超低

磁気や無線周波数のシールドを必要とせず、スキャン中に音響的に静かなコンパクトな超低磁場 (ULF) 脳 MRI スキャナーが香港大学で開発されました。 このスキャナの製造コストと運用コストが低いため、低所得国および中所得国の病院だけでなく、手術室や救急室などのポイントオブケア医療施設の臨床ニーズを満たすULF MRI技術の可能性が強化されています。

MRI は脳の損傷や障害を評価するために使用される最も価値のある臨床ツールですが、経済協力開発機構 (OECD) によると、世界人口の約 70% が MRI をほとんどまたはまったく利用できません。 高磁場超電導 MRI スキャナー (1.5 T および 3.0 T) は高価です。 このようなスキャナーは、取得コストが約 100 ～ 300 万ドルかかることに加えて、インフラストラクチャ要件により設置費用が高くつき、メンテナンス費用も高額になります。 これらの要因はすべて、MRI へのアクセスにおける大きな障害となっています。

ULF テクノロジーを使用した MR イメージングは​​、オンボード、保守、操作が簡単なスキャナーによるアクセス可能なヘルスケアを約束します。 生物医学画像信号処理研究室のエド・X・ウー教授、ラム・ウー教授が率いる香港チームは、永久磁石ベース、低コスト、低ノイズ、低電力、シールドフリーのULF脳MRIスキャナーを開発した。

Nature Communications に記載されているこのプロトタイプ システムは、コンパクトな 2 極 0.055 T サマリウム コバルト (SmCo) 永久磁石をベースにしており、寸法は 95.2 x 70.6 x 49.7 cm、患者アクセス用の前面開口部は 29 x 70 cm です。 スキャナの設置面積は約 2 m2 で、標準の AC 電源コンセントから操作できます。 研究チームは、この機械は材料費が 20,000 ドル未満で大量に製造できると見積もっています。

スキャナー構成により、流体減衰反転回復 (FLAIR) 様や拡散強調イメージング (DWI) など、臨床脳イメージングに広く採用されているさまざまなプロトコルを使用して画像を形成できます。 ULF システムは、高磁場 MRI スキャナ用に開発された方法論を基盤としており、将来の ULF MRI プロトコルの開発に高いレベルの柔軟性を提供します。

研究者らは、MRI 信号から外部および内部の EMI 信号をモデル化し、予測し、除去するディープラーニングを活用した EMI 除去技術を開発しました。 この EMI キャンセル手順により、従来の RF シールド ケージが不要になります。 一方、SmCo の高温安定性により、温度依存磁場を安定させるための磁石温度調整スキームが不要になります。

Wuらは、最も一般的な4つの臨床脳MRIプロトコル（T1強調、T2強調、FLAIR、DWI）を最適化し、臨床高磁場MR画像と同様の信号対雑音比（SNR）比とコントラスト特性を生成した。 。

ファントムでのテスト後、研究者らはスキャナーを使用して、これら 4 つのプロトコルを使用して、神経学的疾患 (脳腫瘍、慢性脳卒中、慢性脳内出血) を患う 25 人の患者を画像化しました。 その後、患者は病院の 3 T スキャナーで同じ検査を受けました。 検査時間は、0.055 T スキャナでは平均約 30 分でしたが、3 T システムでは 20 分でした。

上級臨床放射線科医は患者のスキャンを評価して、0.055 T 画像でどの特定の病変が観察できるかを判断しました。 プロトタイプのスキャナーは、25 人の患者全員の検査でほとんどの主要な病変を検出し、3 T スキャナーで生成されたものと同様の画質でした。

新しいスキャナの主な利点の 1 つは、金属クリップや脳血管ステントなどのインプラントをイメージングするときに生成されるアーチファクトが少ないことです。 「ULFを使用すると、金属インプラントはアーチファクトが少なくなるだけでなく、機械的力やRF誘発加熱も大幅に軽減されます」と研究者らは書いている。 「動脈瘤クリップや脳血管ステントに常磁性体（チタンおよびチタン合金）および強磁性体（コバルト、ニッケルおよび関連合金）が存在しても、重大なアーチファクトは誘発されませんでした。」

そのため、ULF スキャナーを使用すれば、従来の高磁場 MRI の対象とならない、医療用金属インプラントや事故関連の金属片を装着した患者の MRI スキャンが可能になるはずです。

Wu 氏は、ULF 技術は主流の MRI と競合するように設計されたものではなく、それを補完するように設計されていると考えています。 「磁場強度が主流の MRI よりもほぼ 2 桁低いため、単純に MR の物理的な理由から、必然的に画質の魅力が低下します。磁場強度が低く、MR 信号が弱く、操作の余地が少ないのです。」と彼は言います。 「しかし、MR信号と物理学には、データ収集と画像形成の点で、超低磁場において多くの魅力的な特性があります。」

「コンピューティングとビッグデータは、将来の MRI 技術に不可欠かつ避けられない部分になると信じています」とウー氏は付け加えた。 「本質的に 3D、高定量性、イオン化のない MRI の性質を考慮すると、広く導入される MRI 技術は、医療における将来のデータ駆動型 MR 画像形成と診断に計り知れない機会をもたらすと信じています。これにより、低コストで効果的で、よりインテリジェントな臨床 MRI アプリケーションです。」

高磁場 MRI と低磁場 MRI: 再考する時期が来たのでしょうか?

研究者らは、「さまざまな神経疾患や傷害の診断と予後におけるMRIの計り知れない必要性と価値」を理由にULF脳MRIの開発を選択し、臨床MRI症例の約30％が脳に関係していることに注目した。

最終的に彼らは、このようなULF MRI技術の開発により、患者中心で部位に依存しないMRIスキャナが世界のさまざまな医療現場で満たされていない臨床ニーズを満たすことが可能になり、低・中所得国でMRIを民主化できる可能性があると期待している。 この目的を達成するために、チームは開発した主要なコードと設計を公開オンライン リポジトリで自由に利用できるようにしています。