前言

MRI被称为现代医学影像技术皇冠上的明珠。从发现MRI现象、阿波罗登月催生出了MRI技术到MRI技术日趋成熟的这几十年,MRI在物理、化学、生理学或医学这三个领域共获得了6次诺贝尔奖。人们印象中的传统MRI不仅是个笨重的“大块头”,还售价高昂。这些年,随着技术的成熟以及人们健康意识的增强,出现了很多可移动的磁共振。如,近日,芬兰 Aalto University宣布启动一项低成本的车载磁共振成像仪研发项目。项目为期三年,由芬兰百年技术产业基金会、简和阿托斯·埃科科基金会资助。三个基金会已向该项目拨款总计750,000欧元(约600万人民币)。

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一、MRI,现代医学影像技术皇冠上的明珠

1946年美国斯坦福大学物理系Felix Bloch教授和哈佛大学的Edward Purcell教授领导的小组同时独立发现了MR现象:当处于磁场中的物质受到射频电磁波的激励时,如果RF电磁波的频率与磁场强度的关系满足拉莫尔方程式,则组成方程式的一些原子核会发生共振;当RF电磁波停止激励时,吸收了RF电磁波能量的原子核会把这部分能量释放出来,即发射MR信号;通过测量和分析此MR信号,可得到物质结构中的许多物理和化学信息。

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美国斯坦福大学物理系Felix Bloch教授和哈佛大学的Edward Purcell教授

20世纪60年代中期,美国宇航局的喷气推进实验室为了阿波罗登月计划开发了一种可以对月球照片进行计算机处理以增强图像质量的数字图像处理技术。这种数字图像处理技术在医学领域得到了广泛应用(主要被用来成像和增强影像质量),进而催生出了MRI技术。

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美国宇航局的喷气推进实验室

1977年美国纽约州立大学的达马迪安等制成了人类历史上第一台全身MRI设备,并于1977年7月3日取得了第一幅横断面质子密度图像。达马迪安使用“敏感点”方法对MR信号进行空间定位。这是基于鞍形磁场,其中心处只有很小的体积与RF脉冲的谐振频率匹配。患者的身体以矩形模式进行物理移动,直到获得所有像素的信号为止。达马迪安将他的成像方法称为“场聚焦NMR”或FONAR,并成立了第一家生产临床MR的公司。很快,人们意识到以场为中心的方法对于常规的临床成像而言太慢且笨拙,因此在后续版本的扫描仪中使用的是劳特伯和豪斯菲尔德(CT的发明者)的方法——断层投影成像法。

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第一幅横断面质子密度图像

二、把MRI搬上面包车,靠谱吗?

磁共振成像仪可以分为硬件和软件两部分。硬件包括主磁体系统、梯度系统、射频系统、计算机系统和其他辅助设备。软件包括计算机系统的操作系统和应用软件等。Aalto University预想这款磁共振成像仪能“搬”上面包车,于是主磁体采用了低场永磁体。

说到这,不得不补充一下永磁体的优点:磁场比较稳定,寿命长,没有明显的磁场损失;不需要连续电流供应,消耗的功率较少,磁体不会产生热,不需液氦冷却,维护费用少;杂散场小,可装在相对小的空间内;易做成开放式磁体,对小孩、幽闭症患者非常友好,而且开放式MR是开展介入MR的重要条件;永磁型MR系统构造简单,整机价格相对便宜。

研究人员表示,虽然低场磁共振的影像质量比不上高场磁共振,但也能满足很多疾病的诊断,如用于诊断肺炎、上颌窦炎、内出血、脓肿、积液等炎症类疾病。研究人员希望尽快开始原型机的测试,并寻找除了用于医疗之外的应用场景,如大健康领域,用于健身房测体脂。

三、可移动的磁共振们

1、车载磁共振

到目前为止,稀宝博为、华海高圣、奥泰医疗、显浩医疗等都推出了大型货车车载磁共振。这些车载磁共振能够应急处理各种突发医疗事故,也能开进社区筛查疾病。

2、方舱磁共振

2020年4月方舱磁共振交付包钢三医院使用。该设备能够将患者的医学影像实时上传到云平台,实现远程会诊。

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方舱磁共振

据了解,这款方舱磁共振由两个2.5米×6米的集装箱组成,以稀土永磁磁共振为核心,辅以其他先进医疗急救设备设施,除了具有灵活机动、安装方便、覆盖范围广、急速筛查诊治等优势外,还能够借助同步配置的稀宝瑞云智能医学影像云平台,实现将患者检查的医学影像实时上传,并通过互联网传输进行远程会诊,可以有效缓解超导核磁共振运营紧张,需要提前预约的压力,替代部分体检功能,降低患者就医成本。这款方舱磁共振是依据方舱医院建设思路而特别设计的一款新产品,在县域医院、抗疫救灾、野战救护等领域有很大推广空间。

3、POC 磁共振

目前,Aspect Imaging、Synaptive Medical和Hyperfine均有推出POC 磁共振,可用于急诊科、ICU以及农村地区或资源匮乏地区。

71021591312885383 Hyperfine,首台获得FDA批准上市的POC磁共振

2020年2月12日,由Hyperfine公司开发的世界上首款POC磁共振系统Hyperfine获得了美国FDA批准上市。Hyperfine系统宽3英尺(约0.92米),高5英尺(约1.53米),重量只有传统磁共振的近十分之一,使用GPU计算信息处理技术,采用永磁体,场强为0.064 T(磁场比目前标准的磁共振少20-40倍),功耗减少35倍,可以在开放的环境下工作,不需要特殊屏蔽,通过无线平板电脑控制操作。Hyperfine的主要应用场景为急诊科、ICU以及农村地区或资源匮乏地区。FDA批准Hyperfine用于2岁以上患者的头部成像。常规MRI成像需等15个小时,而Hyperfine无须等待。

四、磁共振的未来发展方向

根据Fortune Business Insights发布的最新研究报告,到2025年底,全球MRI市场将有千亿容量。而根据中国医学装备协会发布的最新数据,我国MRI设备53%的产品是进口设备,外资企业境内生产占比13%,本土企业境内生产占比只有27%。截止到2017年底,国内在磁共振配置总量中以1.5T磁共振为主。1.5T磁共振作为高场强磁共振设备,可完成血管造影、神经病学、心脏病学检查等多种临床应用,尤其适用于前列腺疾病、脑膜炎、肌肉骨骼系统疾病、糖尿病、心血管病等疾病的早期定性分析和治疗规划。

1、技术突破

国产品牌进入MRI市场约 10 年,根据国家市场监督管理总局数据显示,我国MRI生产批文共185个。目前国产的超导磁共振整机厂家有东软、朗润、联影、奥泰、安科、万东等,其中只有联影和奥泰用的是自研磁体。

2、技术创新

超导磁体需液氦保持超导环境,液氦费用高;需不断电运行;年修护费用高于 30 万。2018年“GPS”相继推出了少液氦的超导磁共振。2019年国内的鑫高益推出了一台100%无液氦超导磁共振。

3、加强售后服务

目前,磁共振设备临床应用领域亟须加强专业人才培训。尤其是基层医务人员在使用磁共振设备上存在明显的技术短板。建议企业在拓展基层磁共振设备市场的同时,还要给予更多的技术支持。

结语

在个性化诊疗的精准医疗时代,各种移动磁共振的出现表明了现在诊疗方式已经从“患者围绕着设备转”到“以患者为中心”,更表明了即时护理成像的未来已经到来!一场腥风血雨的磁共振革命即将掀起。

(聊城荣恒医疗器械有限公司)