Портативная магнитно-резонансная томография пациентов в помещении, на улице и дома

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 13147 (2022) Цитировать эту статью

3770 Доступов

6 цитат

36 Альтметрика

Подробности о метриках

Мобильные устройства медицинской визуализации имеют неоценимое значение для целей клинической диагностики как в медицинских учреждениях, так и за их пределами. Среди различных методов визуализации лишь немногие легко переносимы. Магнитно-резонансная томография (МРТ), золотой стандарт лечения многих заболеваний, традиционно не относится к этой группе. Недавно компании, занимающиеся низкопольной технологией МРТ, продемонстрировали первые решительные шаги в направлении портативности в медицинских учреждениях и транспортных средствах. Однако вес и размеры этих сканеров несовместимы с более требовательными случаями использования, такими как отдаленные и развивающиеся регионы, спортивные сооружения и мероприятия, медицинские и военные лагеря или медицинское обслуживание на дому. Здесь мы представляем изображения in vivo, полученные с помощью легкого, малогабаритного, слабопольного МРТ-сканера конечностей вне контролируемой среды, обеспечиваемой медицинскими учреждениями. Чтобы продемонстрировать истинную мобильность системы и оценить ее производительность в различных соответствующих сценариях, мы получили изображения колена добровольца в: (i) физической лаборатории МРТ; (ii) офисное помещение; (iii) вне здания кампуса, подключенного к ближайшей розетке; (iv) на открытом воздухе, с питанием от небольшого топливного генератора; и (v) в доме волонтера. Все изображения были получены в клинически приемлемые сроки, а соотношение сигнал/шум и контрастность тканей достаточны для 2D- и 3D-реконструкций, имеющих диагностическую ценность. Кроме того, у добровольца имеется фиксирующий металлический имплантат, привинченный к бедренной кости, что приводит к сильным артефактам в стандартных клинических системах, но выглядит резким в наших исследованиях в слабом поле. В целом, эта работа открывает путь к высокодоступной МРТ в условиях, ранее нереальных.

Стандартные клинические МРТ-сканеры используют мощные сверхпроводящие магниты, которые сильно взаимодействуют с огромным количеством ядер водорода в организме человека1. Эти магниты обеспечивают высокое соотношение сигнал/шум и пространственное разрешение, типичное для магнитно-резонансных изображений. К сожалению, эти магниты также требуют криогенного охлаждения, они громоздки, тяжелы, дороги в изготовлении, размещении, эксплуатации и обслуживании и в конечном итоге представляют собой огромный барьер на пути доступности и демократизации МРТ2,3,4. Кроме того, сканеры с высоким полем зрения подвергают риску безопасность пациентов, например, из-за инцидентов с летающими снарядами5; они ограничены в последовательностях визуализирующих импульсов, которые могут быть воспроизведены из-за увеличения удельной скорости поглощения (SAR) электромагнитной энергии в тканях на соответствующих более высоких радиочастотах возбуждения (RF)6; они генерируют нежелательный акустический шум из-за сильных магнитных взаимодействий во время сканирования7; и они вызывают серьезные артефакты изображения вокруг металлических имплантатов из-за эффектов магнитной восприимчивости8,9,10. Системы низкого поля (\(<0,3\) T) могут преодолеть все вышеперечисленное и в настоящее время набирают популярность в качестве доступного дополнения к стандартным МРТ-сканерам. Недавние достижения в области низкопольных сканеров включают визуализацию головного мозга и конечностей in vivo11,12, визуализацию твердых тканей13,14,15 и даже количественную МРТ и снятие отпечатков пальцев16,17. Основным наказанием за работу в этом режиме является значительная потеря отношения сигнал/шум и пространственное разрешение. Однако диагностическая ценность полученных реконструкций не обязательно снижается по ряду причин: (i) отношение контраста к шуму (CNR), более релевантный показатель для диагностики, чем SNR, не так сильно зависит от поля зрения. сила некоторых соответствующих механизмов контрастирования18,19; (ii) многочисленные состояния здоровья и заболевания могут быть диагностированы без высокой детализации, обеспечиваемой изображениями с высоким полем зрения2; (iii) ограничения SAR менее выражены при слабых полях, что позволяет использовать эффективные последовательности импульсов, которые увеличивают рабочий цикл для частичной компенсации потерь SNR2; и (iv) алгоритмы машинного обучения могут быть обучены восстанавливать качество изображения из искаженных шумом данных низкого поля, например, с помощью трансферного обучения20,21.

600\) kg) and too large for standard door clear opening in residential constructions (32" in USA, 80 cm in Europe). Low-cost devices with improved mobility would enable MRI applications beyond clinical environments to home and hospice care, small clinics, rural areas or sports clubs and school facilities. Autonomously powered scanners could even be operated outdoors, e.g. in sports events, field hospitals or NGO and military camps26, making MRI available to a large fraction of the world population with no or insufficient access2,3,4./p>10\) hours with the scanner at continuous operation (Methods). We grounded the system electrically as before, with the conducting cloth offering low-resistance paths between the scanner shielding, the floor concrete and the ground terminal in the generator. The spectrum was significantly more populated in this case, with a mean amplitude roughly twice the expected Johnson limit, presumably due to noise originating at the engine. Consequently, the quality of the resulting image is lower than in the previous acquisitions (\(\text {SNR}\approx 11\)), and an EMI line is visible along the vertical (phase-encoding) direction. Nevertheless, the main anatomic features, different tissues and metallic implants are all still clearly identifiable./p>600\) kg and the 55 mT system from Liu et al. around 750 kg31. In contrast, the weight of our system is comparable to that of a hospital bed (\(\approx 140\) kg) with a patient (\(\approx 80\) kg), making it amenable to transport by a single person on a flat surface. Therefore, even if the open design of yoked magnets eases patient handling and comfort (especially for neuroimaging), a Halbach configuration is arguably advantageous in terms of portability. Gradient efficiency is also improved in Halbach configurations in the sense that yoked magnets tend to make use of planar gradients to preserve the overall system openness. Our gradients are on cylindrical surfaces, which means that stronger gradients can be achieved for equivalent currents. Besides, we do not need the full power available from our gradient amplifiers, so one could consider trading efficiency for linearity, which may be useful for certain applications. Regarding the RF circuitry, the antennas employed in other low-field scanners are mostly dedicated head coils for neuroimaging applications. We have not yet explored this, because our scanner is somewhat small for head imaging. Finally, to complete this comparison with other existing low-field systems, we must stress that Hyperfine Inc. is well ahead of any other initiative, including ours, both in terms of having designed a final product and having certified it for clinical use. Nevertheless, future scanners with greatly enhanced portability will probably require the aforementioned benefits of Halbach magnets./p>