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把大块头核磁共振仪搬上车

春节前后,一辆来自内蒙古自治区包头市的磁共振诊疗车常常出现在我国南方多地,为当地群众进行免费诊疗。白色、箱式、三桥、常规动力,这台被命名为“驰影A30”的诊疗车从外表来看很是低调,但它是国内首台具有自主知识产权的磁共振诊疗车。也预示着我国高端磁共振成像(MRI)技术将不再全部依赖进口,不再受制于人。

一台诊疗车,就是个移动小诊所

“驰影A30磁共振诊疗车的核心技术还是在磁共振成像系统上,医保门诊一般不包括核磁共振,有了诊疗车,边远山区的患者以后就有望免去跋山涉水之苦。”包头市稀宝博为医疗系统有限公司(以下简称“稀宝博为”)总经理银建伟告诉科技日报记者。

“国内移动式磁共振影像设备此前处于空白状态,诊疗车的问世标志着大型影像设备在移动医疗领域从概念走向应用推广。”首都医科大学宣武医院副院长、互联网医疗诊治技术国家工程实验室主任吉训明教授表示。

记者登上诊疗车,一眼望去,集成型磁共振、氧气瓶、冰箱、监护、药品柜、除颤、生化和彩超、无线心电图机、急救供氧系统、富士胶片打印机、空气加湿器等设备一应俱全。该车以梅赛德斯奔驰Actros 2636E5为载体,使用了三明治大板方舱式箱体结构和无扭矩自动平衡技术,并配备德国熊猫车载发电机为整套系统供能,车辆还搭载了扁鹊飞救远程系统和配套的远程多媒体会影系统,建立了远程急救监护体系,可实现了对患者实时监护和救护的远程医疗指导。车内配有自动担架升降平台和自动上车担架,无磁铲式担架是磁共振的配套担架,无需替换就可扫描。

车内还分为扫描间和急救间两个部分。全车囊括超小型磁体、远程会诊、互联网传输、卫星通讯等技术,涵盖临床医学、影像学、物理学等多个学科及领域。诊疗车发电机组可在车辆运行时实现时刻为整车设备供电。发电机升降系统可使发电机落地,在地震救灾和其他恶劣环境下长时间发电,还可通过远程控制面板自动补给燃料。

“整台车就是一个移动的小诊所,但其实我们看到的这些设备和技术,都是辅助性质的,而这台车之所以先进,核心在于Vivi X330磁共振成像系统。”银建伟表示。

但医院的磁共振成像系统一般体积比较大,它又是如何搬上救护车的呢?“该套磁共振成像系统,采用了椭圆形磁体设计,大幅缩短了磁体的左右径,增加了磁体的前后径,这样一来,在扫描有效范围增加的同时,磁体整体的体积大幅缩小,得以实现将原本的大块头安装到车辆上。”银建伟说。

一套核心技术,更准确扫描图像

磁共振成像原理,简而言之,就是将人体置于特殊的磁场中,用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核,引起氢原子核共振,并吸收能量。在停止射频脉冲后,氢原子核按特定频率发出射电信号,并将吸收的能量释放出来,被体外的机器收录,经电子计算机处理获得图像。

在高端磁共振医疗设备中,对较高场强的磁共振强度要求一般在1.5T—3.0T。由于人体各种组织结构所含的氢质子数量不同,把这些氢质子放在均匀的强磁场中,它们就会在同一个方向上做自旋运动,所以如果设备的磁场均匀性不好,自旋运动难以保持同一方向,就会导致磁共振成像的变形、失真,直接影响疾病的诊断,导致误诊。鉴于这些难点,我国的高端设备一直以进口为主。“安在诊疗车上的磁共振系统,采用了我们自主研发的高聚能磁体技术,在显著减小体积和重量的情况下,仍有效保持了磁场强度和极高的均匀性,优于同行业同场强磁共振5倍以上。”银建伟说。

稀宝博为研发团队向记者介绍,MRI按成像主磁场形成方式可分为超导MRI和永磁MRI两种。超导MRI磁场强度高、成像物理环境好,但其磁场维持需有产自美国的液态氦,价格昂贵,国内医院普及困难;永磁MRI的制造、使用成本低,但传统永磁MRI磁场强度低,成像物理环境受涡流、剩磁破坏及磁场均匀性限制,系统成像质量低于超导MRI系统。

针对永磁MRI存在的问题,该车应用了稀宝博为独有的动态平衡自动匀场技术和主动自屏蔽双梯度技术,采用独创的人形磁体设计,使得磁体与人体结构更加匹配,在SI成像方向拥有更佳的扫描视野。“独有的磁体设计能够保持整个成像区域的磁场均匀性,从而实现了常规和大部分极端条件的临床应用,获得精准的扫描图像。”银建伟说。

一连串手段,解决剩磁、涡流难题

在磁共振设备的性能评估中,涡流与剩磁是两个重要指标。所谓剩磁,就是随着所施加梯度场的变化而产生的动态磁场不均匀性,涡流则是施加梯度场后,随着时间变化而产生的动态磁场不均匀性,对于高端核磁医疗成像设备来说,这二者会造成严重的图像失真。变化的空间梯度磁场与磁体相互作用产生的梯度涡流和剩磁破坏了磁场的均匀性和梯度磁场的准确性。涡流和剩磁过程对极板和磁性材料进行了不均匀加热,还会进一步破坏成像磁场的均匀性。

团队利用独创的动态平衡技术等一连串手段,解决了困扰MRI多年的涡流、剩磁难题。

首先在优化磁场分布、提高磁材利用率方面,研发团队通过自身核心技术实现了在使用相同磁材的前提下提高磁场强度和均匀性,在相同磁场强度下减轻磁体重量约40%。

“再有就是我们的DBT动态平衡技术。其中,动态平衡自屏蔽梯度技术,确保磁体在空间多方向上的动态准确性和磁体不受干扰;动态平衡主动匀场技术,则使磁体达到了高场超导磁体磁场的水准。实现了这两个目标后,困扰传统永磁磁共振的涡流、剩磁等先天缺陷就没有了,成像物理环境和成像质量达到了优秀的成像水平。”银建伟说。

紧接着,团队研发的水脂分离成像技术,则可快速、清晰显示同一扫描层面的水像和脂像,缩短扫描时间,更加直观和丰富地获得病变部位的组织信息,以利于临床诊断。

“最后,我们还针对产品使用了‘反向逻辑’理论设计,即把设备拆分开,每个设备各自优化,然后再重新组合,颠覆传统的按顺序研发的模式。”银建伟说,这种独有的系统设计,重新定义了永磁磁共振系统,使各个子系统相互独立并各自优化,大幅提升了系统稳定性、可维护性及系统升级能力。

“搭载于驰影A30诊疗车的Vivi X330产品集多项技术于一身,具有超小型、高集成、全身临床应用的优势。”稀宝博为市场部经理张志勇为记者算了一笔账,“一套进口超导磁共振设备价格在1500万元左右,而我们生产的永磁磁共振成像设备只有300—500万元,而从性能和效果上看,我们的国产设备丝毫不逊色于进口产品。”

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