Ученые ИТМО разработали экспериментальный образец первого в России портативного магнитно-резонансного томографа (МРТ), который в пять раз дешевле в установке и обслуживании, чем стационарные аппараты.
По словам руководителя разработки аппаратной части, старшего научного сотрудника физического факультета ИТМО Анны Хуршкайнен, устройство работает на слабом магнитном поле, поэтому, в отличие от традиционных аппаратов, ему не нужна специальная комната, охлаждение и мощное питание – оно может работать от обычной розетки.
За чистоту снимков отвечает встроенная ИИ-система, которая отфильтровывает помехи. Портативный МРТ можно перемещать прямо в палаты к маломобильным больным, а его слабое магнитное поле позволяет проводить исследования пациентов с металлическими имплантатами.
Магнитно-резонансная томография традиционно используется для диагностики патологий головного мозга, в том числе инсультов, опухолей и нейродегенеративных заболеваний. Однако, чтобы установить эту технологию, нужно обеспечить для нее инфраструктуру. Для классического томографа, применяемого в клиниках и медицинских центрах, нужно оборудовать специальную экранированную комнату (клетку Фарадея), которая защищает чувствительную радиоэлектронику от внешних помех. Находящийся в аппарате электромагнит с обмоткой из сверхпроводящего материала необходимо постоянно охлаждать жидким гелием, который постепенно испаряется. Чтобы не терять дорогостоящий газ, на улице размещают охлаждающие установки – чиллеры, а между ними и магнитом прокладывают криогенные трубопроводы, по которым гелий циркулирует при сверхнизких температурах.
Из-за привязки к оборудованному месту, МРТ-диагностику на стационарных аппаратах достаточно сложно проводить лежачим больным в реанимациях, поскольку перемещение таких пациентов рискованно для их жизни и здоровья. Кроме того, стоимость одного аппарата МРТ превышает 100 миллионов рублей, а его ежегодное обслуживание обходится в 10–15 миллионов рублей. Поэтому эта технология доступна лишь в крупных городах, а жители малых населенных пунктов остаются без необходимой диагностики.
– Портативность нашего образца позволяет не пациента везти к томографу, а томограф – к пациенту, – уточнила Анна Хуршкайнен. – Для того, чтобы аппарат мог работать автономно, мы не рассматривали вариант использования сверхпроводящего магнита, которому нужен жидкий гелий и сложная система охлаждения. А взяли за основу постоянный магнит со слабым полем. Ему не требуется криогенная инфраструктура, поэтому установка получается компактной и может работать в любом помещении, где есть обычная розетка на 220 вольт. Такой аппарат можно подвезти к лежачему больному, расположить его так, чтобы голова пациента оказалась в рабочей зоне, и начать исследование.
Кроме того, сверхнизкое магнитное поле портативного МРТ позволяет проводить диагностику тем пациентам, кому исследования на высокопольных аппаратах противопоказаны. Это позволяет обследовать людей с осколками, протезами или больных, подключенных к аппаратам ИВЛ. Благодаря автономности прибор может работать в палате, реанимобиле или даже в ветеринарной клинике, где нет возможности строить клетку Фарадея.
– Мы научились с помощью численного моделирования создавать синтетические МРТ-данные, которые соответствуют методикам получения сигнала – импульсным последовательностям, используемым на томографе, – говорит руководитель разработки методической и алгоритмической части и старший научный сотрудник физического факультета ИТМО Екатерина Бруй. – На эти данные мы накладываем те же шумы, помехи и искажения, которые появляются в нашем томографе из-за слабого поля и внешних помех. Так мы получаем набор для предобучения нейронной сети: показываем нейросети искаженный сигнал вместе с чистым, чтобы она научилась отделять полезную информацию от помех.
По оценкам инженеров, серийный портативный томограф будет стоить около 25 миллионов рублей – это почти в пять раз дешевле, чем стационарные установки. Его ежегодное обслуживание не должно превышать 1–2 миллиона рублей.
На данный момент готов экспериментальный образец аппарата, который работает в режиме спектрометра: он видит МР-сигнал, но пока не строит из него изображение. Ученые завершают подключение градиентной системы – это финальный шаг к первым снимкам. Получить их планируется к концу 2026 года.
Мона Платонова.
Фото rea.ru
