移動式磁共振成像設備研制現狀

劉志超，楊 炯，王曉楓，劉海峰

移動式核磁共振成像(Mobile Magnetic Resonance Imaging，Mobile MRI)設備因其能夠在不易接入核磁共振成像設備的環境中使用，且具有方便核磁共振成像檢查的特點，是近年來磁共振成像技術國內外發展的一個方向。伴隨著我軍后勤裝備技術水平的迅猛發展，越來越多的醫療裝備實現了集成化、車載化或移動化，并被廣泛應用于反恐處突、搶險救災等戰救現場或災害救援緊急醫療救治的各類衛勤保障工作中。國內報道 X線方艙［1，2］及車載CT［3］在災區傷員批量救治的過程中發揮了極大的診斷救治價值，實現了傷病員的就近、早期、及時科學診斷，但也暴露出診斷不夠精確等問題。本文通過查閱文獻綜述了國外移動MRI的研制現狀及其應用概況，總結了移動MRI研制相關模塊的關鍵技術，為實現磁共振成像系統車載化，并應用于衛勤保障和災害救援任務提供理論依據。

1 國外移動式MRI設備的研制現狀

國外大型醫療設備的研發和制造集中在大型的商業公司，加上政府科研經費的鼓勵和刺激，極大地調動了市場的積極性。國外移動MRI主要采取模塊化生產，如其核心模塊主磁體，主要集中在Siemens，Philips，GE和Toshiba大型醫療器械及設備制造公司［5］。追溯歷史，日本于1990年成功研制車載永磁式MRI并投入使用。此設備以一輛長10 m的大型拖車為載體，包括車頭全長13.6 m。拖車前部是機械室，裝有帶消音設備的12 kw發電機，中部是檢查室，裝有MRI框架和床。拖車部分裝有自動洗片機，及運送患者的升降機［6］。在北美放射學會(the Radiological Society of North America，RSNA)2010年會上，飛利浦展出了全球第一臺車載多源射頻發射3.0T MRI系統(Achieva 3.0T TX Mobile MRI)，裝載在48 ft(約14.6 m)的拖車上，以適應不同條件下的臨床應用需求(見圖1)。近年來國外可見報道的車載式MRI有西門子2011年發售的移動式MRI設備(場強為1.5 T，見圖2)。GE公司租賃用的MRI車(場強為1.0 T，見圖3)，長14.63 m、寬2.59 m、高4.1 m，僅車體總重就達30 t，設備車身長度均大于10 m。

圖1 飛利浦公司移動MRI車外觀及內部布局

圖2 西門子公司移動MRI車

2 國外移動式MRI設備的應用概況

關于移動式MRI設備的應用情況，在國外的可見報道，由于其模塊化設計便于更新換代，一些鄉村醫院、社區醫院、健身俱樂部等機構可以通過購買或者租賃的方式，確保其設備能夠在經費緊張的情況下滿足臨床診療的需要。另外，在一些戶外的大型活動中，移動式MRI設備也能夠方便靈活地跟隨保障，發揮臨床診斷的功能。例如，橫貫大陸的超級馬拉松比賽中，西門子公司研制的場強為1.5 T，總重量超過45 t，全長近30 m的移動全身 MRI成像儀［7］，提高了比賽過程中處置突發傷害診斷的高效性與準確性。VanScan公司生產的四肢移動式MRI(見圖4)能夠在幾分鐘內從準備到完成針對四肢掃描的現代化診斷要求。但是，這些大型的移動MRI設備有一個缺點，適合于在平坦的路面進行醫療保障，對于顛簸及復雜的環境適應能力較差。

圖3 GE公司移動MRI車

圖4 VanScan公司四肢移動MRI車

3 移動式MRI設備研制的主要技術

移動式MRI設備是基于固定式核磁設備標準設計制造，以實現在車載環境下與固定式磁共振標準系統相同的功能要求。其應用需從載體的移動性能、不同環境和路況下設備的穩定性、使用安全性、資金投入量、運行成本、維修費用、功能配置、圖像質量、售后服務水平等多方因素加以評估。從技術參數及設備定位來看，主要有以下指標:主磁場強度、磁場的均勻性、計算機性能、降噪、屏蔽措施等。

