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地表最强!11.7T磁共振首张图像来了

2021-12-19

  

MRI

     

2021-12-19

  

MRI

     


来源:器械之家,未经授权不得以任何形式转载,且24小时后方可转载。


这不是一个普通的南瓜图片,而是大家期待已久的11.7T超高场磁共振的第一张图像,更是历经20年的研究结晶。

地表最强!11.7T磁共振首张图像来了

这台重132吨,长5米的巨型人体显微镜,是迄今为止场强最高的用于人体的全身磁共振系统,其将突破视觉极限,被学术界寄予厚望。在正式将这个史无前例的场强用于人体前,Iseult项目组还将进行最终的验证工作以及相关部件的一系列测试,以取得人体应用的正式许可。

地表最强!11.7T磁共振首张图像来了

01

首张 11.7T MR图像


目前医学影像主要体现在强化精准医疗、转变医疗服务模式和拓展数字化医疗等方向,推动医学影像的发展,发现并攻克更多疾病。每年RSNA,超高场磁共振都是最引人关注的话题之一。此前法国CEA原子能研究所与西门子医疗等合作伙伴共同研发的11.7T超高场人体磁共振,已经克服重重困难,顺利获得了首批图像!

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11.7T磁共振始于21世纪初开始的“Iseult”项目。来自 Iseult 项目的 MRI 中心的一块非凡磁铁重132 吨,长 5 m,外径 5 m,内径 90 cm允许整个人体通过。这些是超凡的尺寸Iseult 项目的磁体达到 11.7 特斯拉的标称磁场,比标准医院 MRI(通常为 1.5 或 3 T)的磁场强得多。为实现该磁场,磁铁由 1,500 安培的电流供电;导体线圈由处于 1.8 开尔文 (-271.35°C) 的超流体状态的氦气永久冷却;11.7T的磁场是MRI领域如此体积的世界纪录,也是这种超导材料的绝对记录。

2021 年 9 月,世界上最强大的人体成像项目 Iseult 项目的 11.7 特斯拉 MRI 发布了第一张图像。该 MRI 由 CEA 工程师和研究人员与 Siemens Healthineers 共同设计,将推动基础研究、认知科学和了解大脑病理学方面的重大进展。他们验证了整个过程,由于多项技术突破,2017 年交付给 CEA-Paris-Saclay 站点的“杰出”磁铁转变为“成像仪”。

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2021 年 10 月 7 日,南瓜这个不寻常的物体被 CEA 工程师和研究人员选中,因为它具有多种纹理,以使用世界上最强大的 11.7 T 人体全身 MRI 的 Iseult 项目制作第一张图像,该项目安装在 CEA-Paris-Saclay 的 NeuroSpin。

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南瓜的图像在三个维度上具有 400 微米的分辨率,预示着 CEA 及其合作伙伴的科学和技术团队将能够实现探测人类大脑的能力,以造福于基础研究,认知科学和理解大脑病理学。多个“首次突破”验证了将“杰出”磁铁转变为 MRI 机器的整个过程。

CEA-Irfu 董事表示:“Iseult 项目磁铁的开发是一次非凡的人类、技术和工业冒险。看到它实现了磁铁标称磁场强度 - 11.7 T - 随后是这些第一批如此有前途的高分辨率图像,这是我们所有人的真正骄傲。”

02

20年研究的结晶


Denis le Bihan于 2000 年代初便启动了 Iseult 项目,旨在开发一种用于调查神经退行性疾病的新诊断工具。2004 年 7 月,Irfu 根据 Guy Aubert 教授的创新磁性设计制作了磁铁的初步设计。几个月后,法国和德国签署了开发这种高场成像的合作协议。

2006年德国和法国共同设立项目代号为“Iseult计划以研究11.7T磁共振。该计划的参与者包括德国西门子医疗、法国阿尔斯通等工业合作伙伴;德国弗莱堡大学、法国CEA原子能研究所等科研机构,并得到了法国Bpifrance、德国联邦教育科研部基金等基金的款项支持,可以说这是一个真正的联合研究成果。

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这台巨无霸磁体重达132吨(普通7T的磁体为40吨),长5米,外径5米,内径90厘米。经过6年开发,从2017年7月开始安装,经历了整整2年的安装调试,2019年法国CEA原子能研究所与西门子合作,经过多年的研发积累,开始安装调试世界最高场强的11.7T磁共振系统。终于在2019年7月18日完成了11.7T的成功励磁,为未来的应用做好了准备。在安装过程中,研发团队遇到了大量挑战,如在巨大磁体内填充超过7000L海量液氦、升场中进行复杂的调试等,仅升场就有超过1300道工序需要处理,但最终整个研发团队克服困难,实现了目标。

