Новости

May 15, 2023

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

Научные отчеты, том 12,

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.