Ultra bajo

En la Universidad de Hong Kong se ha desarrollado un escáner de resonancia magnética cerebral compacto de campo ultrabajo (ULF) que no requiere blindaje magnético o de radiofrecuencia y es acústicamente silencioso durante el escaneo. Los bajos costos operativos y de fabricación del escáner refuerzan el potencial de la tecnología ULF MRI para satisfacer las necesidades clínicas de los hospitales en países de bajos y medianos ingresos, así como las instalaciones médicas de punto de atención, como quirófanos y salas de emergencia.

La resonancia magnética es la herramienta clínica más valiosa utilizada para evaluar lesiones y trastornos cerebrales, pero según la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE), aproximadamente el 70 % de la población mundial tiene poco o ningún acceso a ella. Los escáneres de resonancia magnética superconductores de alto campo (1,5 T y 3,0 T) son caros. Además de los costos de adquisición de alrededor de $ 1-3 millones, dichos escáneres son costosos de instalar debido a los requisitos de infraestructura y tienen altos costos de mantenimiento. Todos estos factores representan un obstáculo importante en la accesibilidad de la resonancia magnética.

Las imágenes de RM que utilizan tecnologías ULF ofrecen la promesa de una atención médica accesible con escáneres que son fáciles de incorporar, mantener y operar. Dirigido por Ed X Wu, profesor Lam Woo en el Laboratorio de imágenes biomédicas y procesamiento de señales, el equipo de Hong Kong desarrolló un escáner de resonancia magnética cerebral ULF basado en un imán permanente, de bajo costo, bajo ruido, bajo consumo y sin blindaje.

El sistema prototipo, descrito en Nature Communications, se basa en un imán permanente compacto de samario-cobalto (SmCo) bipolar de 0,055 T, con unas dimensiones de 95,2 x 70,6 x 49,7 cm y una abertura frontal de 29 x 70 cm para el acceso del paciente. El escáner tiene una superficie de aproximadamente 2 m2 y se puede utilizar desde una toma de corriente de CA estándar. El equipo estima que la máquina podría construirse en cantidad con costos de materiales por debajo de $20,000.

La configuración del escáner permite la formación de imágenes utilizando varios protocolos adoptados universalmente para la obtención de imágenes cerebrales clínicas, incluidas las imágenes de recuperación de inversión atenuada por fluido (FLAIR) y de difusión ponderada (DWI). Al basarse en las metodologías desarrolladas para los escáneres de resonancia magnética de alto campo, el sistema ULF proporciona un alto nivel de flexibilidad para el desarrollo de futuros protocolos de resonancia magnética ULF.

Los investigadores desarrollaron una técnica de cancelación de interferencias electromagnéticas (EMI) impulsada por el aprendizaje profundo para modelar, predecir y eliminar las señales EMI externas e internas de las señales de resonancia magnética. Este procedimiento de cancelación de EMI elimina la necesidad de una jaula de blindaje RF tradicional. Mientras tanto, la estabilidad a alta temperatura de SmCo elimina la necesidad de cualquier esquema de regulación de temperatura magnética para estabilizar los campos dependientes de la temperatura.

Wu y sus colegas optimizaron cuatro de los protocolos clínicos de resonancia magnética cerebral más comunes (potenciados en T1, potenciados en T2, FLAIR y DWI) para producir relaciones señal-ruido (SNR) y características de contraste similares a las de las imágenes clínicas de RM de campo alto. .

Después de las pruebas en fantasmas, los investigadores utilizaron el escáner para obtener imágenes de 25 pacientes con afecciones neurológicas (tumores cerebrales, accidente cerebrovascular crónico y hemorragias intracerebrales crónicas), utilizando estos cuatro protocolos. Luego, los pacientes se sometieron a los mismos exámenes en el escáner de 3 T del hospital. Los exámenes promediaron aproximadamente 30 minutos con el escáner de 0,055 T, en comparación con 20 minutos con el sistema de 3 T.

Un radiólogo clínico senior evaluó las exploraciones de los pacientes para determinar qué lesiones específicas podían observarse en las imágenes de 0,055 T. El escáner prototipo detectó la mayoría de las patologías clave en los exámenes de los 25 pacientes, con una calidad de imagen similar a la producida por el escáner de 3 T.

Una de las principales ventajas del nuevo escáner es que produce menos artefactos cuando se toman imágenes de implantes como clips metálicos y stents cerebrovasculares. "Al usar ULF, los implantes de metal no solo exhiben menos artefactos, sino que también experimentan significativamente menos fuerzas mecánicas y calentamiento inducido por RF", escriben los investigadores. "La presencia de materiales paramagnéticos (titanio y aleaciones de titanio) y ferromagnéticos (cobalto, níquel y aleaciones asociadas) en clips de aneurisma y stents cerebrovasculares no indujo artefactos graves".

Como tal, el escáner ULF debería permitir la resonancia magnética de pacientes con implantes médicos metálicos o fragmentos de metal relacionados con accidentes, que de otro modo no serían candidatos para la resonancia magnética convencional de alto campo.

Wu cree que la tecnología ULF no está diseñada para competir con la resonancia magnética convencional, sino para complementarla. "Con una intensidad de campo que es casi dos órdenes de magnitud menor que la resonancia magnética convencional, la calidad de la imagen es inevitablemente menos atractiva simplemente debido a la física de la RM: menor intensidad de campo, señal de RM más débil, menos para jugar", dice. "Sin embargo, las señales y la física de RM tienen muchas propiedades atractivas en el campo ultrabajo, en términos de adquisición de datos y formación de imágenes".

"Creo que la computación y los grandes datos serán una parte integral e inevitable de la futura tecnología de resonancia magnética", agrega Wu. "Dada la naturaleza intrínsecamente 3D, altamente cuantitativa y libre de ionización de la IRM, creo que las tecnologías de IRM ampliamente implementadas generarán inmensas oportunidades en la futura formación y diagnóstico de imágenes de RM basadas en datos en el cuidado de la salud. Esto conducirá a un bajo costo, efectivo y aplicaciones de resonancia magnética clínica más inteligentes".

RM de campo alto versus campo bajo: ¿es hora de repensar?

Los investigadores optaron por desarrollar una resonancia magnética cerebral ULF debido a "la inmensa necesidad y el valor de la resonancia magnética en el diagnóstico y pronóstico de diversas enfermedades y lesiones neurológicas", y señalaron que aproximadamente el 30% de los casos clínicos de resonancia magnética involucran el cerebro.

En última instancia, esperan que el desarrollo de tales tecnologías de resonancia magnética ULF permita que los escáneres de resonancia magnética centrados en el paciente y independientes del sitio satisfagan las necesidades clínicas no satisfechas en varios sitios de atención médica global, con el potencial de democratizar la resonancia magnética para países de bajos y medianos ingresos. Con este fin, el equipo está haciendo que el código clave y los diseños que han desarrollado estén disponibles de forma gratuita en un repositorio público en línea.