Risonanza magnetica portatile per pazienti in ambienti chiusi, all'aperto e a casa

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 13147 (2022) Citare questo articolo

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I dispositivi mobili per l'imaging medico hanno un valore inestimabile per scopi diagnostici clinici sia all'interno che all'esterno delle istituzioni sanitarie. Tra le varie modalità di imaging, solo poche sono facilmente trasportabili. La risonanza magnetica (MRI), il gold standard per numerose condizioni sanitarie, non appartiene tradizionalmente a questo gruppo. Recentemente, le aziende produttrici di tecnologia MRI a basso campo hanno dimostrato i primi passi decisivi verso la portabilità all’interno di strutture e veicoli medici. Tuttavia, il peso e le dimensioni di questi scanner sono incompatibili con casi d'uso più impegnativi come regioni remote e in via di sviluppo, impianti ed eventi sportivi, campi medici e militari o assistenza sanitaria a domicilio. Qui presentiamo immagini in vivo scattate con uno scanner MRI degli arti leggero, di piccolo ingombro e a basso campo al di fuori dell'ambiente controllato fornito dalle strutture mediche. Per dimostrare la vera portabilità del sistema e valutare le sue prestazioni in vari scenari rilevanti, abbiamo acquisito immagini del ginocchio di un volontario in: (i) un laboratorio di fisica MRI; (ii) un locale ufficio; (iii) all'esterno di un edificio universitario, collegato a una presa di corrente vicina; (iv) all'aperto, alimentato da un piccolo generatore a combustibile; e (v) a casa del volontario. Tutte le immagini sono state acquisite entro tempi clinicamente validi e i rapporti segnale-rumore e il contrasto tissutale sono sufficienti per ricostruzioni 2D e 3D con valore diagnostico. Inoltre, il volontario porta un impianto metallico di fissaggio avvitato al femore, che porta a forti artefatti nei sistemi clinici standard ma appare nitido nelle nostre acquisizioni a basso campo. Nel complesso, questo lavoro apre la strada verso una risonanza magnetica altamente accessibile in circostanze precedentemente irrealistiche.

Gli scanner MRI clinici standard utilizzano potenti magneti superconduttori che interagiscono fortemente con la grande quantità di nuclei di idrogeno nel corpo umano1. Questi magneti consentono l'elevato SNR e la risoluzione spaziale tipici delle immagini di risonanza magnetica. Purtroppo, questi magneti richiedono anche la refrigerazione criogenica, sono ingombranti, pesanti, costosi da costruire, posizionare, utilizzare e mantenere e, in definitiva, costituiscono una formidabile barriera all’accessibilità e alla democratizzazione della risonanza magnetica2,3,4. Inoltre, gli scanner ad alto campo sono soggetti a rischi per la sicurezza dei pazienti, ad esempio a causa di incidenti con proiettili5; sono limitati nelle sequenze di impulsi di imaging che possono essere riprodotti a causa dell'aumento dei tassi di assorbimento specifico (SAR) dell'energia elettromagnetica nei tessuti alle corrispondenti radiofrequenze di eccitazione più elevate (RF)6; generano rumori acustici indesiderati dovuti a forti interazioni magnetiche durante le scansioni7; e inducono gravi artefatti dell'immagine attorno agli impianti metallici a causa degli effetti di suscettibilità magnetica8,9,10. I sistemi a basso campo (\(<0,3\) T) possono superare tutto quanto sopra e oggigiorno stanno guadagnando terreno come complementi convenienti agli scanner MRI standard. I recenti risultati con gli scanner a basso campo includono l'imaging in vivo del cervello e delle estremità11,12, l'imaging dei tessuti duri13,14,15 e persino la risonanza magnetica quantitativa e l'impronta digitale16,17. La penalità principale da pagare per operare in questo regime è una perdita significativa di SNR e risoluzione spaziale. Tuttavia, il valore diagnostico delle ricostruzioni risultanti non è necessariamente compromesso, per una serie di ragioni: (i) il rapporto contrasto-rumore (CNR), una metrica più rilevante per la diagnosi rispetto all'SNR, non dipende così fortemente dal campo forza per alcuni meccanismi di contrasto rilevanti18,19; (ii) molteplici condizioni di salute e malattie possono essere diagnosticate senza i dettagli accurati forniti dalle immagini ad alto campo2; (iii) i vincoli SAR sono meno pronunciati a campi bassi, consentendo sequenze di impulsi efficienti che aumentano il ciclo di lavoro per compensare parzialmente la perdita di SNR2; e (iv) gli algoritmi di apprendimento automatico possono essere addestrati per recuperare la qualità dell'immagine da dati a basso campo corrotti dal rumore, ad esempio mediante l'apprendimento del trasferimento20,21.