它可能看起來像一個奇怪的自行車頭盔，或者是在《回到未來》中布朗博士的實驗室中發(fā)現(xiàn)的一件設(shè)備，但這個由塑料和銅線制成的小工具是一項技術(shù)突破，有可能徹底改變醫(yī)學(xué)成像。盡管看起來很有趣，但該設(shè)備實際上是一種超材料，包含大量的物理、工程和數(shù)學(xué)知識。
它是由工程學(xué)院機械工程教授張欣和她在波士頓大學(xué)光子中心的科學(xué)家團隊開發(fā)的。他們是超材料方面的專家，這是一種由小單胞創(chuàng)建的工程結(jié)構(gòu)，單獨可能并不引人注目，但當(dāng)以精確的方式組合在一起時，可以獲得自然界中沒有的新超級大國。例如，超材料可以彎曲、吸收或操縱波——例如電磁波、聲波或無線電波。每個單位單元，也稱為諧振器，通常以重復(fù)的方式排列成行和列;它們可以設(shè)計成不同的尺寸和形狀，并放置在不同的方向，這取決于它們被設(shè)計用來影響哪些波浪。
超材料可以具有許多新穎的功能。張教授同時也是電氣和計算機工程、生物醫(yī)學(xué)工程和材料科學(xué)與工程的教授，他設(shè)計了一種聲學(xué)超材料，可以在不停止氣流的情況下阻擋聲音(想象一下更安靜的噴氣發(fā)動機和空調(diào))和一種磁性超材料，可以改善用于醫(yī)學(xué)診斷的磁共振成像 (MRI) 機器的質(zhì)量。
波士頓大學(xué)工程學(xué)院教授張欣和她的研究合作者開發(fā)了一種新的 3D 超材料，該材料有可能改善人腦的 MRI 成像。球形結(jié)構(gòu)可以像頭盔一樣佩戴，并且可以改變尺寸以更快、更高質(zhì)量地創(chuàng)建圖像——最終改善 MRI 功能，同時降低成本。圖片來源：波士頓大學(xué)光子學(xué)中心/Ke Wu/Xin Zhang
現(xiàn)在，張和她的團隊在可穿戴超材料方面的工作更進一步。這種圓頂形設(shè)備可以戴在人的頭上，可以在腦部掃描期間佩戴，提高 MRI 的性能，創(chuàng)建可以以兩倍于正常速度捕獲的更清晰的圖像。
頭盔由一系列磁性超材料諧振器制成，這些諧振器由包裹在銅線中的 3D 打印塑料管制成，按陣列分組，并精確排列以引導(dǎo) MRI 機器的磁場。張說，將磁性超材料——以頭盔形式或作為最初設(shè)計的平面陣列——放置在要掃描的身體部位附近，可以降低 MRI 的成本，對醫(yī)生、放射科醫(yī)生和患者來說更省時——同時改善圖像質(zhì)量。
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