3T的MRI已不足以引領(lǐng)技術(shù)潮流。以10.5T為代表的超級MRI正在將人類的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)推向一個新高度。憑借此,“可以看到所有細(xì)節(jié)而無需打開大腦。”
近日,Nature上發(fā)表了一篇名為《世界上最強(qiáng)大的核磁共振成像設(shè)備正在將人類成像推向新的極限》的研究文章,稱研究人員研究了具有10.5T磁場強(qiáng)度的掃描儀,以及關(guān)于大腦的前所未有的細(xì)節(jié)。
這篇研究文章被Nature刊發(fā)在自己官網(wǎng)的頭版頭條。
目前,醫(yī)院通常使用場強(qiáng)為1.5T或3T的MRI,在3T時,MRI機(jī)器可以解析小至1毫米的大腦細(xì)節(jié)。那么10.5T的MRI是個什么概念?“可以看到所有細(xì)節(jié)而無需打開大腦。”一位研究人員如此說到。
該研究文章中寫到:它的重量幾乎是“波音737”的3倍,任何金屬都可以被強(qiáng)大的10.5T磁鐵撕裂掉。
不過,這臺價值1400萬美元的“大家伙”是世界上少數(shù)幾家研究機(jī)構(gòu)將MRI推向磁場強(qiáng)度極限的掃描儀之一。除了它,還有一群“超強(qiáng)MRI們”在文章中被重點(diǎn)研究。
下面就一起看看Nature發(fā)表的研究文章中所說的“超強(qiáng)MRI們”到底有多厲害。
那些超強(qiáng)的MRI
需要看到的是,超高倍視野掃描儀正在崛起。
雖然上述10.5T是個代表,不過,世界各地的研究實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)有數(shù)十臺7T的MRI,也在“超強(qiáng)”之列。去年,第一臺7T機(jī)型在美國和歐洲被批準(zhǔn)用于臨床。技術(shù)上來講,超高視野掃描儀的吸引力很明顯。磁場越強(qiáng),信噪比越大,這意味著身體可以以更高的分辨率或相同的分辨率成像,不過掃描速度更快。
在3T時,MRI機(jī)器可以解析小至1毫米的大腦細(xì)節(jié)。在7T機(jī)器中,該分辨率可以達(dá)到0.5毫米,這足以辨別人體皮層內(nèi)的功能單元,并且可能首次看到信息如何在人類大腦中的神經(jīng)元集合之間流動。
預(yù)計(jì)具有更高場強(qiáng)的掃描儀的分辨能力至少是7T設(shè)備的兩倍。正如那位研究人員所說的,10.5T的MRI可以看到大腦中的所有細(xì)節(jié)。雖然是一個代表,不過FDA已于去年8月批準(zhǔn)了將10.5T的機(jī)器用于掃描20個人類,去年12月,有第一名受試者正式接受測試。而除了明尼蘇達(dá)的這臺10.5TMRI,全球還有兩臺11.7T的MRI,一臺在法國巴黎的NeuroSpinCentre,一臺在美國馬里蘭州Bethesda的NIH(美國國立衛(wèi)生研究)。目前,NIH的那臺正在等待維修回送——據(jù)說是因?yàn)楫?dāng)年買到手之后,負(fù)責(zé)使用機(jī)器的工作人員開關(guān)機(jī)速度太快,導(dǎo)致機(jī)器過熱,破壞了某些線路,明年才能修好。
而法國的則是去年5月完成發(fā)貨,預(yù)計(jì)2022年用于掃描人體。除此之外,德國、韓國和中國計(jì)劃建造14T的掃人MRI。
顯像效果有什么不同
除了這些10T左右的超級機(jī)器,全球范圍內(nèi),7T MRI已經(jīng)在臨床上使用了一段時間了。使用者表示,7T的顯像級別可以達(dá)到開放式外科手術(shù)探查的效果。
也有人表示,7T MRI可以看到過去需要在人死后做病理切片才能看到的細(xì)節(jié)。
有哪些新的臨床應(yīng)用
超級MRI由于前所未有的體外成像功能,可以做的事情有很多。目前通過7T MRI已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的有:
1.精確指導(dǎo)帕金森病的外科深部腦刺激治療
使用3T MRI指導(dǎo)植入電極,有時候會不準(zhǔn)確,這種試探性操作如果損傷腦血管,會造成嚴(yán)重的高風(fēng)險(xiǎn)后果。7T MRI可以一步到位,不存在反復(fù)尋找電極的準(zhǔn)確置放位置的問題。
2.提前發(fā)現(xiàn)骨關(guān)節(jié)炎
超級MRI除了能顯示普通3T MRI能顯示的東西,還能掃描追蹤其他一些3T MRI無力檢測的東西。比如一些生化變化。紐約大學(xué)使用7T MRI觀測到,早期骨關(guān)節(jié)炎的患者在骨關(guān)節(jié)沒有發(fā)生任何結(jié)構(gòu)性變化的時候,其骨骼中的電解質(zhì)已經(jīng)發(fā)生改變。
3.觀測到多發(fā)性硬化癥(MS)的認(rèn)知癥狀根源
由于藥物的革新,MS患者壽命得到了極大的延長,隨之而來的是過去不被注意的認(rèn)知功能改變問題浮出水面。目前使用7T MRI可以發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)認(rèn)知問題的MS患者腦部的相應(yīng)病灶,這在過去是很難觀測的。
此外,超級MRI除了可以超高清顯像之外,還能超快速拍片和出片。所以如果你不需要超高清顯像,還能大大縮小患者躺在機(jī)器里的時間,把原來需要幾分鐘拍完的片在一兩秒內(nèi)拍完,或者把需要幾個小時的片在幾分鐘內(nèi)搞定。
MRI場強(qiáng)的極限
自20世紀(jì)70年代中期第一臺人體掃描儀被開發(fā)出以來,MRI的技術(shù)細(xì)節(jié)并沒有太大變化。MRI的技術(shù)核心仍然是管狀超導(dǎo)磁體,產(chǎn)生靜電磁場。
“在MRI時代開始時,許多科學(xué)家認(rèn)為0.5T將是MRI的磁體強(qiáng)度”,來自佛羅里達(dá)州的美國國家高磁場實(shí)驗(yàn)室的一位研究人員稱。
顯然,這個強(qiáng)度被一再的突破:到了20世紀(jì)80年代,出現(xiàn)了用于臨床的1.5T的掃描儀。而在2002年,3T掃描儀獲得了批準(zhǔn)。同時,研究人員正在將其推動更高的場強(qiáng),以至于快來到一個極限。
一些研究人員推測,14T以上的掃描儀也可能導(dǎo)致神經(jīng)傳導(dǎo)減慢,刺激周圍神經(jīng)或損傷DNA,盡管有研究員說,目前為止,即使是在21.1T設(shè)備所進(jìn)行的動物實(shí)驗(yàn)上看不到上述影響的發(fā)生,但是,另有研究人員認(rèn)為在某種程度上,對于場強(qiáng)將有一個限制,超過這個限度,我們不能在不損害身體的情況下繼續(xù)下去。
除此之外,機(jī)器內(nèi)部空間大小也是個影響因素。世界上最強(qiáng)大的MRI掃描儀位于美國國家高磁場實(shí)驗(yàn)室。內(nèi)部空間直徑只有10.5厘米,21.1T的機(jī)器太小,已無法用于人。
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