地表最強！11.7T磁共振首張圖像來了

ldtsg1957 2021-12-22

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這不是一個普通的南瓜圖片,，而是大家期待已久的11.7T超高場磁共振的第一張圖像,，更是歷經(jīng)20年的研究結(jié)晶。

這臺重132噸，長5米的巨型人體顯微鏡,，是迄今為止場強最高的用于人體的全身磁共振系統(tǒng),，其將突破視覺極限,，被學術界寄予厚望。在正式將這個史無前例的場強用于人體前,，Iseult項目組還將進行最終的驗證工作以及相關部件的一系列測試,，以取得人體應用的正式許可,。

首張 11.7T MR圖像

目前醫(yī)學影像主要體現(xiàn)在強化精準醫(yī)療,、轉(zhuǎn)變醫(yī)療服務模式和拓展數(shù)字化醫(yī)療等方向,，推動醫(yī)學影像的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)并攻克更多疾病,。每年RSNA,，超高場磁共振都是最引人關注的話題之一。此前法國CEA原子能研究所與西門子醫(yī)療等合作伙伴共同研發(fā)的11.7T超高場人體磁共振,，已經(jīng)克服重重困難，順利獲得了首批圖像,！

11.7T磁共振始于21世紀初開始的“Iseult”項目,。來自 Iseult 項目的 MRI 中心的一塊非凡磁鐵重132 噸，長 5 m,，外徑 5 m,，內(nèi)徑 90 cm允許整個人體通過。這些是超凡的尺寸Iseult 項目的磁體達到 11.7 特斯拉的標稱磁場,，比標準醫(yī)院 MRI（通常為 1.5 或 3 T）的磁場強得多,。為實現(xiàn)該磁場，磁鐵由 1,500 安培的電流供電,；導體線圈由處于 1.8 開爾文 (-271.35°C) 的超流體狀態(tài)的氦氣永久冷卻,；11.7T的磁場是MRI領域如此體積的世界紀錄，也是這種超導材料的絕對記錄,。

2021 年 9 月,，世界上最強大的人體成像項目 Iseult 項目的 11.7 特斯拉 MRI 發(fā)布了第一張圖像。該 MRI 由 CEA 工程師和研究人員與 Siemens Healthineers 共同設計,，將推動基礎研究,、認知科學和了解大腦病理學方面的重大進展。他們驗證了整個過程,，由于多項技術突破,，2017 年交付給 CEA-Paris-Saclay 站點的“杰出”磁鐵轉(zhuǎn)變?yōu)椤俺上駜x”。

2021 年 10 月 7 日,，南瓜這個不尋常的物體被 CEA 工程師和研究人員選中,，因為它具有多種紋理，以使用世界上最強大的 11.7 T 人體全身 MRI 的 Iseult 項目制作第一張圖像,，該項目安裝在 CEA-Paris-Saclay 的 NeuroSpin,。

南瓜的圖像在三個維度上具有 400 微米的分辨率,，預示著 CEA 及其合作伙伴的科學和技術團隊將能夠?qū)崿F(xiàn)探測人類大腦的能力，以造福于基礎研究,，認知科學和理解大腦病理學,。多個“首次突破”驗證了將“杰出”磁鐵轉(zhuǎn)變?yōu)?MRI 機器的整個過程。

CEA-Irfu 董事表示：“Iseult 項目磁鐵的開發(fā)是一次非凡的人類,、技術和工業(yè)冒險,。看到它實現(xiàn)了磁鐵標稱磁場強度 - 11.7 T - 隨后是這些第一批如此有前途的高分辨率圖像,，這是我們所有人的真正驕傲,。”

20年研究的結(jié)晶

Denis le Bihan于 2000 年代初便啟動了 Iseult 項目,，旨在開發(fā)一種用于調(diào)查神經(jīng)退行性疾病的新診斷工具,。2004 年 7 月，Irfu 根據(jù) Guy Aubert 教授的創(chuàng)新磁性設計制作了磁鐵的初步設計,。幾個月后,，法國和德國簽署了開發(fā)這種高場成像的合作協(xié)議。

2006年德國和法國共同設立項目代號為“Iseult計劃以研究11.7T磁共振,。該計劃的參與者包括德國西門子醫(yī)療,、法國阿爾斯通等工業(yè)合作伙伴；德國弗萊堡大學,、法國CEA原子能研究所等科研機構(gòu),，并得到了法國Bpifrance、德國聯(lián)邦教育科研部基金等基金的款項支持,，可以說這是一個真正的聯(lián)合研究成果,。

這臺巨無霸磁體重達132噸（普通7T的磁體為40噸），長5米,，外徑5米,，內(nèi)徑90厘米。經(jīng)過6年開發(fā),，從2017年7月開始安裝,，經(jīng)歷了整整2年的安裝調(diào)試，2019年法國CEA原子能研究所與西門子合作,，經(jīng)過多年的研發(fā)積累,，開始安裝調(diào)試世界最高場強的11.7T磁共振系統(tǒng)。終于在2019年7月18日完成了11.7T的成功勵磁,，為未來的應用做好了準備,。在安裝過程中，研發(fā)團隊遇到了大量挑戰(zhàn)，如在巨大磁體內(nèi)填充超過7000L海量液氦,、升場中進行復雜的調(diào)試等,，僅升場就有超過1300道工序需要處理，但最終整個研發(fā)團隊克服困難,，實現(xiàn)了目標,。

