Ученые разработали экспериментальный образец первого в России портативного магнитно-резонансного томографа (МРТ), установка и обслуживание которого обходятся примерно в пять раз дешевле по сравнению со стационарными аналогами. Устройство работает на слабом магнитном поле, благодаря чему не требует специального помещения, сложной системы охлаждения или мощного энергоснабжения — оно способно функционировать от обычной розетки. Аппарат можно перемещать непосредственно в палаты к маломобильным пациентам, а особенности технологии позволяют проводить исследования людям с металлическими имплантами. При этом, как подчеркнули опрошенные «Известиями» эксперты, разработку не следует рассматривать как полноценную замену классическим МРТ-системам: наибольшую востребованность она получит в ситуациях, где доступ к традиционной диагностике ограничен или отсутствует.
Первый в России портативный МРТ
Ученые ИТМО разработали первый в России портативный магнитно-резонансный томограф, для работы которого не требуются специальные помещения и сложная инфраструктура. Как пояснили авторы проекта, установка классических МРТ-систем с магнитным полем 1,5–3 Тесла предполагает создание экранированной комнаты — так называемой клетки Фарадея, защищающей чувствительную радиоэлектронику от внешних помех. Кроме того, электромагнит таких аппаратов, выполненный на основе сверхпроводящих материалов, требует постоянного охлаждения жидким гелием, который постепенно испаряется. Чтобы не терять дорогостоящий газ, на улице размещают охлаждающие установки.
Из-за привязки к оборудованному месту МРТ-диагностику на стационарных аппаратах не могут проводить лежачим больным в реанимациях, поскольку их перемещение сопряжено с рисками для жизни и здоровья. Кроме того, стоимость одного томографа превышает 100 млн рублей, а его ежегодное обслуживание обходится в 10–15 млн. Поэтому эта технология доступна лишь в крупных городах, а жители малых населенных пунктов остаются без необходимой диагностики. Новая установка поможет снять эти ограничения, а его использование будет обходиться в пять раз дешевле.
— Портативность устройства позволяет не пациента везти к томографу, а томограф — к пациенту. Чтобы обеспечить автономную работу аппарата, мы использовали постоянный магнит со слабым полем. Ему не требуется криогенная инфраструктура, поэтому установка получилась компактной и может функционировать практически в любом помещении, где есть стандартная электросеть на 220 В. Такой аппарат можно подвести непосредственно к лежачему пациенту, разместить его таким образом, чтобы голова находилась в рабочей зоне, и сразу приступить к исследованию, — рассказала «Известиям» руководитель разработки методической и алгоритмической части проекта, старший научный сотрудник физического факультета ИТМО Екатерина Бруй.Сверхнизкое магнитное поле портативного МРТ позволяет проводить диагностику и тем, кому исследования на высокопольных аппаратах противопоказаны. Параметры устройства считаются безопасными для большинства металлических имплантов, так как слабое поле не нагревает металл и не смещает его, поэтому не вредит пациенту. 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.
Портативный томограф оснащен системой подавления помех на основе машинного обучения и нейросетей. Технологии адаптируются не только к обстановке в комнате, но и к самому человеку: ткани тела — мышцы, жир, кровь — по-разному проводят радиоволны, и человек сам становится антенной, принимающей помехи. Нейросеть непрерывно анализирует эти меняющиеся искажения и компенсирует их, чтобы полезный сигнал оставался чистым. При этом ИИ работает не с готовым снимком, а с исходными радиосигналами, из которых изображение только будет строиться. Алгоритмы очищают сигнал до реконструкции, поэтому риск появления несуществующих элементов на изображении минимизируется.
Перспективы внедрения портативного аппарата МРТ
Разработка будет востребована прежде всего в травматологии, ортопедии и спортивной медицине — для диагностики конечностей, суставов и связок, где сверхвысокое поле не дает принципиальных преимуществ, а доступность и скорость куда важнее, полагает доцент кафедры электронных приборов и устройств СПбГЭТУ ЛЭТИ Николай Староверов. Вторая большая ниша — «прикроватная диагностика» в реанимации, неонатологии и палатах интенсивной терапии.
— Возможность подкатить томограф прямо к койке принципиально меняет логистику обследования. Третье направление — региональные клиники и небольшие медцентры, для которых приобретение классического МРТ экономически затруднительно, а также при обследовании пациентов с металлическими имплантами, которым противопоказано воздействие сильного магнитного поля, — рассказал «Известиям» специалист.
По его словам, сегодня портативная медицинская диагностика стала одним из трендов в сфере здравоохранения. Например, созданная в ЛЭТИ линейка компактных рентгенов активно применяется в неонатологии, в военно-полевой медицине, а также в стоматологии и челюстно-лицевой диагностике.
МРТ на слабом поле — не конкурент большим томографам, а решение там, где они бессильны, отметила молекулярный биолог Арина Холькина.
— Нейросеть прямо во время сканирования фильтрует электромагнитные помехи, благодаря чему отпадает необходимость в дорогостоящем экранировании. Если к концу года разработчикам удастся получить первые снимки мозга, это позволит закрыть одну из наиболее критичных задач экстренной диагностики инсультов, когда счет идет буквально на минуты, — пояснила она.
Немаловажно и то, что слабое магнитное поле открывает возможность обследовать пациентов с металлическими имплантами, которым традиционный МРТ противопоказан, — это существенно расширяет охват, подчеркнул эксперт по технологиям Леонид Дробышевич.
Вместе с тем важно понимать, что речь пока идет об экспериментальном образце. Путь от прототипа до серийного производства, регистрации медицинского изделия и реального внедрения в клиническую практику — долгий и ресурсоемкий. Качество изображений на таких устройствах объективно уступает высокопольным системам, и применение аппарата будет обоснованным там, где нет альтернативы.
По оценкам инженеров ИТМО, серийный портативный томограф будет стоить около 25 млн рублей, его ежегодное обслуживание не должно превышать 1–2 млн. Работа над проектом стартовала в начале 2022 года при поддержке программы «Приоритет-2030».