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磁共振成像技術（簡稱MRI）可以讓醫生逐層對大腦、脊髓、內臟、肌肉和關節進行成像和檢查。這種技術利用了人體某些核團可以非常輕微地被磁化的事實，它甚至可以描繪出器官的運動，比如心臟的跳動。
任何曾經躺在核磁共振成像機裡的人都知道，不僅空間狹小不舒服，最重要的是巨大的噪音會給患者帶來壓力。確定身體的哪個部位發出的信號，通常需要一個強度隨位置變化的磁場，也就是梯度場。可切換線圈將這個磁場動態地疊加在強永久磁場上，這就造成了巨大的噪音。測量過程中最大的噪音通常是在記錄圖像時產生的。弗勞恩霍夫研究所MEVIS和FHR的研究團隊正致力於使用超材料來徹底消除這一噪音源。
"如果MRI使用放置在患者身上的高頻線圈工作，我們可以根據問題將動態性能提高20％。如果使用安裝在MRI機器中的線圈，則測量信號甚至可以增加五倍，"Fraunhofer FHR的團隊負責人Thomas Bertuch博士說。對於醫生來說，這意味著可以更詳細地分辨出MRI圖像上的結構。
研究團隊通過特殊的超材料盤實現了這種靈敏度的極大提升，這些超材料盤被設計成在核磁共振掃描時鋪設在身體需要檢查的部位。"這些超材料並不是傳統意義上的材料，而是填充了特殊結構和軌道的電路板，這使得設計具有有效特性的材料成為可能，包括自然界中不存在的材料。"Bertuch說。
雖然用於激發體內原子的電磁場需要相當強的強度，但這些原子傳回的信號，也就是MRI測量的基礎，卻非常微弱。如果在設計超材料軌道時考慮到這一點，它們就可以將接收場進行最佳集中，以提高測量靈敏度。
研究人員在這裡面臨的一個挑戰是，反射信號的波長和頻率與激發信號相同。由於激勵信號已經很強，所以不希望進一步提升它。為了規避這一障礙，研究人員想出了一個方法：他們將二極體等非線性元件集成到超材料中。如果場強，這些組件就會以這樣的方式對圓盤的共振頻率進行解調，從而不會發生放大。如果相反，場很弱，信號就會得到所需的提升。研究人員已經在弗勞恩霍夫MEVIS核磁共振成像機中測量了各種超材料磁碟，並確定了它們的放大效果。這兩個弗勞恩霍夫研究所還提供了額外的測量設備，包括一個測量系統，使他們能夠精確地評估環境磁場及其因超材料磁碟而發生的變化。
研究人員使用了一種超材料陣列系統。來自不同身體區域的信號會打擊陣列系統中的不同 "像素"，因此它還能起到定位信號的作用。第一臺原型機將於2021年春季完成，研究人員計劃繼續對其進行改進。不過，檢查不會完全無聲：目前對於血流或擴散效應而切換磁場時產生的噪音還無能為力，但可以讓它比成像產生的噪音安靜得多。
而如果能消除額外的成像磁場切換，過程也會變得更快。"根據理論計算，我們的技術應該可以讓我們完成掃描的速度快一千倍。只有當實驗完成後，我們才能知道在實踐中會有多快。"Fraunhofer MEVIS副主任MatthiasGünther教授說。屆時，患者將能享受到更快、更安靜的檢查。