CZY ŚWIAT POTRZEBUJE 20-TONOWEJ MASZYNY MRT?

Dlaczego ktoś musiał stworzyć magnes o sile 20 Tesli? Większość ludzi nie wie, czym jest taka moc. Da ona lekarzom i naukowcom najnowsze zaawansowane możliwości, ale jednocześnie utrzymanie takiego potwora jest niezwykle trudne. Jak pisaliśmy wcześniej w artykule: «7T MRI: CZY WARTO?», 3T MRI można porównać do samochodu sportowego, a 7T do wyczynowego bolidu Formuły 1. W takim razie do czego można porównać rezonans magnetyczny 20T? To jak ThrustSSC - samochód z silnikiem odrzutowym, który obecnie ustanowił rekord prędkości samochodu wynoszący 1228 km/h.

Nawet ten nieco ekstremalny opis nie oddaje pełnej mocy maszyny 20T MRI. Naukowcy z University of Nottingham i University of Nijmegen w Holandii, wykorzystując pole magnetyczne o natężeniu 16 tesli, byli w stanie lewitować żabę. Ważne jest, aby zrozumieć, że w żabie nie było nic metalicznego; była ona lewitowana przy użyciu siły pola magnetycznego, które nieznacznie zreorganizowało elektrony w atomach żaby. Nie martw się, żaba nie ucierpiała w badaniu i kontynuowała swoje szczęśliwe żabie życie.

Kolejnym pytaniem, które może się pojawić, jest to, dlaczego potrzebne jest tak silne pole magnetyczne? Czy 7T nie jest ucieleśnieniem UHF (ultra-wysokiego pola) MRI? Dla większości intencji i celów, wszelkiego rodzaju diagnostyki i badań, jak opisano w artykule wspomnianym powyżej, jest to więcej niż wystarczające. Co zatem może nam dać 20T?

Rys. 1. Pole i średnica magnesów gantry MRI: istniejące są czarne, opracowywane są niebieskie, a nasz cel jest zielony

W 2013 roku zespół, w skład którego wchodzi MagLab, rozpoczął prace nad Ekosi Tesla («ekosi» z greckiego tłumaczy się jako 20) i postanowił pokonać barierę 20T. Większość działających obecnie urządzeń MRI ma 1,5 T, niektóre 3 T, a tylko kilka działa w ultrawysokich polach, takich jak 7 T i więcej. Do tej pory najpotężniejsza maszyna MRI ma magnes 11,75T. Takie osiągnięcie daje nam ogromną wiedzę i dokładność, która jest poza naszym zrozumieniem, a kiedy dojdziemy do 20T, kto wie, co będziemy w stanie wykryć?

Większość lekarzy, a zwłaszcza radiologów, wie, że MRI wykorzystuje właściwości atomów wodoru, które znajdują się we wszystkich komórkach i tkankach. Ultrawysokie pole idzie o kilka kroków dalej. Jest w stanie przetwarzać sygnały z jonów sodu, potasu, węgla, fosforu itp. Jak wspomniano w poprzednim artykule, 7T MRI nadaje się nie tylko do pracy naukowej, ale może być stosowany w wielu dziedzinach, takich jak obrazowanie układu mięśniowo-szkieletowego, jamy brzusznej, piersi, obrazowanie interwencyjne i badania wzroku. Chociaż istnieje maszyna 7T z możliwością skanowania całego ciała, nowa maszyna 20T będzie miała średnicę gantry 65 cm, która jest wystarczająco szeroka dla przeciętnego rozmiaru ludzkiego tułowia. Podobnie jak dobrze znany LHC (Wielki Zderzacz Hadronów), który poszerza naszą wiedzę na temat zjawisk fizycznych, 20T ujawni nieznane wcześniej, intymne szczegóły dotyczące mózgu.

