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近日，諾丁漢大學(xué)宣布，其正在設計和建造的英國最強大磁共振成像（MRI ）設備，目前已經(jīng)選擇了合作的供應商，以為研究人員和醫生提供對大腦功能和人類(lèi)疾病機制的前所未有的洞察。

據悉，Tesla Engineering Ltd和飛利浦英國及愛(ài)爾蘭公司已被選中建造定制的超高場(chǎng)MRI設備。該設備作為英國研究所資助的國家掃描設備的核心，將安裝于諾丁漢大學(xué)的彼得·曼斯菲爾德爵士成像中心（Sir Peter Mansfield Imaging Centre，SPMIC）。

當前，隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展，超高場(chǎng)磁共振系統相繼出現。目前，西門(mén)子醫療、GE醫療、聯(lián)影醫療等企業(yè)都推出了7T、5T等磁共振系統，引領(lǐng)MR技術(shù)的不斷突破發(fā)展。而此次隨著(zhù)諾丁漢大學(xué)官宣飛利浦為11.7T磁共振系統的合作商，超高場(chǎng)人體磁共振成像系統（11.7T）的發(fā)展又有了新進(jìn)展。

01

諾丁漢官宣與飛利浦合作

布局11.7T磁共振系統

據了解，Tesla Engineering將制造一個(gè)11.7磁鐵的7T磁鐵和梯度線(xiàn)圈，其大孔徑可以人體進(jìn)行掃描成像。

目前，臨床MRI通常在1.5或3T的磁場(chǎng)下工作。為了達到11.7T的磁場(chǎng)，Tesla Engineering公司將使用新技術(shù)將磁鐵接線(xiàn)保持在-271攝氏度的溫度，僅比絕對零度高2.5度。這種低溫使足夠大的電流通過(guò)磁體中的導線(xiàn)，從而產(chǎn)生比地球磁場(chǎng)大200,000倍的磁場(chǎng)。

作為領(lǐng)先的醫療技術(shù)創(chuàng )新者，飛利浦將開(kāi)發(fā)先進(jìn)的設備硬件，將有效地激發(fā)和測量氫原子核在11.7 T產(chǎn)生的500 MHz磁共振信號。掃描設備硬件將利用機器學(xué)習的新進(jìn)展，從這些信號中最佳地生成詳細的圖像。

新設備的先進(jìn)功能將支持英國廣泛的臨床和神經(jīng)科學(xué)為重點(diǎn)的研究項目，并將有助于改變對神經(jīng)退行性疾病的理解，如阿爾茨海默氏癥、帕金森氏癥以及包括自閉癥和精神分裂癥在內的神經(jīng)發(fā)育障礙。

超高場(chǎng)MRI在提高靈敏度方面提供了巨大的優(yōu)勢，這將實(shí)現更高的空間分辨率成像、更快的成像速度，以及對生理變化更高的靈敏度。該設備還將在磁共振波譜（MRS）的能力方面提供一個(gè)臺階式的變化，以提供有關(guān)人體生物化學(xué)的信息。據了解，新設備設施提供的對大腦結構和功能的新見(jiàn)解，將使基礎和臨床神經(jīng)科學(xué)研究人員立即受益。

“我們很高興能與飛利浦和Tesla 公司合作開(kāi)發(fā)新的超高場(chǎng)MRI設備。我們此前與兩家公司都有過(guò)成功的合作，相信他們有足夠的技術(shù)和知識來(lái)提供這種強大而復雜的機器?！北说谩ぢ狗茽柕戮羰砍上裰行闹魅蜶ichard Bowtell教授補充表示：“11.7T設備將是MRI技術(shù)上的一個(gè)巨大進(jìn)步，我們感到非常自豪的是，這款卓越的掃描設備將被安置在彼得·曼斯菲爾德爵士成像中心，使我們在開(kāi)發(fā)MRI方面取得了突破?！?/span>

