Science | 打破壟斷!香港大學吳學奎團隊開發只有0.05特斯拉全身磁共振成像儀

2024年05月10日23:30:15 科學 1141
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引言

儘管半個世紀以來取得了進步,但全球磁共振成像(MRI)的可及性仍然有限且不均衡,阻礙了其在衛生保健領域的充分潛力。最初,MRI的發展主要集中在0.05 Tesla左右的低場,但在1983年推出1.5Tesla全身超導掃描儀後,進展就停滯了。

2024年5月10日,香港大學吳學奎(Ed X. Wu)團隊在Science 在線發表題為「Whole-body magnetic resonance imaging at 0.05 Tesla」的研究論文,該研究使用0.05 Tesla永久磁鐵和深度學習消除電磁干擾,開發了一種全身掃描儀,使用標準的牆壁電源插座操作,沒有射頻和磁屏蔽。

該研究證明了它廣泛適用於成像各種解剖結構。此外,還開發了三維深度學習重建,通過利用廣泛的高場MRI數據來提高圖像質量。這些進步為經濟實惠的深度學習驅動的超低場MRI掃描儀鋪平了道路,解決了全球各種醫療保健機構未滿足的臨床需求。

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50年前,Paul C. Lauterbur和Peter Mansfield爵士對磁共振成像(MRI)的開創性發展徹底改變了現代醫學。MRI現在被廣泛認為是醫療保健領域最重要的發明之一。全世界每年進行超過1.5億次MRI檢查,其應用包括腫瘤和中風等疾病的診斷和預後,評估神經、肝膽、胰腺和肌肉骨骼系統的損傷,以及指導介入手術。MRI與其他成像方式相比具有固有的優勢;具體來說,它是非電離的、非侵入性的、固有的三維(3D)、定量的和多參數的。這些品質不僅使MRI優於其他成像方式,而且使其成為未來人工智慧驅動的醫學診斷的有前途的平台。

儘管如此,MRI的可及性仍然很低,而且在世界範圍內極不平衡。根據2022年經濟合作與發展組織提供的統計數據,全球約有70,000台MRI掃描儀安裝。這些掃描儀的分布主要集中在發達國家,在低收入和中等收入國家的可用性有限。例如,非洲每百萬居民僅擁有0.7台核磁共振掃描儀,與美國日本形成鮮明對比,美國和日本分別擁有每百萬居民40台和55台掃描儀,這是全球醫療保健差距不斷擴大的典型案例。這種情況主要源於與採購、安裝、維護、醫療保健和醫療保健相關的可觀成本。

現有標準高場超導MRI掃描儀(1.5 T和3 T)的操作。這些臨床MRI掃描儀主要位於高度專業化的放射科,大型集中成像中心,通常位於醫院和診所的一樓,具有磁屏蔽。因此,即使在發達國家,創傷中心、急症護理設施、手術室、兒科診所和社區診所也大多無法使用核磁共振掃描儀。此外,這些掃描儀通過被動使用體積龐大且全封閉的射頻屏蔽室來防止外部電磁干擾(EMI),從而增加了硬體成本,並損害了其移動性和對患者的友好性。

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0.05 Tesla計算驅動的全身MRI(Credit: Science

該研究開發了一種價格合理、簡單、計算能力強的全身0.05 T MRI掃描儀,解決了MRI可及性有限的挑戰。低功耗緊湊型掃描儀設計用於從標準交流牆壁電源插座運行,無需射頻或磁屏蔽。展示了ULF MRI成像各種人體解剖結構的多功能性和3D深度學習重建的潛力,通過利用計算能力和廣泛的高場MRI數據,可以大大提高ULF圖像質量。這些進步將為經濟實惠、以患者為中心和不確定部位的MRI掃描儀鋪平道路,解決全球各種衛生保健機構未滿足的臨床需求。

原文鏈接

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adm7168

責編|探索君

排版|探索君

文章來源|「iNature」

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