3.1 主磁場強度 是衡量磁體性能的主要指標，單位特斯拉(T)。核磁磁體按照硬件種類分類包括永磁體、常導磁體和超導磁體三種，不同的磁體類型直接關系到磁場的強度、均勻度和設備的穩定性，對其成像也有很大影響［8］。核磁場強的提高需要以更高的核磁專業技術支持為前提，高場強系統往往需要其整體性能普遍提高，所以習慣上將主磁場強度作為整個磁共振系統最具代表性的性能參數。場強0.5 T以上的系統多為超導磁體。目前來看，場強在1.0～2.0 T的中場超導開放式MRI設備較為普遍。此型設備既具有高中場的優勢，又同時具備了開放型設備的應用優點。目前移動式MRI普遍運用的場強強度有西門子公司研制的移動式MRI設備，場強為1 T、1.5 T、3 T，GE、飛利浦、東芝公司的移動式MRI設備，場強大多為1.5 T等。

3.2 計算機系統和功能軟件 計算機系統是MRI設備功能最大化發揮的關鍵。它控制著MRI設備的射頻脈沖激發、信號的采集、數據運算和圖像顯示等功能［8］，可用重建速度、圖像矩陣及硬盤容量等參數評價其性能。主要實現包括各種常規和特殊掃描序列和后處理，如彌散、灌注、心臟與血管分析、各種三維重建、自動移床等。例如，西門子公司的移動MRI計算機系統繼續使用西門子固定式磁共振設備所使用的自行研發新溝通(syngo)系統，該系統擁有專業的圖像顯示控制、完善的通信框架以及組建管理、可擴展的服務軟件框架及健全的用戶安全管理等，使系統真正滿足應用需要并得到充分的資源利用。

3.3 屏蔽系統 電磁屏蔽的原理是利用導電和導磁性能良好的金屬屏蔽體［9］，通過對電磁波的反射和吸收來屏蔽輻射干擾源的遠區場。由于移動式磁共振帶磁體運輸，為保證現場人員安全，與固定式核磁共振技術系統相同，車廂掃描間也需要采取磁屏蔽措施［8］。ETS-Lindgren公司很好地發展了核磁共振成像儀的屏蔽性能，配備專業化的門和組件，磁場屏蔽技術非常成熟以確保磁體的最佳運行和圖像質量。同時設計和安裝的射頻屏蔽措施要確保患者舒適度的同時，保證屏蔽效果。

3.4 減震系統 MRI為高精密設備，對振動和沖擊比較敏感，系統性能穩定性、成像質量、運輸期間設備安全都需要有效的減振設施。尤其在長途行進及復雜路面條件下顛簸產生的振動，超過一定負荷后會對設備本身及性能穩定性造成嚴重影響，會導致設備損壞、加速老化，或圖像質量不佳。因此對移動設備的抗震性能要求逐步提高［10］，所以需要解決減震問題［11］。為了確保設備在車載野戰環境下能夠穩定工作，合理、規范的隔振緩沖系統，保證了磁體設備的性能穩定、成像準確［12］。鑒于MRI成像對減振的更高要求，如何在復雜路況和環境條件下降低振動帶來的影響，成為移動MRI研發的技術難點。

3.5 車載系統 車載磁共振系統的承載和運輸工具，是由帶有緩沖結構的底盤和磁屏蔽恒溫車廂構成，車廂部分配備了發電機、空調、液壓系統裝置等。如Siemens，Philips，GE等公司的車載系統均有液壓升降系統，通過牽引車液壓泵提供液壓油拖車可與車體自動分開，放于地面，操作使用方便快捷。在平整的公路上行駛，或與車體分開通過輪船、火車、運輸飛機等其他運輸工具運輸攜行，能夠迅速到達指定地點，高效快捷協助診斷疾病。

4 總 結

由于MRI成像裝置原理和構造復雜，受強磁場、強射頻場等影像較大，MRI車載化的研發和應用遇到了障礙。國外已有的移動MRI設備主要采用車輛和MRI簡單組合的方式，所用車輛也是由現有集裝箱車改裝而成，僅限于寬闊平坦路面行駛，機動和越野性能差，難以應用于戰爭或自然災害等爆發時的惡劣環境。國內國外仍然缺乏能夠滿足戰場及災害現場惡劣條件下緊急醫療救治要求的輕量化、集成化車載式磁共振成像系統設備。車載式磁共振成像系統能夠顯著提高處理災害現場救治診斷的靈活性與準確性。因此，結合部隊具體實際情況研制符合自身需要的專業裝備，制造出系統安全穩定、成像質量優異、環境適應性強、機動性能高的車載式MRI系統，將會極大地提升我軍衛勤醫療救治水平，對確保快速高效處置野外突發事件能力具有重要意義。

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