庞大的身躯、昂贵的价格成为磁共振设备走进更多医院、触达更多患者的 “绊脚石”。2020 年经济合作与发展组织 (OECD) 统计数字显示，全球共有约 6.5 万台核磁共振扫描仪，而这一数字仅为 CT 扫描仪数量的约 1/3，超声设备的 4%。
近年来，在人工智能技术的推动下，磁共振正在踏入全新的时代，设备实现高性能、移动级、智能化的同时，更重要的是带来设备的加速普及。
2020 年，美国 Hyperfine 公司推出便携式 MRI 设备开启 POC 磁共振时代标志。同年深至科技亦在同领域中开始发力。美东时间 12 月 14 日，深至科技科学家、香港大学博士领衔研发的低成本、可移动 0.05T 超低场脑部核磁共振扫描系统的研究论文在 Nature Communications 上发表，并初步证明了该系统在临床中诊断脑肿瘤和脑卒中的可行性，具有用于临床对患者进行床旁脑成像的潜力，该论文标题为 “A low-cost and shielding-free ultra-low-fifield brain MRI scanner”。
（来源：Nature Communications）
相比目前临床普遍使用的 1.5T 或 3T 场强磁共振扫描仪，T＜0.1 的超低场强 (ultra-low-field, ULF) 磁共振扫描对应的是小巧的设备、较低的成本和功耗、以及无需电磁 / 射频屏蔽的工作环境，可以实现在放射科以外科室以及急救、ICU 等场景中使用，显然已经成为 MRI 技术创新的主流方向之一。
深至科技告诉生辉，“更低的场强将意味着更低的价格和更轻的设备，而且在 AI 的加持之下，生成的图像质量也将符合临床诊断标准”。
据研究团队估算，若投入规模化生产，该系统成本将可控制在 2 万美元以内。而传统 MRI 设备的价格在 100-300 万美元之间。
AI 计算影像学 + 磁共振物理学，解决 MRI 系统研发两大问题
从核磁共振现象发现到磁共振成像技术成熟，关于核磁共振的研究在物理学、化学、生理学或医学三个领域中共获得 6 次诺贝尔奖。相应的，在临床诊断和科研当中，MRI 也极大地推动了医学、神经生理学、认知神经科学的迅速发展。
对于磁共振成像设备来说，其工作的核心要素 —— 磁场越强，生成的图像清晰度也就越高，这也是磁共振厂商过去多年来一直追求更高场强设备的原因。但另一方面，越高场强下的磁共振扫描对应的也是更庞大的设备，以及更昂贵的价格。
从磁共振扫描仪的构造出发，要实现设备的高性能、移动级、智能化，需将大体积的磁体和屏蔽系统从设备中 “移除”。
为解决这两大根本问题，此次研究中，研究团队选用永久磁铁钐钴 (SmCo) 作为设备的主磁体，相比常用于永磁扫描仪中常用的 NdFeB，SmCo 的温度稳定性较高，无需温度调节即可实现磁场稳定性的保持。如此，便为实现 MRI 设备小型化奠定了基础。
据论文描述，在搭建便携式 MRI 系统时，研究人员采用 95.2*70.6*49.7cm 尺寸的永久磁铁钐钴 (SmCo)，占地约 2 平方米。
超低场 MRI 扫描仪原型机（来源：深至科技）
实现 MRI 设备的 “瘦身” 只是第一步，磁共振设备的低场强将带来一系列问题，如信号收集量的限制、生成图像质量低、系统稳定性差等。
作为评价磁共振仪器性能的关键指标之一，磁场均匀性和稳定性对生成图像的质量、分辨率产生直接影响。“在该系统的研发中，我们通过计算影像学 AI技术在硬件以及软件层面对这些问题进行了解决。”
其中，对于磁共振扫描工作过程中面临的电磁干扰、图像质量低等问题，该团队开发了一种深度学习驱动的电磁干扰消除方案，可以使得该设备摆脱射频屏蔽笼，在普通病房中进行 MRI 检查，并稳定输出高质量、符合临床诊断标准的图像。
具体而言，该团队将 10 个电磁干扰感应线圈放置于扫描仪周围，使这些线圈在无任何其他射频干扰的情况下作为 “唯一” 的 “噪音源” 对扫描仪进行 “干扰”，然后构建卷积神经网络（CNN）模型对该环境下的电磁干扰进行采集和学习，再训练成像系统在图像构建之前将干扰信号去除，便可得到消除电磁干扰后的 “纯净” 高质量磁共振图像。
该团队表示，通过上述深度学习的方式对 MRI 成像系统进行训练后，即使处于电磁干扰环境中，系统也能以一种高度可靠且稳定地方式将干扰信号剔除，生成图像与在屏蔽环境下获得的图像质量相当。与在射频屏蔽环境下获得的图像信噪比相当。
“我们最核心的能力是将计算影像学 AI 技术深度贯穿整个磁共振扫描系统，从系统搭建到生成图像以及系统的操作使用，也正是因为这一能力的运用，才实现了高性能、移动级、智能化的系统。”
对于该系统在实际应用中的可行性，团队将其设计的 0.05T MRI 系统对 25 名脑部肿瘤 / 脑部创伤患者进行扫描诊断，并与 3T MRI 系统的扫描结果进行对比，结果显示，0.05T 系统可识别出患者的关键病变。
图 | 0.05T 与 3T MRI 对临床肿瘤及创伤患者的检查对比（来源：论文）
深度融合 AI 技术，制造高性能、移动级、智能化医学影像设备，打造软硬件一体化高性能 AI 医学影像解决方案
对于成立之初便瞄准医疗影像设备高性能、移动级、智能化的深至科技，正在覆盖更多的传统医疗影像设备逐步实现从头 “再造”。
此前，深至科技已推出其首款产品 ——AI 超声设备，实现了在全国 5000 多家基层医疗机构的智能筛查项目中的应用，并与美年大健康、华润集团、石药控股集团、阿斯利康等医疗生态企业达成深度合作。
现在，深至科技正在进行高性能、移动级、智能化的 MRI 设备布局。“正如已推出的 AI 超声设备一样，深至科技将打造更聪明的磁共振扫描仪，整个系统的操作方法将智能化、简单化，让非放射科医生也可以轻松使用。”
从 AI 超声到便携式磁共振的布局，深至科技始终在践行其 “Healthcare for everyone” 的愿景：
将团队多年积累的 AI 技术经验深度整合到医疗影像系统中，实现仪器设备高性能、移动级、智能化，让传统医疗影像设备 “降三高”—— 制造成本高、学习成本高、使用成本高，覆盖基层医疗场景的疾病筛查。
据介绍，深至科技团队的目标是建立一个高性能人工智能计算影像平台，针对尖端医疗影像设备提供通用型底层算法及定制硬件的解决方案，为医院、医疗机构提供高性能、移动级、智能化的诊断工具。
据透露，深至科技目前已有 3 款通用型超低场强磁共振设备正在同步研发，计划明年公开亮相并推出相应产品。
参考资料：
https://doi.org/10.1038/s41467-021-27317-1
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