移動(dòng)式磁共振成像設(shè)備研制現(xiàn)狀

劉志超，楊 炯，王曉楓，劉海峰

移動(dòng)式核磁共振成像(Mobile Magnetic Resonance Imaging，Mobile MRI)設(shè)備因其能夠在不易接入核磁共振成像設(shè)備的環(huán)境中使用，且具有方便核磁共振成像檢查的特點(diǎn)，是近年來磁共振成像技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展的一個(gè)方向。伴隨著我軍后勤裝備技術(shù)水平的迅猛發(fā)展，越來越多的醫(yī)療裝備實(shí)現(xiàn)了集成化、車載化或移動(dòng)化，并被廣泛應(yīng)用于反恐處突、搶險(xiǎn)救災(zāi)等戰(zhàn)救現(xiàn)場(chǎng)或?yàn)?zāi)害救援緊急醫(yī)療救治的各類衛(wèi)勤保障工作中。國(guó)內(nèi)報(bào)道 X線方艙［1，2］及車載CT［3］在災(zāi)區(qū)傷員批量救治的過程中發(fā)揮了極大的診斷救治價(jià)值，實(shí)現(xiàn)了傷病員的就近、早期、及時(shí)科學(xué)診斷，但也暴露出診斷不夠精確等問題。本文通過查閱文獻(xiàn)綜述了國(guó)外移動(dòng)MRI的研制現(xiàn)狀及其應(yīng)用概況，總結(jié)了移動(dòng)MRI研制相關(guān)模塊的關(guān)鍵技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)磁共振成像系統(tǒng)車載化，并應(yīng)用于衛(wèi)勤保障和災(zāi)害救援任務(wù)提供理論依據(jù)。

1 國(guó)外移動(dòng)式MRI設(shè)備的研制現(xiàn)狀

國(guó)外大型醫(yī)療設(shè)備的研發(fā)和制造集中在大型的商業(yè)公司，加上政府科研經(jīng)費(fèi)的鼓勵(lì)和刺激，極大地調(diào)動(dòng)了市場(chǎng)的積極性。國(guó)外移動(dòng)MRI主要采取模塊化生產(chǎn)，如其核心模塊主磁體，主要集中在Siemens，Philips，GE和Toshiba大型醫(yī)療器械及設(shè)備制造公司［5］。追溯歷史，日本于1990年成功研制車載永磁式MRI并投入使用。此設(shè)備以一輛長(zhǎng)10 m的大型拖車為載體，包括車頭全長(zhǎng)13.6 m。拖車前部是機(jī)械室，裝有帶消音設(shè)備的12 kw發(fā)電機(jī)，中部是檢查室，裝有MRI框架和床。拖車部分裝有自動(dòng)洗片機(jī)，及運(yùn)送患者的升降機(jī)［6］。在北美放射學(xué)會(huì)(the Radiological Society of North America，RSNA)2010年會(huì)上，飛利浦展出了全球第一臺(tái)車載多源射頻發(fā)射3.0T MRI系統(tǒng)(Achieva 3.0T TX Mobile MRI)，裝載在48 ft(約14.6 m)的拖車上，以適應(yīng)不同條件下的臨床應(yīng)用需求(見圖1)。近年來國(guó)外可見報(bào)道的車載式MRI有西門子2011年發(fā)售的移動(dòng)式MRI設(shè)備(場(chǎng)強(qiáng)為1.5 T，見圖2)。GE公司租賃用的MRI車(場(chǎng)強(qiáng)為1.0 T，見圖3)，長(zhǎng)14.63 m、寬2.59 m、高4.1 m，僅車體總重就達(dá)30 t，設(shè)備車身長(zhǎng)度均大于10 m。

