科学者たちは、既存の機器の数分の1のコストで磁気共鳴画像（MRI）スキャナーを設計し、広く使用されているこの診断ツールへのアクセスを改善する準備を整えた。
MRI は人体の細部を視覚化するのに役立ち、医師はこれを使用して脳、心臓、さまざまな癌、整形外科疾患の疾患を診断し、治療法を選択することができます。
これら スキャナーは強力な磁場を利用して動作する磁場はテスラ（T）という単位で測定され、電波と組み合わせることで内臓の画像を生成します。臨床用MRI装置における磁場の強さは1.5Tから3Tの範囲で、太陽の黒点の一般的な磁場の4～8倍の強さです。
約50倍安い
この潜在的に命を救う医療技術は、スキャナーの高額な費用と、このような強力な機器を扱うために必要なインフラのせいで、特にインドのような低・中所得国では、ほとんどの国民にとってまだ利用できないままである。これには、強力な磁石の影響を抑えるために機器を収容する部屋を遮蔽すること、動作中に熱くなった磁石を冷却するための液体ヘリウム、スキャナーの動作に必要な電力などが含まれる。
「3T MRI装置の価格は9000万ルピーから1億3000万ルピーの間です」と、ディーナナート・マンゲシュカル病院やルビー・ホール・クリニックなどプネーのいくつかの病院でインターベンショナル・ラジオロジーのコンサルタントを務めるムクル・ムタトカル氏は言う。「これは装置だけの費用です。追加のインフラ費用がかかります。」
この問題を解決するために、香港大学のエド・ウー氏が率いるチームは、低強度の磁石と市販のハードウェアを使用して MRI 装置を設計、構築しました。この簡素化された装置の価格は、約 22,000 ドル、つまり約 184 万ルピーです。この装置は 0.05 T の磁石を使用し、動作にシールドルームやヘリウム冷却剤は不要です。標準的な壁コンセントに差し込むことができます。
オープン 0.05 T 永久磁石を使用した低コスト、低消費電力、コンパクト、シールド不要の画像化システムのプロトタイプ。電磁干渉信号に対処するためにアクティブ センシングとディープラーニングを組み込んでいます。| 写真提供: DOI: 10.1126/science.adm7168
「これにより、手頃な価格で、低電力で、コンパクトな、まったく新しいクラスのMRIスキャナーが誕生することになる」とウー博士は電子メールで述べた。
デザインとその仕組みを説明した論文が ジャーナルに掲載された 科学 5月10日。
30人のボランティアによるテスト
MRI で低強度の磁石を使用するのは目新しいことではありません。1970 年代の MRI の初期研究では、研究者は 0.05 T の装置を使用して画像を生成していました。しかし、1980 年代にはこの選択肢を放棄し、1.5 T の磁石を採用しました。磁場の強度が強いほど、生成される画像は鮮明になります。1.5 T のスキャナーは 1 mm ほどの小さな組織損傷も検出できますが、0.05 T で検出できる最小の損傷は 4 mm です。
「0.05テスラのMRI装置では、3テスラの装置と同等の画質は得られません」と、ムンバイのジャスロック病院の画像診断部門の臨床アソシエイト、ジョティ・ナラヤン氏は言う。「情報を抽出する必要のある解剖学的領域が、表示されないのです。」
画像の詳細度の低さを補うために、ウー博士らは人工知能（AI）ベースのディープラーニングアルゴリズムを使用しました。人間の臓器の高解像度画像のデータでトレーニングされたこのアルゴリズムは、背景ノイズを減らし、より鮮明な画像を取得するのに役立ちました。
研究チームは、30人の健康な成人ボランティアを対象にこの装置をテストし、脳組織、脊髄、脳脊髄液、肝臓、腎臓、脾臓などの腹部臓器の鮮明な画像を取得しました。また、肺や心臓、軟骨などの膝の構造の詳細も視覚化できました。AIと組み合わせた0.05テスラの装置が生成した画像品質は、3テスラのMRI装置で得られた画像と同等であることが分かりました。
研究グループは、この装置は作動中の騒音も少ないため、小児科の現場でも使用できると記している。また、強度の低い磁石は開放的なスキャン環境に設置できるため、従来のMRI装置に人が滑り込むときに時々感じる閉所恐怖症を軽減できる。
アクセスや緊急時に最適
ナラヤン博士は、このような装置には、軽量で持ち運びやすく、専用の電源（壁のコンセントではなく）を必要としないなど、いくつかの利点があると述べた。その結果、MRIは、現在この診断施設を提供している専門病院から遠く離れた場所に住む患者にとっても、より利用しやすくなると彼女は続けた。
このような装置は、人々が高出力MRIにアクセスするのが難しい場所では実用的かもしれない。ムタトカール博士も同意したが、解像度の面で後者の利点があるため、「超低磁場磁石はMRI装置の標準的な高磁場磁石に取って代わることはできない」とも述べた。
ウー博士は、それでもこのスキャナーは放射線科の高磁場スキャナーを補完できると述べた。
ナラヤン医師もムタトカル医師も、インドで0.05テスラの装置を使用している施設を知りませんでした。しかし、新しい設計がもたらすコスト面での優位性により、状況は変わるかもしれません。「従来のMRI [scans] 「費用は7,000ルピーから15,000ルピーの間です」とナラヤン医師は言う。「施設によっては2,000ルピーという低価格でスキャンを提供しているところもありますが、待ち時間は数か月単位になるでしょう」と彼女は付け加えた。
両医師はまた、このようなスキャナーは緊急時に患者を待たせることなく使用でき、救急隊員がより多くの情報に基づいて医療上の決定を下すのに役立つとも述べた。
脳卒中患者を助けるための緊急介入以外にも、このようなスキャナーは外傷性事故の際に事故現場で患者の負傷を評価するのに役立つ可能性がある。医療従事者は、患者を安全に病院に移送できるかどうか、またどの移送方法が最適かを判断することができる。このようなスキャナーは、MRI 装置が使用されていない病院で緊急事態が発生した場合に、第一レベルの画像診断としても役立つ可能性があると、ムタトカル博士は付け加えた。
「基本的なことをやり遂げる」
ナラヤン医師とムタトカール医師の両氏によると、低出力の磁石を使用すると、酸素ボンベ、車椅子、聴診器などの金属物が MRI 装置に引き込まれるのを防ぐという利点もあるという。これは従来の装置ではつきものの危険である。このような事態はまれではあるが、実際に起こり、患者と装置の両方に危害を及ぼす可能性がある。
磁石の強度が低い MRI 装置では、インプラントや人工器官によるアーティファクトが最終画像に現れる可能性が低くなる可能性がある。このようなアーティファクトは、組織の本来の解剖学的構造について医師を誤解させることが知られている、とナラヤン博士は述べた。(これらの物体の多くは、常磁性体、つまり磁場の影響を弱く受けるチタンでできている。)
ムタトカル博士は、現在のMRI装置ではペースメーカーをスキャンできないと付け加えた。そして「ペースメーカーに何が起こるのか [in the low strength machine] まだ分からない。」
同氏は、新しい設計は他のセンターでもテストする必要があると付け加えた。今回の研究のデータは1つのセンターからのものだけだった。「たとえ画質があまり良くなくても、小さな場所でこれを管理し、基本的なことを実行できれば、違いが生まれるだろう」と同氏は付け加えた。
スネハ・ケドカーは生物学者からフリーランスの科学ジャーナリストに転身した人物です。