Сверхнизкий

В Университете Гонконга разработали компактный сканер МРТ головного мозга со сверхнизким полем (УНЧ), который не требует магнитного или радиочастотного экранирования и является акустически бесшумным во время сканирования. Низкие производственные и эксплуатационные затраты сканера усиливают потенциал технологии УНЧ-МРТ для удовлетворения клинических потребностей больниц в странах с низким и средним уровнем дохода, а также медицинских учреждений на местах, таких как хирургические отделения и отделения неотложной помощи.

МРТ является наиболее ценным клиническим инструментом, используемым для оценки черепно-мозговых травм и нарушений, но, по данным Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), около 70% населения мира практически не имеет к нему доступа. Сверхпроводящие МРТ-сканеры высокого поля (1,5 Тл и 3,0 Тл) стоят дорого. Помимо затрат на приобретение в размере около 1–3 миллионов долларов, такие сканеры дороги в установке из-за требований к инфраструктуре и требуют высоких затрат на обслуживание. Все эти факторы представляют собой серьезное препятствие на пути доступности МРТ.

МРТ-визуализация с использованием технологий ULF обещает доступное здравоохранение благодаря сканерам, которые просты в установке, обслуживании и эксплуатации. Под руководством Эда Ву, профессора Лам Ву из Лаборатории биомедицинской визуализации и обработки сигналов, гонконгская команда разработала недорогой, малошумящий, маломощный и неэкранированный УНЧ-сканер МРТ головного мозга на основе постоянного магнита.

Прототип системы, описанный в Nature Communications, основан на компактном двухполюсном постоянном самарий-кобальтовом (SmCo) магните с силой тока 0,055 Тл, размерами 95,2 x 70,6 x 49,7 см и передним отверстием 29 x 70 см для доступа к пациенту. Сканер занимает площадь около 2 м2 и может работать от стандартной розетки переменного тока. По оценкам команды, машина может быть произведена в больших количествах с затратами на материалы менее 20 000 долларов.

Конфигурация сканера позволяет формировать изображения с использованием различных общепринятых протоколов клинической визуализации головного мозга, включая инверсионное восстановление с жидкостным ослаблением (FLAIR) и диффузионно-взвешенную визуализацию (DWI). Опираясь на методологии, разработанные для МРТ-сканеров с высоким полем, система УНЧ обеспечивает высокий уровень гибкости для разработки будущих протоколов УНЧ-МРТ.

Исследователи разработали метод подавления электромагнитных помех (ЭМИ) на основе глубокого обучения для моделирования, прогнозирования и удаления внешних и внутренних сигналов ЭМИ из сигналов МРТ. Эта процедура подавления электромагнитных помех устраняет необходимость в традиционной радиочастотной экранирующей клетке. Между тем, высокая температурная стабильность SmCo устраняет необходимость в каких-либо схемах регулирования температуры магнитов для стабилизации температурно-зависимых полей.

Ву и его коллеги оптимизировали четыре наиболее распространенных протокола клинической МРТ головного мозга — Т1-взвешенный, Т2-взвешенный, FLAIR и DWI — для получения соотношений сигнал/шум (SNR) и контрастных характеристик, аналогичных характеристикам клинических МР-изображений с высоким полем. .

После испытаний на фантомах исследователи использовали сканер для визуализации 25 пациентов с неврологическими заболеваниями (опухоли головного мозга, хронический инсульт и хронические внутримозговые кровоизлияния), используя эти четыре протокола. Затем пациенты прошли те же обследования на больничном 3Т-сканере. Обследование длилось в среднем около 30 минут при использовании сканера 0,055 Т по сравнению с 20 минутами при использовании системы 3 Т.

Старший клинический радиолог оценил снимки пациента, чтобы определить, какие конкретные поражения можно наблюдать на изображениях с разрешением 0,055 Т. Прототип сканера обнаружил большинство ключевых патологий при обследовании всех 25 пациентов, при этом качество изображения было аналогично качеству изображения, получаемого сканером 3Т.

Одним из основных преимуществ нового сканера является то, что он создает меньше артефактов при визуализации имплантатов, таких как металлические зажимы и цереброваскулярные стенты. «При использовании УНЧ металлические имплантаты не только демонстрируют меньше артефактов, но также испытывают значительно меньше механических воздействий и радиочастотного нагрева», — пишут исследователи. «Присутствие парамагнитных (титан и титановые сплавы) и ферромагнитных (кобальт, никель и связанные с ними сплавы) материалов в зажимах аневризмы и цереброваскулярных стентах не вызывало грубых артефактов».