磁共振成像（MRI）通过提供非侵入性的人体内部视图，彻底改变了临床医生对各种疾病的诊断和治疗计划。尽管MRI技术有许多优点，但最先进的MRI技术由于其体积庞大、刚性强和高昂的成本，往往难以获得，尤其是在资源有限和偏远地区。为了提高MRI技术的可及性，工程师们正致力于开发能够提升扫描速度、降低成本和提高精度的设备。他们正在利用超材料——由铜、织物和塑料等常见材料制成的结构，这些材料设计用于控制电磁波和无线电频率，以显著改善MRI的能力。
类似珠宝的可穿戴手环可消除背景噪音，从而显著提高 MRI 的性能（照片由波士顿大学提供）
这些创新工作由波士顿大学工程学院（美国马萨诸塞州波士顿）主导，工程师们推出了如调节磁场的谐振器和类似珠宝的可穿戴设备等工具，以减少扫描干扰。他们的研究包括开发“智能超材料”以加快MRI扫描速度，并设计了一个可调节的头盔，旨在优化脑部成像并缩短MRI扫描时间。这些进展在最近的期刊发表的文章中详细介绍了。其中一篇最新的论文，发表在《先进科学》上，探讨了适应身体部位如肘部或膝盖的可穿戴超材料。研究包括包裹在脚踝上的装置，如支架，提升成像精度。这些工具使用由塑料和薄铜线圈构成的计算设计螺旋谐振器，微调MRI磁场。这项技术不仅通过最小化背景电磁噪声提高了信号噪声比，从而提升了图像清晰度，还利用复杂的算法执行快速三维扫描，以确定最佳的谐振器排列，采用圆形包装原理。这些原理确保了线圈的紧凑和有效定位。
此外，这些设计能够在特定频率下共振，并被集成到舒适的可穿戴袖口中。《先进材料》中的另一项研究介绍了一种新方法，使用同轴电缆——通常用于互联网连接——这些电缆非常适合传输和绝缘高频电信号。研究人员开发了基于轻量化织物的可穿戴超材料，将这些电缆靠近扫描部位，如膝盖，增强了MRI的效果。进一步的研究成果发表于《科学进展》，该团队展示了一种无线、贴合体型的超材料，能够被动增强MRI信号。该设计利用同轴电缆配置成独立的袖口，无需织物，从而优化信号噪声比以获得更清晰的图像。这些优雅的结构，类似现代艺术或定制珠宝，已被证明显著提升了脊柱、手腕甚至单个手指的MRI扫描质量，展示了其显著提高MRI可及性和效果的潜力。
“我们的最新设计展示了利用超材料提升MRI性能的几种策略，这些策略使用了低成本材料，我们希望这些技术能够转化为让全球更多患者受益的MRI技术，”波士顿大学工程学院杰出工程教授辛张（Xin Zhang）说道，他领导的团队希望通过这些设计扩大MRI扫描的可及性，使其变得更快、更便宜。