圖1 飛利浦公司移動(dòng)MRI車外觀及內(nèi)部布局

圖2 西門子公司移動(dòng)MRI車

2 國(guó)外移動(dòng)式MRI設(shè)備的應(yīng)用概況

關(guān)于移動(dòng)式MRI設(shè)備的應(yīng)用情況，在國(guó)外的可見報(bào)道，由于其模塊化設(shè)計(jì)便于更新?lián)Q代，一些鄉(xiāng)村醫(yī)院、社區(qū)醫(yī)院、健身俱樂部等機(jī)構(gòu)可以通過購(gòu)買或者租賃的方式，確保其設(shè)備能夠在經(jīng)費(fèi)緊張的情況下滿足臨床診療的需要。另外，在一些戶外的大型活動(dòng)中，移動(dòng)式MRI設(shè)備也能夠方便靈活地跟隨保障，發(fā)揮臨床診斷的功能。例如，橫貫大陸的超級(jí)馬拉松比賽中，西門子公司研制的場(chǎng)強(qiáng)為1.5 T，總重量超過45 t，全長(zhǎng)近30 m的移動(dòng)全身 MRI成像儀［7］，提高了比賽過程中處置突發(fā)傷害診斷的高效性與準(zhǔn)確性。VanScan公司生產(chǎn)的四肢移動(dòng)式MRI(見圖4)能夠在幾分鐘內(nèi)從準(zhǔn)備到完成針對(duì)四肢掃描的現(xiàn)代化診斷要求。但是，這些大型的移動(dòng)MRI設(shè)備有一個(gè)缺點(diǎn)，適合于在平坦的路面進(jìn)行醫(yī)療保障，對(duì)于顛簸及復(fù)雜的環(huán)境適應(yīng)能力較差。

圖3 GE公司移動(dòng)MRI車

圖4 VanScan公司四肢移動(dòng)MRI車

3 移動(dòng)式MRI設(shè)備研制的主要技術(shù)

移動(dòng)式MRI設(shè)備是基于固定式核磁設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造，以實(shí)現(xiàn)在車載環(huán)境下與固定式磁共振標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)相同的功能要求。其應(yīng)用需從載體的移動(dòng)性能、不同環(huán)境和路況下設(shè)備的穩(wěn)定性、使用安全性、資金投入量、運(yùn)行成本、維修費(fèi)用、功能配置、圖像質(zhì)量、售后服務(wù)水平等多方因素加以評(píng)估。從技術(shù)參數(shù)及設(shè)備定位來看，主要有以下指標(biāo):主磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)的均勻性、計(jì)算機(jī)性能、降噪、屏蔽措施等。

3.1 主磁場(chǎng)強(qiáng)度 是衡量磁體性能的主要指標(biāo)，單位特斯拉(T)。核磁磁體按照硬件種類分類包括永磁體、常導(dǎo)磁體和超導(dǎo)磁體三種，不同的磁體類型直接關(guān)系到磁場(chǎng)的強(qiáng)度、均勻度和設(shè)備的穩(wěn)定性，對(duì)其成像也有很大影響［8］。核磁場(chǎng)強(qiáng)的提高需要以更高的核磁專業(yè)技術(shù)支持為前提，高場(chǎng)強(qiáng)系統(tǒng)往往需要其整體性能普遍提高，所以習(xí)慣上將主磁場(chǎng)強(qiáng)度作為整個(gè)磁共振系統(tǒng)最具代表性的性能參數(shù)。場(chǎng)強(qiáng)0.5 T以上的系統(tǒng)多為超導(dǎo)磁體。目前來看，場(chǎng)強(qiáng)在1.0～2.0 T的中場(chǎng)超導(dǎo)開放式MRI設(shè)備較為普遍。此型設(shè)備既具有高中場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)，又同時(shí)具備了開放型設(shè)備的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)。目前移動(dòng)式MRI普遍運(yùn)用的場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度有西門子公司研制的移動(dòng)式MRI設(shè)備，場(chǎng)強(qiáng)為1 T、1.5 T、3 T，GE、飛利浦、東芝公司的移動(dòng)式MRI設(shè)備，場(chǎng)強(qiáng)大多為1.5 T等。

3.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和功能軟件 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是MRI設(shè)備功能最大化發(fā)揮的關(guān)鍵。它控制著MRI設(shè)備的射頻脈沖激發(fā)、信號(hào)的采集、數(shù)據(jù)運(yùn)算和圖像顯示等功能［8］，可用重建速度、圖像矩陣及硬盤容量等參數(shù)評(píng)價(jià)其性能。主要實(shí)現(xiàn)包括各種常規(guī)和特殊掃描序列和后處理，如彌散、灌注、心臟與血管分析、各種三維重建、自動(dòng)移床等。例如，西門子公司的移動(dòng)MRI計(jì)算機(jī)系統(tǒng)繼續(xù)使用西門子固定式磁共振設(shè)備所使用的自行研發(fā)新溝通(syngo)系統(tǒng)，該系統(tǒng)擁有專業(yè)的圖像顯示控制、完善的通信框架以及組建管理、可擴(kuò)展的服務(wù)軟件框架及健全的用戶安全管理等，使系統(tǒng)真正滿足應(yīng)用需要并得到充分的資源利用。