2021 年 9 月，世界上最強大的人體成像項目 Iseult 項目的 11.7 特斯拉 MRI 發(fā)布了第一張圖像,。西門子 Healthineers MRI 主管 Arthur Kaindl 表示：“隨著我們的 7 Tesla 掃描儀 MAGNETOM Terra 牢固地建立在臨床使用上,，以及我們最近推出的 0.55 Tesla High-V MRI，我很高興能夠進一步推動極限,。我很高興我們的團隊共同努力現(xiàn)在得到了回報,。我們迫不及待地想看看 11.7T 成像將帶來什么令人興奮的新見解，并繼續(xù)我們在超高場領域的長期創(chuàng)新之路,?！?/p>

盡管如此，仍需要進行一些優(yōu)化才能在 11.7 T 下獲得分辨率接近 100 到 200 微米的質(zhì)量圖像,。在 Iseult MRI 完全投入使用并在人體上采集第一批體內(nèi)圖像之前,，團隊將在未來幾個月內(nèi)對成像設備進行最終驗證，并對專為 Iseult 項目開發(fā)的射頻線圈進行首次測試,。

2022 年，將進一步部署歐洲 Aroma 項目,，以開發(fā)一種優(yōu)化此 MRI 操作的方法,。最后，一旦獲得衛(wèi)生當局的批準,，新的 MRI 將用于在志愿者的幫助下進行研究,。

對于 CEA-Paris-Saclay 神經(jīng)影像平臺 NeuroSpin 的主管 Stanislas Dehaene 來說，“由于這種非凡的 MRI,，我們的研究人員期待更詳細地研究大腦的解剖和結(jié)構(gòu)組織,。這項工作無疑將導致重大的臨床應用?！?/p>

高場磁共振的市場格局

目前,，MRI技術已經(jīng)成為醫(yī)學影像技術中一種不可或缺的重要診斷手段，自1984年美國FDA批準醫(yī)用磁共振成像設備用于臨床以來,，醫(yī)用磁共振設備市場已歷經(jīng)了30多年的發(fā)展,。目前，MRI設備已成為幾十億美元的市場,，世界MRI設備的裝機臺數(shù)從1984年的75臺增加到上萬臺,。2015-2019年，全球磁共振成像系統(tǒng)市場規(guī)模逐年增長，2019年約為63億美元,。

隨著技術在醫(yī)學影像診斷環(huán)節(jié)的滲透,，以及對醫(yī)學影像市場越來越重視，MRI市場需求有望持續(xù)擴大,。臨床的需求正在推動磁共振技術朝著更高信噪比,、更高分辨率和對比度以及更快成像速度的方向發(fā)展，這就需要更高的場強,。目前在臨床應用的超高場磁共振主要有7T,、5T磁共振，下面我們簡單介紹一下幾款磁共振,。

西門子醫(yī)療MAGNETOM Terra

據(jù)了解,，相較于傳統(tǒng)的7T磁共振，MAGNETOM Terra的重量減少了50%,，在20噸左右,，采用了西門子牛津磁體公司全新設計的磁體系統(tǒng)，新的磁體采用了獨特的設計和熱平衡材料,，最大限度的減少了核心部件間相互作用,；還具有更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，更高的磁體穩(wěn)定度,、更佳的靜態(tài)磁場均勻度和動態(tài)磁場均勻度,，從而為臨床帶來更高的圖像質(zhì)量。

此外,，MAGNETOM Terra在業(yè)界首次實現(xiàn)了兩倍于傳統(tǒng)7T的超強梯度性能,，實現(xiàn)超快速、超高效,、超高分辨功能磁共振成像,；而Tim 技術，可以獲得超高通道數(shù)的獨立射頻數(shù)據(jù)接收能力,，為臨床提供了更為強大的系統(tǒng)采集能力,。

GE醫(yī)療的SIGNA 7.0T 磁共振

GE醫(yī)療的SIGNA 7.0T 磁共振系統(tǒng)配置超高場磁體技術、60厘米孔徑,，功率是大部分臨床系統(tǒng)的5倍左右,。此外，SIGNA 7.0T磁共振采用了GE最強大的全身梯度線圈UltraG梯度技術,，可實現(xiàn)超高場強的成像速度和分辨率,。SIGNA 7.0T磁共振另一個特色是其精密的射頻發(fā)射和接收架構(gòu)，能夠提高圖像質(zhì)量和研究的靈活性,。

軟件方面,，SIGNA 7.0T磁共振SIGNA Works應用平臺,，為臨床醫(yī)生提供最先進的應用程序，比如用于自動切片定位的 AIR x brain和Silent MR 成像這樣基于深度學習的平臺工具,。

聯(lián)影uMR Jupiter 5T磁共振

2021年7月1日,，國產(chǎn)影像企業(yè)聯(lián)影醫(yī)療技術集團與上海復旦大學附屬中山醫(yī)院開啟了首款國產(chǎn)全身5T磁共振設備uMR Jupiter的臨床試驗合作。全球首款人體全身5.0T磁共振uMR Jupiter首次突破了超高場磁共振局限于腦部成像的限制,，實現(xiàn)超高場全身臨床成像,！在神經(jīng)系統(tǒng)成像方面，uMR Jupiter更是比肩更高場設備,，可為腦小血管疾病與退行性病變提供更多診斷信息,。此外還有9.4T動物磁共振如下圖。