Imagerie par résonance magnétique portable des patients à l'intérieur, à l'extérieur et à la maison

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 13147 (2022) Citer cet article

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Les appareils d’imagerie médicale mobiles sont d’une valeur inestimable à des fins de diagnostic clinique, tant à l’intérieur qu’à l’extérieur des établissements de santé. Parmi les différentes modalités d’imagerie, seules quelques-unes sont facilement portables. L’imagerie par résonance magnétique (IRM), la référence en matière de soins de santé, n’appartient pas traditionnellement à ce groupe. Récemment, les entreprises de technologie d'IRM à faible champ ont démontré les premières étapes décisives vers la portabilité au sein des installations médicales et des véhicules. Cependant, le poids et les dimensions de ces scanners sont incompatibles avec des cas d'utilisation plus exigeants tels que les régions reculées et en développement, les installations et événements sportifs, les camps médicaux et militaires ou les soins à domicile. Nous présentons ici des images in vivo prises avec un scanner IRM d'extrémité léger, à faible encombrement et à faible champ, en dehors de l'environnement contrôlé fourni par les installations médicales. Pour démontrer la véritable portabilité du système et comparer ses performances dans divers scénarios pertinents, nous avons acquis des images du genou d'un volontaire dans : (i) un laboratoire de physique IRM ; (ii) un bureau; (iii) à l'extérieur d'un bâtiment du campus, connecté à une prise de courant à proximité ; (iv) en plein air, alimenté par un petit générateur à carburant ; et (v) au domicile du bénévole. Toutes les images ont été acquises dans des délais cliniquement viables, et les rapports signal/bruit et le contraste tissulaire suffisent pour les reconstructions 2D et 3D ayant une valeur diagnostique. De plus, le volontaire porte un implant métallique de fixation vissé au fémur, ce qui entraîne de forts artefacts dans les systèmes cliniques standards mais apparaît net dans nos acquisitions à faible champ. Dans l’ensemble, ces travaux ouvrent la voie à une IRM hautement accessible dans des circonstances auparavant irréalistes.

Les scanners IRM cliniques standards utilisent de puissants aimants supraconducteurs qui interagissent fortement avec la grande quantité de noyaux d’hydrogène présents dans le corps humain1. Ces aimants permettent le SNR élevé et la résolution spatiale typiques des images par résonance magnétique. Malheureusement, ces aimants nécessitent également une réfrigération cryogénique, ils sont encombrants, lourds, coûteux à construire, à installer, à exploiter et à entretenir, et constituent finalement un formidable obstacle à l’accessibilité et à la démocratisation de l’IRM2,3,4. En outre, les scanners à champ élevé sont soumis à des risques pour la sécurité des patients, par exemple en raison d'incidents de projectiles5 ; ils sont limités dans les séquences d'impulsions d'imagerie qui peuvent être jouées en raison de l'augmentation des taux d'absorption spécifique (DAS) de l'énergie électromagnétique dans les tissus aux radiofréquences (RF) d'excitation plus élevées correspondantes6 ; ils génèrent un bruit acoustique indésirable dû aux fortes interactions magnétiques lors des scans7 ; et ils induisent de graves artefacts d'image autour des implants métalliques en raison des effets de susceptibilité magnétique8,9,10. Les systèmes à faible champ (\(<0,3\) T) peuvent surmonter tout ce qui précède et gagnent aujourd’hui du terrain en tant que compléments abordables aux scanners IRM standard. Les réalisations récentes avec les scanners à faible champ comprennent l'imagerie in vivo du cerveau et des extrémités11,12, l'imagerie des tissus durs13,14,15 et même l'IRM quantitative et la prise d'empreintes digitales16,17. La principale pénalité à payer pour fonctionner dans ce régime est une perte significative de SNR et de résolution spatiale. Cependant, la valeur diagnostique des reconstructions résultantes n'est pas nécessairement compromise, pour plusieurs raisons : (i) le rapport contraste/bruit (CNR), une mesure plus pertinente pour le diagnostic que le SNR, ne dépend pas autant du champ la force de certains mécanismes de contraste pertinents18,19 ; (ii) de multiples problèmes de santé et maladies peuvent être diagnostiqués sans les détails exquis fournis par les images à champ élevé2 ; (iii) les contraintes SAR sont moins prononcées aux champs faibles, ce qui permet des séquences d'impulsions efficaces qui augmentent le rapport cyclique pour compenser en partie la perte SNR2 ; et (iv) les algorithmes d'apprentissage automatique peuvent être entraînés pour récupérer la qualité d'image à partir de données de faible champ corrompues par le bruit, par exemple par apprentissage par transfert20,21.

600\) kg) and too large for standard door clear opening in residential constructions (32” in USA, 80 cm in Europe). Low-cost devices with improved mobility would enable MRI applications beyond clinical environments to home and hospice care, small clinics, rural areas or sports clubs and school facilities. Autonomously powered scanners could even be operated outdoors, e.g. in sports events, field hospitals or NGO and military camps26, making MRI available to a large fraction of the world population with no or insufficient access2,3,4./p>10\) hours with the scanner at continuous operation (Methods). We grounded the system electrically as before, with the conducting cloth offering low-resistance paths between the scanner shielding, the floor concrete and the ground terminal in the generator. The spectrum was significantly more populated in this case, with a mean amplitude roughly twice the expected Johnson limit, presumably due to noise originating at the engine. Consequently, the quality of the resulting image is lower than in the previous acquisitions (\(\text {SNR}\approx 11\)), and an EMI line is visible along the vertical (phase-encoding) direction. Nevertheless, the main anatomic features, different tissues and metallic implants are all still clearly identifiable./p>600\) kg and the 55 mT system from Liu et al. around 750 kg31. In contrast, the weight of our system is comparable to that of a hospital bed (\(\approx 140\) kg) with a patient (\(\approx 80\) kg), making it amenable to transport by a single person on a flat surface. Therefore, even if the open design of yoked magnets eases patient handling and comfort (especially for neuroimaging), a Halbach configuration is arguably advantageous in terms of portability. Gradient efficiency is also improved in Halbach configurations in the sense that yoked magnets tend to make use of planar gradients to preserve the overall system openness. Our gradients are on cylindrical surfaces, which means that stronger gradients can be achieved for equivalent currents. Besides, we do not need the full power available from our gradient amplifiers, so one could consider trading efficiency for linearity, which may be useful for certain applications. Regarding the RF circuitry, the antennas employed in other low-field scanners are mostly dedicated head coils for neuroimaging applications. We have not yet explored this, because our scanner is somewhat small for head imaging. Finally, to complete this comparison with other existing low-field systems, we must stress that Hyperfine Inc. is well ahead of any other initiative, including ours, both in terms of having designed a final product and having certified it for clinical use. Nevertheless, future scanners with greatly enhanced portability will probably require the aforementioned benefits of Halbach magnets./p>