飛利浦英國愛(ài)爾蘭區董事總經(jīng)理Mark Leftwich表示：“健康的未來(lái)從未像現在這樣充滿(mǎn)希望，創(chuàng )造和采用創(chuàng )新技術(shù)的機會(huì )比以往任何時(shí)候都多，這些技術(shù)有助于重新構想我們提供護理的方式。通過(guò)這次合作，我們將大大提高英國的成像能力，將MRI技術(shù)的潛力從純粹的解剖成像轉移到識別疾病研究的先進(jìn)生物標志物。”

據了解，此次安裝于諾丁漢大學(xué)的彼得·曼斯菲爾德爵士成像中心的設備，將由英國研究所基礎設施基金（UKRI）資助。UKRI方面表示，通過(guò)其先進(jìn)的功能，新的MRI設備將為英國生物醫學(xué)成像提供一個(gè)臺階式的變化，幫助改善各種條件的治療，并促進(jìn)跨學(xué)科和部門(mén)的合作。這也表明了UKRI的基礎設施投資如何確保英國擁有必要的尖端設備，使其在生物成像研究和創(chuàng )新方面處于世界領(lǐng)先地位。

02

諾丁漢大學(xué)11.7TMR項目

于2022年啟動(dòng)

2022年6月，諾丁漢大學(xué)獲得2910萬(wàn)英鎊（約人民幣2.4億）的資助，用于建造英國最強人體磁共振成像系統（11.7T）。這一項目為英國研究和創(chuàng )新基礎設施計劃（3年，4.81億英鎊資助）的一部分，是諾丁漢大學(xué)有史以來(lái)獲得的最大單一項目資助。

諾丁漢大學(xué)將與英國各地的團隊合作，將11.7T磁共振建立為國家設施，這有助于保持英國在磁共振以及超高場(chǎng)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

據該項目的前期申報材料，這臺設備將支持全身成像，磁體內徑為830mm，使用被動(dòng)屏蔽；全身成像所用梯度線(xiàn)圈內徑610mm，梯度性能不低于80/200；設備將同時(shí)配備應用于神經(jīng)系統的高性能插入式梯度；系統射頻通道不低于16，1H的射頻單通道功率表為2kW；系統接收通道不低于128。

根據當時(shí)的報道，該項目磁體經(jīng)費為805萬(wàn)英鎊，集成系統部分經(jīng)費為1210萬(wàn)英鎊，建筑與場(chǎng)地占200萬(wàn)英鎊，五年總運營(yíng)費用142萬(wàn)英鎊，人員費用276萬(wàn)英鎊。其中集成系統方需具備7T開(kāi)發(fā)經(jīng)驗。彼時(shí)，潛在競標者將包含西門(mén)子醫療、GE醫療以及飛利浦。目前，三家公司均與諾丁漢大學(xué)11.7T磁共振項目達成了不同領(lǐng)域的合作。

此外，據此前申報材料，該項目磁體部分將由Tesla提供。Tesla MAGNET為GE Signa 7T的磁體供應商，且有成熟的超7T磁體設計制造經(jīng)驗；收發(fā)線(xiàn)圈部分將有MR CoilTech協(xié)助參與。MR CoilTech主營(yíng)超高場(chǎng)線(xiàn)圈的開(kāi)發(fā)，為NexGen 7T項目（內插梯度性能200/900，基于Terra系統）研發(fā)16Tx/96Rx線(xiàn)圈。

03

首張11.7T MR圖像

已在2021年問(wèn)世

目前醫學(xué)影像主要體現在強化精準醫療、轉變醫療服務(wù)模式和拓展數字化醫療等方向，推動(dòng)醫學(xué)影像的發(fā)展，發(fā)現并攻克更多疾病。

早在2021年，法國CEA原子能研究所與西門(mén)子醫療等合作伙伴共同研發(fā)的11.7T超高場(chǎng)人體磁共振，已經(jīng)克服重重困難，順利獲得了首批圖像。

