目前临床使用的磁共振成像仪价格均在百万美元以上，香港大学赵宇姣团队本周以《0.05 特斯拉下的全身磁共振成像》为题在Science发文，成功打造成本仅为2.2万美元的磁共振成像（MRI）设备
磁共振成像(MRI)技术自问世50多年来一直在持续改进,图像分辨率和质量不断提高。这些进步都归功于使用的磁体越来越强大,然而强磁场不仅意味着设备体积庞大、噪音巨大,还需要特殊的屏蔽环境。这种高端MRI设备价格昂贵,严重限制了患者的就医可及性
港大研究人员通过运用机器学习技术,成功解决了传统MRI存在的种种问题。他们开发出一款0.05特斯拉的低场强MRI扫描仪,既大幅降低了成本,又使设备更加小型化、静音,为患者带来更好的体验。最关键的是,通过计算处理后,最终影像的清晰度和细节能够媲美当前临床使用的高场强设备
这款崭新的超低场MRI扫描仪十分简化,仅依靠普通电源供电即可工作,无需射频或磁屏蔽房间。它使用了一个0.05特斯拉的永磁体,并通过部署电磁干扰感测线圈和深度学习算法,成功消除了外界电磁噪音对扫描的影响
为提高图像质量和缩短扫描时间,研究团队还开发了一种数据驱动的深度学习成像方法,将图像重建、三维多尺度超分辨率成像等技术融合在一起,并借助大规模高场高分辨率MRI数据所提供的人体解剖和成像对比度信息
研究人员成功在0.05特斯拉的场强下实现了临床常用的T1加权、T2加权和扩散加权成像等多种扫描模式。每种模式扫描时间都控制在8分钟以内,分辨率约为2x2x8毫米。扫描过程中,仪器功耗低于1800瓦,待机仅300瓦
研究人员对健康志愿者进行了全身多个部位的成像测试,包括大脑、脊柱、腹部、肺部、肌肉骨骼和心脏等。扫描结果显示,大脑成像能清晰显示不同脑组织结构;脊柱成像能看到椎间盘、脊髓和脑脊液;腹部成像能显示肝脏、肾脏和脾脏等主要器官。肺部成像呈现出肺部血管和肺实质;膝盖成像能识别软骨和半月板等结构;心脏动态扫描捕捉到左心室的收缩过程;颈动脉血管成像也清晰显示出颈动脉
此外,研究人员开发的深度学习成像方法大幅提升了0.05特斯拉MRI的成像质量,包括大脑、脊柱、腹部和膝盖等部位的数据,图像噪声和伪影得到良好抑制,空间分辨率也有效提高
结语
香港大学研究人员指出,为解决MRI覆盖率不均和可及性较低的问题,他们开发出这款无需射频或磁屏蔽且功耗低廉的0.05特斯拉全身MRI扫描仪。实验证明,即使在存在强电磁干扰的环境下,这款扫描仪也能在可接受的扫描时间内为人体各部位提供清晰的医学成像。而借助深度学习和大规模高场数据,其成像质量有望进一步得到显著提升。这一突破有望推动低成本、以患者为中心的深度学习增强型超低场MRI,从而在世界各地的多种医疗环境中得到广泛应用,解决目前难以满足的临床需求
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