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2021 年 9 月,世界上最强大的人体成像项目 Iseult 项目的 11.7 特斯拉 MRI 发布了第一张图像。西门子 Healthineers MRI 主管 Arthur Kaindl 表示:“随着我们的 7 Tesla 扫描仪 MAGNETOM Terra 牢固地建立在临床使用上,以及我们最近推出的 0.55 Tesla High-V MRI,我很高兴能够进一步推动极限。我很高兴我们的团队共同努力现在得到了回报。我们迫不及待地想看看 11.7T 成像将带来什么令人兴奋的新见解,并继续我们在超高场领域的长期创新之路。”

尽管如此,仍需要进行一些优化才能在 11.7 T 下获得分辨率接近 100 到 200 微米的质量图像。在 Iseult MRI 完全投入使用并在人体上采集第一批体内图像之前,团队将在未来几个月内对成像设备进行最终验证,并对专为 Iseult 项目开发的射频线圈进行首次测试。

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2022 年,将进一步部署欧洲 Aroma 项目,以开发一种优化此 MRI 操作的方法。最后,一旦获得卫生当局的批准,新的 MRI 将用于在志愿者的帮助下进行研究。

对于 CEA-Paris-Saclay 神经影像平台 NeuroSpin 的主管 Stanislas Dehaene 来说,“由于这种非凡的 MRI,我们的研究人员期待更详细地研究大脑的解剖和结构组织。这项工作无疑将导致重大的临床应用。”


03

高场磁共振的市场格局


目前,MRI技术已经成为医学影像技术中一种不可或缺的重要诊断手段,自1984年美国FDA批准医用磁共振成像设备用于临床以来,医用磁共振设备市场已历经了30多年的发展。目前,MRI设备已成为几十亿美元的市场,世界MRI设备的装机台数从1984年的75台增加到上万台。2015-2019年,全球磁共振成像系统市场规模逐年增长,2019年约为63亿美元。

随着技术在医学影像诊断环节的渗透,以及对医学影像市场越来越重视,MRI市场需求有望持续扩大。 临床的需求正在推动磁共振技术朝着更高信噪比、更高分辨率和对比度以及更快成像速度的方向发展,这就需要更高的场强。目前在临床应用的超高场磁共振主要有7T、5T磁共振,下面我们简单介绍一下几款磁共振。


西门子医疗MAGNETOM Terra

据了解,相较于传统的7T磁共振,MAGNETOM Terra的重量减少了50%,在20吨左右,采用了西门子牛津磁体公司全新设计的磁体系统,新的磁体采用了独特的设计和热平衡材料,最大限度的减少了核心部件间相互作用;还具有更稳定的结构,更高的磁体稳定度、更佳的静态磁场均匀度和动态磁场均匀度,从而为临床带来更高的图像质量。

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此外,MAGNETOM Terra在业界首次实现了两倍于传统7T的超强梯度性能,实现超快速、超高效、超高分辨功能磁共振成像;而Tim 技术,可以获得超高通道数的独立射频数据接收能力,为临床提供了更为强大的系统采集能力。

GE医疗的SIGNA 7.0T 磁共振

GE医疗的SIGNA 7.0T 磁共振系统配置超高场磁体技术、60厘米孔径,功率是大部分临床系统的5倍左右。此外,SIGNA 7.0T磁共振采用了GE最强大的全身梯度线圈UltraG梯度技术,可实现超高场强的成像速度和分辨率。SIGNA 7.0T磁共振另一个特色是其精密的射频发射和接收架构,能够提高图像质量和研究的灵活性。

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软件方面,SIGNA 7.0T磁共振SIGNA Works应用平台,为临床医生提供最先进的应用程序,比如用于自动切片定位的 AIR x brain和Silent MR 成像这样基于深度学习的平台工具。

联影uMR Jupiter 5T磁共振

2021年7月1日,国产影像企业联影医疗技术集团与上海复旦大学附属中山医院开启了首款国产全身5T磁共振设备uMR Jupiter的临床试验合作。全球首款人体全身5.0T磁共振uMR Jupiter首次突破了超高场磁共振局限于脑部成像的限制,实现超高场全身临床成像!在神经系统成像方面,uMR Jupiter更是比肩更高场设备,可为脑小血管疾病与退行性病变提供更多诊断信息。此外还有9.4T动物磁共振如下图。

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回顾四十多年的超高场发展历史,众多国内外顶级科研院所的科学家们不断刷新着磁共振场强和分辨率的极限,相信超高场技术会为我们带来一个又一个新的记录和惊喜,器械之家将持续关注未来超高场技术的发展。


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