11.7T磁共振始于21世紀初開(kāi)始的“Iseult”項目。來(lái)自 Iseult 項目的 MRI 中心的一塊非凡磁鐵重132 噸，長(cháng) 5 m，外徑 5 m，內徑 90 cm允許整個(gè)人體通過(guò)。這些是超凡的尺寸Iseult 項目的磁體達到 11.7 特斯拉的標稱(chēng)磁場(chǎng)，比標準醫院 MRI（通常為 1.5 或 3 T）的磁場(chǎng)強得多。為實(shí)現該磁場(chǎng)，磁鐵由 1,500 安培的電流供電；導體線(xiàn)圈由處于 1.8 開(kāi)爾文 (-271.35°C) 的超流體狀態(tài)的氦氣永久冷卻；11.7T的磁場(chǎng)是MRI領(lǐng)域如此體積的世界紀錄，也是這種超導材料的絕對記錄。

2021 年 9 月，世界上最強大的人體成像項目 Iseult 項目的 11.7 特斯拉 MRI 發(fā)布了第一張圖像。該 MRI 由 CEA 工程師和研究人員與 Siemens Healthineers 共同設計，將推動(dòng)基礎研究、認知科學(xué)和了解大腦病理學(xué)方面的重大進(jìn)展。他們驗證了整個(gè)過(guò)程，由于多項技術(shù)突破，2017 年交付給 CEA-Paris-Saclay 站點(diǎn)的“杰出”磁鐵轉變?yōu)椤俺上駜x”。

2021 年 10 月 7 日，南瓜這個(gè)不尋常的物體被 CEA 工程師和研究人員選中，因為它具有多種紋理，以使用世界上最強大的 11.7 T 人體全身 MRI 的 Iseult 項目制作第一張圖像，該項目安裝在 CEA-Paris-Saclay 的 NeuroSpin。

南瓜的圖像在三個(gè)維度上具有 400 微米的分辨率，預示著(zhù) CEA 及其合作伙伴的科學(xué)和技術(shù)團隊將能夠實(shí)現探測人類(lèi)大腦的能力，以造福于基礎研究，認知科學(xué)和理解大腦病理學(xué)。多個(gè)“首次突破”驗證了將“杰出”磁鐵轉變?yōu)?MRI 機器的整個(gè)過(guò)程。

彼時(shí)，CEA-Irfu 董事表示：“Iseult 項目磁鐵的開(kāi)發(fā)是一次非凡的人類(lèi)、技術(shù)和工業(yè)冒險?？吹剿鼘?shí)現了磁鐵標稱(chēng)磁場(chǎng)強度 - 11.7 T - 隨后是這些第一批如此有前途的高分辨率圖像，這是我們所有人的真正驕傲?！?/span>

04

超高場(chǎng)磁共振入局玩家

目前，MRI技術(shù)已經(jīng)成為醫學(xué)影像技術(shù)中一種不可或缺的重要診斷手段，自1984年美國FDA批準醫用磁共振成像設備用于臨床以來(lái)，醫用磁共振設備市場(chǎng)已歷經(jīng)了30多年的發(fā)展。

隨著(zhù)技術(shù)在醫學(xué)影像診斷環(huán)節的滲透，以及對醫學(xué)影像市場(chǎng)越來(lái)越重視，MRI市場(chǎng)需求有望持續擴大。 臨床的需求正在推動(dòng)磁共振技術(shù)朝著(zhù)更高信噪比、更高分辨率和對比度以及更快成像速度的方向發(fā)展，這就需要更高的場(chǎng)強。目前在臨床應用的超高場(chǎng)磁共振主要有7T、5T磁共振，下面我們簡(jiǎn)單介紹一下幾款磁共振。

