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這不是一個(gè)普通的南瓜圖片，而是大家期待已久的11.7T超高場(chǎng)磁共振的第一張圖像，更是歷經(jīng)20年的研究結(jié)晶。

這臺(tái)重132噸，長(zhǎng)5米的巨型人體顯微鏡，是迄今為止場(chǎng)強(qiáng)最高的用于人體的全身磁共振系統(tǒng)，其將突破視覺極限，被學(xué)術(shù)界寄予厚望。在正式將這個(gè)史無前例的場(chǎng)強(qiáng)用于人體前，Iseult項(xiàng)目組還將進(jìn)行最終的驗(yàn)證工作以及相關(guān)部件的一系列測(cè)試，以取得人體應(yīng)用的正式許可。

01

首張 11.7T MR圖像

目前醫(yī)學(xué)影像主要體現(xiàn)在強(qiáng)化精準(zhǔn)醫(yī)療、轉(zhuǎn)變醫(yī)療服務(wù)模式和拓展數(shù)字化醫(yī)療等方向，推動(dòng)醫(yī)學(xué)影像的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)并攻克更多疾病。每年RSNA，超高場(chǎng)磁共振都是最引人關(guān)注的話題之一。此前法國(guó)CEA原子能研究所與西門子醫(yī)療等合作伙伴共同研發(fā)的11.7T超高場(chǎng)人體磁共振，已經(jīng)克服重重困難，順利獲得了首批圖像！

11.7T磁共振始于21世紀(jì)初開始的“Iseult”項(xiàng)目。來自 Iseult 項(xiàng)目的 MRI 中心的一塊非凡磁鐵重132 噸，長(zhǎng) 5 m，外徑 5 m，內(nèi)徑 90 cm允許整個(gè)人體通過。這些是超凡的尺寸Iseult 項(xiàng)目的磁體達(dá)到 11.7 特斯拉的標(biāo)稱磁場(chǎng)，比標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)院 MRI（通常為 1.5 或 3 T）的磁場(chǎng)強(qiáng)得多。為實(shí)現(xiàn)該磁場(chǎng)，磁鐵由 1,500 安培的電流供電；導(dǎo)體線圈由處于 1.8 開爾文 (-271.35°C) 的超流體狀態(tài)的氦氣永久冷卻；11.7T的磁場(chǎng)是MRI領(lǐng)域如此體積的世界紀(jì)錄，也是這種超導(dǎo)材料的絕對(duì)記錄。

2021 年 9 月，世界上最強(qiáng)大的人體成像項(xiàng)目 Iseult 項(xiàng)目的 11.7 特斯拉 MRI 發(fā)布了第一張圖像。該 MRI 由 CEA 工程師和研究人員與 Siemens Healthineers 共同設(shè)計(jì)，將推動(dòng)基礎(chǔ)研究、認(rèn)知科學(xué)和了解大腦病理學(xué)方面的重大進(jìn)展。他們驗(yàn)證了整個(gè)過程，由于多項(xiàng)技術(shù)突破，2017 年交付給 CEA-Paris-Saclay 站點(diǎn)的“杰出”磁鐵轉(zhuǎn)變?yōu)椤俺上駜x”。

2021 年 10 月 7 日，南瓜這個(gè)不尋常的物體被 CEA 工程師和研究人員選中，因?yàn)樗哂卸喾N紋理，以使用世界上最強(qiáng)大的 11.7 T 人體全身 MRI 的 Iseult 項(xiàng)目制作第一張圖像，該項(xiàng)目安裝在 CEA-Paris-Saclay 的 NeuroSpin。

南瓜的圖像在三個(gè)維度上具有 400 微米的分辨率，預(yù)示著 CEA 及其合作伙伴的科學(xué)和技術(shù)團(tuán)隊(duì)將能夠?qū)崿F(xiàn)探測(cè)人類大腦的能力，以造福于基礎(chǔ)研究，認(rèn)知科學(xué)和理解大腦病理學(xué)。多個(gè)“首次突破”驗(yàn)證了將“杰出”磁鐵轉(zhuǎn)變?yōu)?MRI 機(jī)器的整個(gè)過程。

CEA-Irfu 董事表示：“Iseult 項(xiàng)目磁鐵的開發(fā)是一次非凡的人類、技術(shù)和工業(yè)冒險(xiǎn)?？吹剿鼘?shí)現(xiàn)了磁鐵標(biāo)稱磁場(chǎng)強(qiáng)度 - 11.7 T - 隨后是這些第一批如此有前途的高分辨率圖像，這是我們所有人的真正驕傲?！?/span>

