МРТ - мощный диагностический инструмент, но размер и стоимость оборудования ограничивают его возможности. Ученые из Гонконгского университета разработали более компактную и доступную систему МРТ, которая использует гораздо меньшее магнитное поле и не требует экранирования, но при этом позволяет диагностировать заболевания головного мозга у пациентов.
Магнитно-резонансная томография - это предпочтительный метод сканирования мягких тканей тела, который особенно эффективен при диагностике проблем в головном мозге, таких как опухоли, травмы или инсульт. Риски также намного ниже, чем при использовании других методов визуализации, таких как рентген или компьютерная томография.
Но эта способности даются нелегко. Первоначально аппараты МРТ могут стоить миллионы, за которыми следуют десятки тысяч долларов в месяц на эксплуатацию и обслуживание. Они могут поглощать много энергии и требуют громоздкой магнитной и радиочастотной защиты. В целом это делает технологию МРТ недопустимой для использования во многих местах, особенно в развивающихся странах.
Меньший по размеру, более дешевый портативный аппарат МРТ мог бы значительно расширить использование этой технологии, и это то, что команда Гонконгского университета подробно описала в новом исследовании. Обычный аппарат МРТ использует поля с магнитной индукцией до 3 тесла (Тл), но новый аппарат работает в сверхнизком поле всего 0,055 Тл.
Слева: сканирование мозга с использованием портативного МРТ мощностью 0,055 Тл. Справа: сканирование с использованием обычного МРТ с мощностью 3 Тл. Фото: Wu et al/CC BY 4.0
Из-за меньшего магнитного поля устройство устраняет необходимость в магнитной экранирующей клетке традиционных аппаратов МРТ. Радиочастотное экранирование обычно необходимо для предотвращения воздействия внешних электромагнитных сигналов на магниты, но для новой машины команда разработала алгоритмы глубокого обучения, чтобы нейтрализовать эти помехи. Устранение необходимости в обоих типах защиты помогает сохранить компактность новой машины.
Простота и меньший размер также снижают стоимость и требования к мощности потребления. Команда утверждает, что устройство может работать от стандартной розетки переменного тока, и они оценивают стоимость величиной менее 20 000 долларов США. Площадь аппарата составляет около 2 м2 , а вес - 750 кг, хотя исследователи говорят, что оптимизация может снизить его до менее 500 кг.
Важно отметить, что меньшая машина по-прежнему была эффективна при диагностике заболеваний мозга. Команда протестировала устройство на 25 пациентах, в том числе на 13 пациентах с опухолями головного мозга, и 8 с ишемическим инсультом и четырех с внутримозговым кровоизлиянием. Изображения были не такими четкими, как при сканировании с помощью 3-Т МРТ, но большинство ключевых патологий по-прежнему выявлялись у всех пациентов.
Схема портативного аппарата МРТ. Фото: Wu et al/CC BY 4.0
Команда утверждает, что эти портативные аппараты МРТ со сверхмалым полем могут иметь ряд преимуществ. Будучи более дешевыми и меньшими по размеру, большее количество больниц должно иметь возможность их себе позволить, в том числе в развивающихся странах. И даже в больнице аппарат можно поднести к постели пациента, что может помочь в отделениях интенсивной терапии или COVID-19, где не всегда удобно перемещать пациента. Пациенту также удобнее пользоваться, так как он намного тише в работе и пациентам не нужно лежать в клаустрофобной трубе. А более низкая напряженность магнитного поля делает его более безопасным для пациентов с металлическими имплантатами и уменьшает артефакты (недостоверный результаты) в изображениях, которые они могут создавать.
Изюминкой прототипа является его программное обеспечение, в котором используются специальные алгоритмы искусственного интеллекта. Перед испытаниями программное обеспечение было «обучено» преобразованию размытых изображений, созданных низкоинтенсивными магнитными волнами, в четкие, чистые и точные изображения.
Доктор Ву и его коллеги завершили проектирование аппаратного обеспечения этого прототипа аппарата МРТ и всего исходного кода для программного обеспечения. Авторы приходят к выводу, что эта технология может удовлетворить высокие медицинские требования в области здравоохранения по всей стране. Поэтому, они делают исходный код и дизайн бесплатными в общедоступном веб-репозитории для всех желающих.
Предстоит еще проделать большую работу по совершенствованию аппаратов МРТ со сверхнизким магнитным полем, прежде чем их можно будет использовать в клинических условиях. Между тем, американское Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) уже одобрило аналогичную систему от Hyperfine с чуть более высокой мощностью 0,064 Тл.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.
Источник: University of Hong Kong via Asia Research News.
