全球最牛MRI!可看到大脑所有细节,任何金属都能被其撕裂

2018-11-13

来源:综合自Nature官网、医学界
整理:赛柏蓝器械

 

3T的MRI已不足以引领技术潮流。以10.5T为代表的超级MRI正在将人类的医学成像技术推向一个新高度。凭借此,“可以看到所有细节而无需打开大脑。”
 
近日,Nature上发表了一篇名为《世界上最强大的核磁共振成像设备正在将人类成像推向新的极限》的研究文章,称研究人员研究了具有10.5T磁场强度的扫描仪,以及关于大脑的前所未有的细节。


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这篇研究文章被Nature刊发在自己官网的头版头条。
 
目前,医院通常使用场强为1.5T或3T的MRI,在3T时,MRI机器可以解析小至1毫米的大脑细节。那么10.5T的MRI是个什么概念?“可以看到所有细节而无需打开大脑。”一位研究人员如此说到。
 
该研究文章中写到:它的重量几乎是“波音737”的3倍,任何金属都可以被强大的10.5T磁铁撕裂掉。
 
不过,这台价值1400万美元的“大家伙”是世界上少数几家研究机构将MRI推向磁场强度极限的扫描仪之一。除了它,还有一群“超强MRI们”在文章中被重点研究。
 
下面就一起看看Nature发表的研究文章中所说的“超强MRI们”到底有多厉害。
 

那些超强的MRI
 
需要看到的是,超高倍视野扫描仪正在崛起。


虽然上述10.5T是个代表,不过,世界各地的研究实验室已经有数十台7T的MRI,也在“超强”之列。去年,第一台7T机型在美国和欧洲被批准用于临床。
 
技术上来讲,超高视野扫描仪的吸引力很明显。磁场越强,信噪比越大,这意味着身体可以以更高的分辨率或相同的分辨率成像,不过扫描速度更快。


在3T时,MRI机器可以解析小至1毫米的大脑细节。在7T机器中,该分辨率可以达到0.5毫米,这足以辨别人体皮层内的功能单元,并且可能首次看到信息如何在人类大脑中的神经元集合之间流动。

 

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澳大利亚昆士兰大学的7T磁共振成像扫描仪产生大脑扫描图像
图源:昆士兰大学高级成像中心

 

预计具有更高场强的扫描仪的分辨能力至少是7T设备的两倍。正如那位研究人员所说的,10.5T的MRI可以看到大脑中的所有细节。
 
虽然是一个代表,不过FDA已于去年8月批准了将10.5T的机器用于扫描20个人类,去年12月,有第一名受试者正式接受测试。

 

而除了明尼苏达的这台10.5TMRI,全球还有两台11.7T的MRI,一台在法国巴黎的NeuroSpinCentre,一台在美国马里兰州Bethesda的NIH(美国国立卫生研究)。
 
目前,NIH的那台正在等待维修回送——据说是因为当年买到手之后,负责使用机器的工作人员开关机速度太快,导致机器过热,破坏了某些线路,明年才能修好。
 
而法国的则是去年5月完成发货,预计2022年用于扫描人体。
 
除此之外,德国、韩国和中国计划建造14T的扫人MRI。
 

显像效果有什么不同
 
下面是德国马克斯普朗克研究所的9.4T(右)MRI和普通3T MRI扫描统一大脑断面的效果——

 

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显然右边9.4T的机器扫出来细节丰满得多。

 

除了这些10T左右的超级机器,全球范围内,7T MRI已经在临床上使用了一段时间了。使用者表示,7T的显像级别可以达到开放式外科手术探查的效果。

 

也有人表示,7T MRI可以看到过去需要在人死后做病理切片才能看到的细节。


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7T MRI 设备目前在参与Human Connectome Project,上图是该project测绘的脑白质图片之一
 

有哪些新的临床应用


超级MRI由于前所未有的体外成像功能,可以做的事情有很多。目前通过7T MRI已经实现的有:

 

1.精确指导帕金森病的外科深部脑刺激治疗


使用3T MRI指导植入电极,有时候会不准确,这种试探性操作如果损伤脑血管,会造成严重的高风险后果。7T MRI可以一步到位,不存在反复寻找电极的准确置放位置的问题。


2.提前发现骨关节炎


超级MRI除了能显示普通3T MRI能显示的东西,还能扫描追踪其他一些3T MRI无力检测的东西。比如一些生化变化。纽约大学使用7T MRI观测到,早期骨关节炎的患者在骨关节没有发生任何结构性变化的时候,其骨骼中的电解质已经发生改变。


3.观测到多发性硬化症(MS)的认知症状根源


由于药物的革新,MS患者寿命得到了极大的延长,随之而来的是过去不被注意的认知功能改变问题浮出水面。目前使用7T MRI可以发现出现认知问题的MS患者脑部的相应病灶,这在过去是很难观测的。


此外,超级MRI除了可以超高清显像之外,还能超快速拍片和出片。所以如果你不需要超高清显像,还能大大缩小患者躺在机器里的时间,把原来需要几分钟拍完的片在一两秒内拍完,或者把需要几个小时的片在几分钟内搞定。
 

MRI场强的极限
 
自20世纪70年代中期第一台人体扫描仪被开发出以来,MRI的技术细节并没有太大变化。MRI的技术核心仍然是管状超导磁体,产生静电磁场。
 
“在MRI时代开始时,许多科学家认为0.5T将是MRI的最大磁体强度”,来自佛罗里达州的美国国家高磁场实验室的一位研究人员称。


显然,这个强度被一再的突破:到了20世纪80年代,出现了用于临床的1.5T的扫描仪。而在2002年,3T扫描仪获得了批准。同时,研究人员正在将其推动更高的场强,以至于快来到一个极限。
 
一些研究人员推测,14T以上的扫描仪也可能导致神经传导减慢,刺激周围神经或损伤DNA,尽管有研究员说,目前为止,即使是在21.1T设备所进行的动物实验上看不到上述影响的发生,但是,另有研究人员认为在某种程度上,对于场强将有一个限制,超过这个限度,我们不能在不损害身体的情况下继续下去。


除此之外,机器内部空间大小也是个影响因素。


世界上最强大的MRI扫描仪位于美国国家高磁场实验室。内部空间直径只有10.5厘米,21.1T的机器太小,已无法用于人。

 

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