Postęp technologiczny we wszystkich dziedzinach odbywa się błyskawicznie, w tym rozwój rezonansu magnetycznego. W tej chwili jedyną rzeczą, która nas powstrzymuje, jest to, że technologie potrzebne do osiągnięcia 20T są wciąż na początkowych etapach rozwoju. Aby przezwyciężyć te ograniczenia, wiele nowych wynalazków musi zostać ukończonych. Główną przeszkodą jest opracowanie technologii magnesów, które można wykorzystać w szerokiej bramie (65 cm) z jednorodnym polem. Materiał nadprzewodzący dla magnesu również musi zostać ulepszony, ale jak nauka wielokrotnie udowodniła, nigdy nie mów, że jest to niemożliwe. Ograniczenia fizjologiczne i potencjalne zagrożenia dla zdrowia również wymagają wiele uwagi, ale przy precyzyjnych ustawieniach i ostrożnym podejściu do takich kwestii, prawdopodobnie uda się zapobiec poważnym negatywnym skutkom.

Głupotą byłoby rozwijanie tak wielu innowacyjnych technologii poprzez wkładanie wszystkich jajek do jednego koszyka, więc międzynarodowy zespół najpierw zbuduje prototyp 14T, aby udowodnić swoją koncepcję. Jedyną rzeczą, którą trzeba będzie zrobić, aby pozostałe 6T osiągnęło 20T, jest zmiana skali projektu.

Dzięki możliwości badania poszczególnych jonów i ich wzajemnych interakcji będziemy mogli dowiedzieć się, jak zorganizowane są neurony w mózgu i jak aksony łączą różne części mózgu. możliwości 7T, takie jak Na23 MRI do oceny transplantacji tkanek, dystrybucji i równowagi Na+, wspólnie zapewnią nowy wgląd w choroby metaboliczne i inne. Ponadto spektroskopia P-31 MR (MRS) wykazała ostatnio wysoką dokładność w różnicowaniu niealkoholowej, łagodnej choroby wątroby od zaawansowanego stłuszczeniowego zapalenia wątroby. Fosforylowane metabolity z P-31 MRS mogą być obecnie wykorzystywane do klasyfikacji raka prostaty. Wszystkie powyższe zostały wykonane przy użyciu 7T, ale polowanie na głębszą wiedzę na tym się nie skończy.

Obrazy protonowe i odpowiadające im obrazy sodowe stawu skokowego 23-letniej normalnej kobiety. A. Ważony gęstością protonową strzałkowy obraz 2D-TSE z supresją tłuszczu i niską rozdzielczością (0,31 razy; 0,31 razy; 3,0 mm3). B. Strzałkowy obraz 2D-TSE ważony gęstością protonów z supresją tkanki tłuszczowej (WIP 729C; Siemens, Erlangen, Niemcy) i wysoką rozdzielczością (0,27 razy; 0,27 razy; 1,5 mm3). C. Strzałkowy obraz sodowy 3D-GRE z czerwonymi konturami reprezentującymi badany obszar do oceny chrząstki w stawie skokowym i podskokowym. D. Kolorowe mapowanie cSI sodu chrząstki nałożone na odpowiedni obraz morfologiczny.

Dodatkowymi zaletami 20T w porównaniu do 7T są wyraźna przewaga w czułości i skrócony czas skanowania, który można skrócić o prawie rząd wielkości dla Na-23 i P-31. Oznacza to, że możemy potencjalnie uzyskać submilimetrową rozdzielczość przestrzenną w mniej niż 10 minut dla Na-23 i znacznie skrócić czas wymagany do skanowania serca za pomocą spektroskopii P-31, która obecnie zajmuje prawie dwie godziny.

Pokrótce przedstawiliśmy materiały i metody, a także korzyści płynące z 20T MRI u ludzi. Nie "jeśli", ale "kiedy" to milowe pole magnetyczne zostanie opracowane, będziemy w stanie zobaczyć, jak rozwijają się choroby, zanim objawią się klinicznie. Mogłoby to potencjalnie rozwiązać problemy współczesnej opieki zdrowotnej. I tak, kiedy zapytaliśmy: «Czy 7T MRI jest tego warte?», powinniśmy byli się domyślić, że 20T jest tuż za rogiem. Nie ma wątpliwości, że 20T to przyszłość i podobnie jak LHC, będzie w stanie odblokować tajemnice otaczające współczesnego człowieka.

Zbýň Š, Brix MO, Juras V, et al. Sodium Magnetic Resonance Imaging of the Ankle Joint in Cadaver Specimens, Volunteers, and Patients After Different Cartilage Repair Techniques at 7 T: Initial Results. Investigative radiology. 2015;50(4):246-254. doi:10.1097/RLI.0000000000000117.

Yuriy Sarkisov, MD, BiMedis