西門(mén)子醫療MAGNETOM Terra

2022年6月，西門(mén)子醫療7T磁共振MAGNETOM Terra獲國家藥監局醫療器械 (NMPA) 許可，這是迄今為止適用于臨床的最強大人體磁共振成像系統。

MAGNETOM Terra作為我國第一臺獲得NMPA許可的超高場(chǎng)設備，同時(shí)也是全球第一款唯一具有FDA、CE和NMPA認證的超高場(chǎng)設備。

全球首臺臨床科研雙模7T磁共振MAGNETOM Terra，作為醫學(xué)轉化科研重器捷報頻傳。目前基于西門(mén)子醫療7T已發(fā)表超1400篇臨床研究成果，占全球7T磁共振研究的80%以上，在癲癇、腦腫瘤、腦小血管、神經(jīng)退行性疾病等領(lǐng)域取得突破。

GE醫療的SIGNA 7.0T 磁共振

作為全球第二家發(fā)布7.0T磁共振系統的企業(yè)，GE醫療的SIGNA 7.0T 磁共振系統配置超高場(chǎng)磁體技術(shù)、60厘米孔徑，功率是大部分臨床系統的5倍左右。此外，SIGNA 7.0T磁共振采用了GE最強大的全身梯度線(xiàn)圈UltraG梯度技術(shù)，可實(shí)現超高場(chǎng)強的成像速度和分辨率。

SIGNA 7.0T磁共振另一個(gè)特色是其精密的射頻發(fā)射和接收架構，能夠提高圖像質(zhì)量和研究的靈活性。

軟件方面，SIGNA 7.0T磁共振SIGNA Works應用平臺，為臨床醫生提供最先進(jìn)的應用程序，比如用于自動(dòng)切片定位的 AIR x brain和Silent MR 成像這樣基于深度學(xué)習的平臺工具。

聯(lián)影uMR Jupiter 5T磁共振

近日，業(yè)界首創(chuàng )全身臨床超高場(chǎng)磁共振 uMR Jupiter 5T 獲批 FDA 510（k） ，作為行業(yè)新物種，刷新了3T 作為全身臨床最高場(chǎng)強長(cháng)達20年的世界紀錄。

2021年，人體全身5T磁共振問(wèn)世，開(kāi)啟全身超高場(chǎng)時(shí)代。截至2024年，5T已入駐復旦大學(xué)附屬中山醫院、北京協(xié)和醫院、武漢大學(xué)中南醫院、北京大學(xué)第三醫院、山東省立第三醫院、安徽省立醫院、山東大學(xué)齊魯醫院、上海交通大學(xué)附屬新華醫院、中山大學(xué)附屬腫瘤醫院、重慶三峽中心醫院、常州市第一人民醫院以及清華大學(xué)、復旦大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、中國科學(xué)院深圳先進(jìn)研究院、海南大學(xué)等多家頂尖醫院與高?？蒲性核?，全面開(kāi)展神經(jīng)、腹部、心血管、四肢關(guān)節等全身臨床科研。

uMR 5T 首次突破了超高場(chǎng)磁共振腦部掃描的局限，開(kāi)拓了臨床視野的邊界，不僅為全身超高場(chǎng)帶來(lái)了「見(jiàn)所未見(jiàn)」的臨床證據鏈，為發(fā)現、診斷疑難重疾提供新的視野維度；更是超脫了醫學(xué)影像工具的存在，成長(cháng)為牽動(dòng)創(chuàng )新的生態(tài)紐帶與全球多中心平臺。

5T 全身超高場(chǎng)成像

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回顧四十多年的超高場(chǎng)發(fā)展歷史，眾多國內外頂級科研院所的科學(xué)家們不斷刷新著(zhù)磁共振場(chǎng)強和分辨率的極限，超高場(chǎng)技術(shù)會(huì )為行業(yè)帶來(lái)一個(gè)又一個(gè)新的記錄和驚喜。未來(lái)，器械之家也將持續關(guān)注超高場(chǎng)技術(shù)的發(fā)展。