Создан прототип дешевого МРТ-сканера с питанием от розетки

Эксперты из Гонконга разработали прототип МРТ-сканера, который может сделать диагностику дешевле и удобнее. Для этого ученые использовали магниты малой мощности и отказались от стандартных мер по снижению шума.

С момента изобретения магнитно-резонансной томографии (МРТ) были достигнуты значительные успехи в диагностике рака, неврологических повреждений, заболеваний опорно-двигательного аппарата, сосудистой патологии и других заболеваний. Но, несмотря на его эффективность (ежегодно во всем мире проводится более 100 миллионов таких операций), 50 лет спустя доступность сканера остается низкой. Аппараты МРТ сконцентрированы в более или менее богатых странах, с десятками на миллион жителей, тогда как в Африке их меньше одного.

Основная проблема заключается в том, что сам сканер дорог и дорог в обслуживании, так как для его защиты от внешних электромагнитных помех требуется отдельное помещение. В настоящее время активно разрабатываются технологии, которые сделают аппараты МРТ более мобильными: например, сканеры сверхнизкого поля для визуализации мозга. Такие устройства работают с магнитными полями менее 0,1 Тесла.

Медицинские инженеры из Университета Гонконга в Китае придумали новый прототип. Они разработали томограф всего тела с магнитом мощностью 0,05 Тесла (стандартные аппараты имеют мощность магнитного поля от 1 до 3 Тесла). Эксперты оптимизировали самые дорогие компоненты сканера и смогли использовать алгоритмы глубокого обучения для повышения четкости изображений внутренних органов. Затем они протестировали сканер на 30 здоровых добровольцах в возрасте от 23 до 77 лет. Описание хода и результатов опубликовано в журнале Science.

Стоимость аппарата МРТ зависит напрямую от двух факторов. Во-первых, это зависит от мощности магнита – чем он мощнее, тем дороже. Цена оборудования с магнитным полем в три Тесла порой исчисляется сотнями миллионов рублей. Второй ценовой фактор — радиочастотное экранирование, которое подавляет помехи и сохраняет четкость изображения.

Ученые решили использовать компактный ферритовый бор-магнит мощностью 0,05 Тесла и отказаться от экранирования (то есть защиты). Таким образом, сканер может работать от стандартного напряжения 220 Вольт (иными словами, от сетевой розетки). Если начнется массовое производство, возможная цена такого устройства составит около 22 000 долларов (около 2 миллионов рублей).

А как насчет помех? Эксперты разместили вокруг сканера 10 небольших катушек для измерения электромагнитного шума во время сканирования. Затем они реализовали алгоритм глубокого машинного обучения, ранее разработанный теми же учеными. Система сначала обрабатывает сигнал магнитного резонанса, а затем электромагнитный шум. Алгоритм также использует преобразования Фурье для адаптации, восстановления контрастных изображений и обучения на модели.

Чтобы убедиться в достоверности, исследователи сравнили контрастные изображения мозга, позвоночника, коленей, сердца и внутренних органов, полученные на сканере высокого поля мощностью в три Тесла и на прототипе. Алгоритм восстанавливает основные нейроанатомические структуры: на изображении четко видны границы межпозвоночного диска и спинного мозга, печени и ее магистральных сосудов, хрящей тазобедренного и коленного суставов, менисков и т д. Только зрелое оборудование может распознавать более мелкие детали, но искусственный интеллект значительно улучшает четкость сигнала.

Авторы статьи отмечают, что вновь разработанное изделие пока достаточно тяжелое и непрактичное (магнит весит 1300 килограммов), но потенциально может быть вдвое тяжелее. Для этого сканер предлагают оснастить аккумуляторами и использовать еще один магнит — возможная масса устройства оценивается в 600 килограммов. Но эксперименты на прототипах показали, что это может решить проблему недоступности и дороговизны аппаратов МРТ.