“膝关节损伤影响数百万人,核磁共振扫描对诊断问题至关重要。新兴市场,导致快速有效的治疗。然而,我们目前面临两个问题:膝关节的结缔组织在核磁共振扫描中不清楚,人们等待扫描的时间很长。”

Chappell博士补充道:

这可能会给妇女带来特别的问题,因为她们有更大的前交叉韧带损伤的风险。原因尚不清楚,但可能与激素有关,如雌激素,使韧带更有弹性,导致更多关节损伤。”

膝关节损伤通常影响三个区域中的一个:肌腱(将肌肉附着在骨骼上)、半月板(防止关节骨相互摩擦的软骨缓冲垫)或韧带(将骨骼固定在关节中的结缔组织的硬带)。

膝关节损伤后,医生可能会让患者进行核磁共振扫描,以帮助确定哪部分关节受伤。核磁共振扫描结合了无线电波和强磁铁来“翻转”体内的水分子。水分子发出信号,产生图像。

然而,由于水分子在这些结构中的排列方式,核磁共振通常无法看到肌腱、韧带和半月板。

“这些结构在核磁共振扫描中通常是黑色的——它们只是不会产生太多的信号,而这些信号可以被机器检测到来创建图像。这是因为它们主要由蛋白质胶原蛋白构成,排列成纤维。胶原纤维将水分子保持在一个紧密的结构中,事实上,MRI检测到的是水。如果你确实看到了一个信号,它表明该区域有更多的液体,这意味着有损伤,但医务人员很难确定是否有损伤。”

为了解决这个问题,Chappell博士利用了一种称为“魔法角”的现象的力量:“MRI图像中肌腱和韧带等组织的亮度很大程度上取决于胶原纤维与扫描仪磁场之间的角度。如果这个角度是55度,图像可能非常明亮,但对于其他角度,它通常非常暗。”

研究发现,对于膝关节软骨缺损,相关文献比核磁共振成像更精确。年轻球员可能需要在膝关节手术后一年的康复时间。部分膝关节置换更具成本效益,可以节省NHS百万。研究小组解释说,他们的扫描仪实现了神奇的角度。因为它们能够很容易地改变磁场的方向。当病人舒适地坐在椅子上时,特别设计的磁铁(使用类似于汽车工厂机器人的电机和传感器)可以绕着腿旋转,并在多个方向上定位磁场。

这在目前医院的核磁共振扫描仪中是不可能的,因为它也比原型扫描仪贵得多。

“以前人们认为魔法角度现象是一个问题,因为这可能意味着医护人员错误地认为膝盖受伤。然而,我意识到,如果我们在膝盖周围做了大量的扫描,我们可以利用魔法角效应产生的信号来构建一幅清晰的膝盖结构图,”查佩尔博士解释说。

“具体来说,我们可以结合在不同磁铁角度获得的图像,不仅可以增加亮度,还可以看到胶原纤维的排列方式。这使我们能够在膝盖结构中建立胶原纤维的模式,这是在诸如修复半月板撕裂等治疗之前的关键信息,”Chappell博士补充说。

“目前,很难看到胶原纤维在半月板上向哪个方向运动。这一点很重要,因为在纤维上缝合可以有效地修复半月板上的裂口。但是,如果缝合方向与纤维方向相同,修复可能会失败。”

在发表在《医学磁共振》杂志上的一项新研究中,多学科研究小组用常规的核磁共振扫描仪扫描了6只山羊和10只狗的膝关节。

所有的狗腿都是由皇家兽医学院捐赠的,在宠物死后被狗主人捐赠用于研究。

狗的膝盖受伤和关节炎与人类相似,这使它们成为研究的好对象。

结果表明,使用魔术角可以准确地检测韧带和肌腱的损伤。

研究小组说,现在他们知道魔术角度扫描可以用来可视化膝盖,将其与新的微型扫描仪原型相结合,可以使膝盖能够用这项技术进行精确扫描,并希望在一年内进行“微型”扫描仪的人体试验。

Chappell博士解释说:“虽然这是一项早期的概念验证研究,但它表明这项技术有可能被用于精确检测膝关节损伤。我们现在希望进入人体试验,并探索这项技术是否可用于其他关节,如脚踝、手腕和肘部。”

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