3.3 屏蔽系統(tǒng) 電磁屏蔽的原理是利用導(dǎo)電和導(dǎo)磁性能良好的金屬屏蔽體［9］，通過對(duì)電磁波的反射和吸收來屏蔽輻射干擾源的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)。由于移動(dòng)式磁共振帶磁體運(yùn)輸，為保證現(xiàn)場(chǎng)人員安全，與固定式核磁共振技術(shù)系統(tǒng)相同，車廂掃描間也需要采取磁屏蔽措施［8］。ETS-Lindgren公司很好地發(fā)展了核磁共振成像儀的屏蔽性能，配備專業(yè)化的門和組件，磁場(chǎng)屏蔽技術(shù)非常成熟以確保磁體的最佳運(yùn)行和圖像質(zhì)量。同時(shí)設(shè)計(jì)和安裝的射頻屏蔽措施要確保患者舒適度的同時(shí)，保證屏蔽效果。

3.4 減震系統(tǒng) MRI為高精密設(shè)備，對(duì)振動(dòng)和沖擊比較敏感，系統(tǒng)性能穩(wěn)定性、成像質(zhì)量、運(yùn)輸期間設(shè)備安全都需要有效的減振設(shè)施。尤其在長(zhǎng)途行進(jìn)及復(fù)雜路面條件下顛簸產(chǎn)生的振動(dòng)，超過一定負(fù)荷后會(huì)對(duì)設(shè)備本身及性能穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞、加速老化，或圖像質(zhì)量不佳。因此對(duì)移動(dòng)設(shè)備的抗震性能要求逐步提高［10］，所以需要解決減震問題［11］。為了確保設(shè)備在車載野戰(zhàn)環(huán)境下能夠穩(wěn)定工作，合理、規(guī)范的隔振緩沖系統(tǒng)，保證了磁體設(shè)備的性能穩(wěn)定、成像準(zhǔn)確［12］。鑒于MRI成像對(duì)減振的更高要求，如何在復(fù)雜路況和環(huán)境條件下降低振動(dòng)帶來的影響，成為移動(dòng)MRI研發(fā)的技術(shù)難點(diǎn)。

3.5 車載系統(tǒng) 車載磁共振系統(tǒng)的承載和運(yùn)輸工具，是由帶有緩沖結(jié)構(gòu)的底盤和磁屏蔽恒溫車廂構(gòu)成，車廂部分配備了發(fā)電機(jī)、空調(diào)、液壓系統(tǒng)裝置等。如Siemens，Philips，GE等公司的車載系統(tǒng)均有液壓升降系統(tǒng)，通過牽引車液壓泵提供液壓油拖車可與車體自動(dòng)分開，放于地面，操作使用方便快捷。在平整的公路上行駛，或與車體分開通過輪船、火車、運(yùn)輸飛機(jī)等其他運(yùn)輸工具運(yùn)輸攜行，能夠迅速到達(dá)指定地點(diǎn)，高效快捷協(xié)助診斷疾病。

4 總 結(jié)

由于MRI成像裝置原理和構(gòu)造復(fù)雜，受強(qiáng)磁場(chǎng)、強(qiáng)射頻場(chǎng)等影像較大，MRI車載化的研發(fā)和應(yīng)用遇到了障礙。國(guó)外已有的移動(dòng)MRI設(shè)備主要采用車輛和MRI簡(jiǎn)單組合的方式，所用車輛也是由現(xiàn)有集裝箱車改裝而成，僅限于寬闊平坦路面行駛，機(jī)動(dòng)和越野性能差，難以應(yīng)用于戰(zhàn)爭(zhēng)或自然災(zāi)害等爆發(fā)時(shí)的惡劣環(huán)境。國(guó)內(nèi)國(guó)外仍然缺乏能夠滿足戰(zhàn)場(chǎng)及災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)惡劣條件下緊急醫(yī)療救治要求的輕量化、集成化車載式磁共振成像系統(tǒng)設(shè)備。車載式磁共振成像系統(tǒng)能夠顯著提高處理災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)救治診斷的靈活性與準(zhǔn)確性。因此，結(jié)合部隊(duì)具體實(shí)際情況研制符合自身需要的專業(yè)裝備，制造出系統(tǒng)安全穩(wěn)定、成像質(zhì)量?jī)?yōu)異、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、機(jī)動(dòng)性能高的車載式MRI系統(tǒng)，將會(huì)極大地提升我軍衛(wèi)勤醫(yī)療救治水平，對(duì)確保快速高效處置野外突發(fā)事件能力具有重要意義。

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