Scientific Reports 12권, 기사 번호: 13147(2022) 이 기사 인용
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모바일 의료 영상 장치는 의료 기관 안팎에서 임상 진단 목적으로 매우 중요합니다. 다양한 이미징 방식 중에서 쉽게 휴대할 수 있는 방식은 몇 가지뿐입니다. 다양한 건강 관리 상태의 표준인 자기공명영상(MRI)은 전통적으로 이 그룹에 속하지 않습니다. 최근 저자기장 MRI 기술 회사들은 의료 시설 및 차량 내 이동성을 향한 첫 번째 결정적인 단계를 시연했습니다. 그러나 이러한 스캐너의 무게와 크기는 오지 및 개발도상국, 스포츠 시설 및 이벤트, 의료 및 군사 캠프, 가정 건강 관리 등 더욱 까다로운 사용 사례와 호환되지 않습니다. 여기에서는 의료 시설에서 제공하는 통제된 환경 외부에서 가볍고 작은 설치 공간, 낮은 필드 말단 MRI 스캐너로 촬영한 생체 내 이미지를 제시합니다. 시스템의 진정한 이식성을 입증하고 다양한 관련 시나리오에서 성능을 벤치마킹하기 위해 우리는 다음에서 자원 봉사자의 무릎 이미지를 획득했습니다. (i) MRI 물리학 실험실; (ii) 사무실; (iii) 캠퍼스 건물 외부, 근처 전원 콘센트에 연결됨 (iv) 야외에서 소형 연료 기반 발전기로 전력을 공급받습니다. 그리고 (v) 자원봉사자의 집에서. 모든 이미지는 임상적으로 실행 가능한 시간 내에 획득되었으며 신호 대 잡음비 및 조직 대비는 진단 가치가 있는 2D 및 3D 재구성에 충분합니다. 또한 지원자는 대퇴골에 나사로 고정된 고정 금속 임플란트를 휴대하며 이는 표준 임상 시스템에서는 강한 인공물을 유발하지만 저자기장 획득에서는 선명하게 나타납니다. 전체적으로, 이 연구는 이전에는 비현실적이었던 상황에서도 접근성이 높은 MRI를 향한 길을 열어줍니다.
표준 임상 MRI 스캐너는 인체의 방대한 양의 수소 핵과 강력하게 상호 작용하는 강력한 초전도 자석을 사용합니다1. 이 자석은 자기 공명 이미지에 일반적으로 사용되는 높은 SNR 및 공간 분해능을 가능하게 합니다. 안타깝게도 이러한 자석은 극저온 냉동도 필요하며 부피가 크고 무겁고 제작, 배치, 운영 및 유지 관리 비용이 많이 들며 궁극적으로 MRI의 접근성과 민주화에 엄청난 장벽이 됩니다2,3,4. 게다가, 하이 필드 스캐너는 발사체 사고5 등으로 인해 환자 안전 위험에 노출될 수 있습니다. 이는 상응하는 더 높은 여기 무선 주파수(RF)6에서 조직 내 전자기 에너지의 증가된 전자파 흡수율(SAR)로 인해 재생될 수 있는 이미징 펄스 시퀀스에 제한됩니다. 스캔 중 강한 자기 상호 작용으로 인해 바람직하지 않은 음향 소음을 생성합니다7. 자화율 효과8,9,10로 인해 금속 임플란트 주변에 심각한 이미지 아티팩트가 발생합니다. 저자기장 시스템(\(<0.3\) T)은 위의 모든 사항을 극복할 수 있으며 현재 표준 MRI 스캐너에 대한 저렴한 보완 장치로 주목을 받고 있습니다. 저야장 스캐너의 최근 성과에는 생체 내 뇌 및 말단 이미징11,12, 경조직 이미징13,14,15, 심지어 정량적 MRI 및 지문16,17이 포함됩니다. 이 체제에서 작동하기 위해 지불해야 하는 주요 패널티는 SNR 및 공간 해상도의 상당한 손실입니다. 그러나 결과 재구성의 진단 값은 다음과 같은 여러 가지 이유로 인해 반드시 손상되는 것은 아닙니다. (i) SNR보다 진단에 더 관련성이 높은 측정 항목인 CNR(대조음 대 잡음비)은 필드에 크게 의존하지 않습니다. 일부 관련 대비 메커니즘의 강도18,19; (ii) 하이필드 이미지를 통해 제공되는 절묘한 세부 정보 없이도 다양한 건강 상태 및 질병을 진단할 수 있습니다2. (iii) SAR 제약은 낮은 필드에서 덜 뚜렷하므로 듀티 사이클을 증가시켜 SNR 손실을 부분적으로 보상하는 효율적인 펄스 시퀀스를 허용합니다2. (iv) 기계 학습 알고리즘은 예를 들어 전이 학습20,21을 통해 잡음으로 손상된 저필드 데이터로부터 이미지 품질을 복구하도록 훈련될 수 있습니다.
600\) kg) and too large for standard door clear opening in residential constructions (32” in USA, 80 cm in Europe). Low-cost devices with improved mobility would enable MRI applications beyond clinical environments to home and hospice care, small clinics, rural areas or sports clubs and school facilities. Autonomously powered scanners could even be operated outdoors, e.g. in sports events, field hospitals or NGO and military camps26, making MRI available to a large fraction of the world population with no or insufficient access2,3,4./p>10\) hours with the scanner at continuous operation (Methods). We grounded the system electrically as before, with the conducting cloth offering low-resistance paths between the scanner shielding, the floor concrete and the ground terminal in the generator. The spectrum was significantly more populated in this case, with a mean amplitude roughly twice the expected Johnson limit, presumably due to noise originating at the engine. Consequently, the quality of the resulting image is lower than in the previous acquisitions (\(\text {SNR}\approx 11\)), and an EMI line is visible along the vertical (phase-encoding) direction. Nevertheless, the main anatomic features, different tissues and metallic implants are all still clearly identifiable./p>600\) kg and the 55 mT system from Liu et al. around 750 kg31. In contrast, the weight of our system is comparable to that of a hospital bed (\(\approx 140\) kg) with a patient (\(\approx 80\) kg), making it amenable to transport by a single person on a flat surface. Therefore, even if the open design of yoked magnets eases patient handling and comfort (especially for neuroimaging), a Halbach configuration is arguably advantageous in terms of portability. Gradient efficiency is also improved in Halbach configurations in the sense that yoked magnets tend to make use of planar gradients to preserve the overall system openness. Our gradients are on cylindrical surfaces, which means that stronger gradients can be achieved for equivalent currents. Besides, we do not need the full power available from our gradient amplifiers, so one could consider trading efficiency for linearity, which may be useful for certain applications. Regarding the RF circuitry, the antennas employed in other low-field scanners are mostly dedicated head coils for neuroimaging applications. We have not yet explored this, because our scanner is somewhat small for head imaging. Finally, to complete this comparison with other existing low-field systems, we must stress that Hyperfine Inc. is well ahead of any other initiative, including ours, both in terms of having designed a final product and having certified it for clinical use. Nevertheless, future scanners with greatly enhanced portability will probably require the aforementioned benefits of Halbach magnets./p>
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