02

20年研究的結(jié)晶

Denis le Bihan于 2000 年代初便啟動(dòng)了 Iseult 項(xiàng)目，旨在開發(fā)一種用于調(diào)查神經(jīng)退行性疾病的新診斷工具。2004 年 7 月，Irfu 根據(jù) Guy Aubert 教授的創(chuàng)新磁性設(shè)計(jì)制作了磁鐵的初步設(shè)計(jì)。幾個(gè)月后，法國(guó)和德國(guó)簽署了開發(fā)這種高場(chǎng)成像的合作協(xié)議。

2006年德國(guó)和法國(guó)共同設(shè)立項(xiàng)目代號(hào)為“Iseult計(jì)劃以研究11.7T磁共振。該計(jì)劃的參與者包括德國(guó)西門子醫(yī)療、法國(guó)阿爾斯通等工業(yè)合作伙伴；德國(guó)弗萊堡大學(xué)、法國(guó)CEA原子能研究所等科研機(jī)構(gòu)，并得到了法國(guó)Bpifrance、德國(guó)聯(lián)邦教育科研部基金等基金的款項(xiàng)支持，可以說這是一個(gè)真正的聯(lián)合研究成果。

這臺(tái)巨無霸磁體重達(dá)132噸（普通7T的磁體為40噸），長(zhǎng)5米，外徑5米，內(nèi)徑90厘米。經(jīng)過6年開發(fā)，從2017年7月開始安裝，經(jīng)歷了整整2年的安裝調(diào)試，2019年法國(guó)CEA原子能研究所與西門子合作，經(jīng)過多年的研發(fā)積累，開始安裝調(diào)試世界最高場(chǎng)強(qiáng)的11.7T磁共振系統(tǒng)。終于在2019年7月18日完成了11.7T的成功勵(lì)磁，為未來的應(yīng)用做好了準(zhǔn)備。在安裝過程中，研發(fā)團(tuán)隊(duì)遇到了大量挑戰(zhàn)，如在巨大磁體內(nèi)填充超過7000L海量液氦、升場(chǎng)中進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)試等，僅升場(chǎng)就有超過1300道工序需要處理，但最終整個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)克服困難，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)。

2021 年 9 月，世界上最強(qiáng)大的人體成像項(xiàng)目 Iseult 項(xiàng)目的 11.7 特斯拉 MRI 發(fā)布了第一張圖像。西門子 Healthineers MRI 主管 Arthur Kaindl 表示：“隨著我們的 7 Tesla 掃描儀 MAGNETOM Terra 牢固地建立在臨床使用上，以及我們最近推出的 0.55 Tesla High-V MRI，我很高興能夠進(jìn)一步推動(dòng)極限。我很高興我們的團(tuán)隊(duì)共同努力現(xiàn)在得到了回報(bào)。我們迫不及待地想看看 11.7T 成像將帶來什么令人興奮的新見解，并繼續(xù)我們?cè)诔邎?chǎng)領(lǐng)域的長(zhǎng)期創(chuàng)新之路?！?/span>

盡管如此，仍需要進(jìn)行一些優(yōu)化才能在 11.7 T 下獲得分辨率接近 100 到 200 微米的質(zhì)量圖像。在 Iseult MRI 完全投入使用并在人體上采集第一批體內(nèi)圖像之前，團(tuán)隊(duì)將在未來幾個(gè)月內(nèi)對(duì)成像設(shè)備進(jìn)行最終驗(yàn)證，并對(duì)專為 Iseult 項(xiàng)目開發(fā)的射頻線圈進(jìn)行首次測(cè)試。

2022 年，將進(jìn)一步部署歐洲 Aroma 項(xiàng)目，以開發(fā)一種優(yōu)化此 MRI 操作的方法。最后，一旦獲得衛(wèi)生當(dāng)局的批準(zhǔn)，新的 MRI 將用于在志愿者的幫助下進(jìn)行研究。

對(duì)于 CEA-Paris-Saclay 神經(jīng)影像平臺(tái) NeuroSpin 的主管 Stanislas Dehaene 來說，“由于這種非凡的 MRI，我們的研究人員期待更詳細(xì)地研究大腦的解剖和結(jié)構(gòu)組織。這項(xiàng)工作無疑將導(dǎo)致重大的臨床應(yīng)用。”

03

高場(chǎng)磁共振的市場(chǎng)格局

目前，MRI技術(shù)已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)影像技術(shù)中一種不可或缺的重要診斷手段，自1984年美國(guó)FDA批準(zhǔn)醫(yī)用磁共振成像設(shè)備用于臨床以來，醫(yī)用磁共振設(shè)備市場(chǎng)已歷經(jīng)了30多年的發(fā)展。目前，MRI設(shè)備已成為幾十億美元的市場(chǎng)，世界MRI設(shè)備的裝機(jī)臺(tái)數(shù)從1984年的75臺(tái)增加到上萬臺(tái)。2015-2019年，全球磁共振成像系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模逐年增長(zhǎng)，2019年約為63億美元。

隨著技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像診斷環(huán)節(jié)的滲透，以及對(duì)醫(yī)學(xué)影像市場(chǎng)越來越重視，MRI市場(chǎng)需求有望持續(xù)擴(kuò)大。 臨床的需求正在推動(dòng)磁共振技術(shù)朝著更高信噪比、更高分辨率和對(duì)比度以及更快成像速度的方向發(fā)展，這就需要更高的場(chǎng)強(qiáng)。目前在臨床應(yīng)用的超高場(chǎng)磁共振主要有7T、5T磁共振，下面我們簡(jiǎn)單介紹一下幾款磁共振。

西門子醫(yī)療MAGNETOM Terra

據(jù)了解，相較于傳統(tǒng)的7T磁共振，MAGNETOM Terra的重量減少了50%，在20噸左右，采用了西門子牛津磁體公司全新設(shè)計(jì)的磁體系統(tǒng)，新的磁體采用了獨(dú)特的設(shè)計(jì)和熱平衡材料，最大限度的減少了核心部件間相互作用；還具有更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，更高的磁體穩(wěn)定度、更佳的靜態(tài)磁場(chǎng)均勻度和動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)均勻度，從而為臨床帶來更高的圖像質(zhì)量。

此外，MAGNETOM Terra在業(yè)界首次實(shí)現(xiàn)了兩倍于傳統(tǒng)7T的超強(qiáng)梯度性能，實(shí)現(xiàn)超快速、超高效、超高分辨功能磁共振成像；而Tim 技術(shù)，可以獲得超高通道數(shù)的獨(dú)立射頻數(shù)據(jù)接收能力，為臨床提供了更為強(qiáng)大的系統(tǒng)采集能力。

GE醫(yī)療的SIGNA 7.0T 磁共振

GE醫(yī)療的SIGNA 7.0T 磁共振系統(tǒng)配置超高場(chǎng)磁體技術(shù)、60厘米孔徑，功率是大部分臨床系統(tǒng)的5倍左右。此外，SIGNA 7.0T磁共振采用了GE最強(qiáng)大的全身梯度線圈UltraG梯度技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)超高場(chǎng)強(qiáng)的成像速度和分辨率。SIGNA 7.0T磁共振另一個(gè)特色是其精密的射頻發(fā)射和接收架構(gòu)，能夠提高圖像質(zhì)量和研究的靈活性。

軟件方面，SIGNA 7.0T磁共振SIGNA Works應(yīng)用平臺(tái)，為臨床醫(yī)生提供最先進(jìn)的應(yīng)用程序，比如用于自動(dòng)切片定位的 AIR x brain和Silent MR 成像這樣基于深度學(xué)習(xí)的平臺(tái)工具。

聯(lián)影uMR Jupiter 5T磁共振

2021年7月1日，國(guó)產(chǎn)影像企業(yè)聯(lián)影醫(yī)療技術(shù)集團(tuán)與上海復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院開啟了首款國(guó)產(chǎn)全身5T磁共振設(shè)備uMR Jupiter的臨床試驗(yàn)合作。全球首款人體全身5.0T磁共振uMR Jupiter首次突破了超高場(chǎng)磁共振局限于腦部成像的限制，實(shí)現(xiàn)超高場(chǎng)全身臨床成像！在神經(jīng)系統(tǒng)成像方面，uMR Jupiter更是比肩更高場(chǎng)設(shè)備，可為腦小血管疾病與退行性病變提供更多診斷信息。此外還有9.4T動(dòng)物磁共振如下圖。

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回顧四十多年的超高場(chǎng)發(fā)展歷史，眾多國(guó)內(nèi)外頂級(jí)科研院所的科學(xué)家們不斷刷新著磁共振場(chǎng)強(qiáng)和分辨率的極限，相信超高場(chǎng)技術(shù)會(huì)為我們帶來一個(gè)又一個(gè)新的記錄和驚喜，器械之家將持續(xù)關(guān)注未來超高場(chǎng)技術(shù)的發(fā)展。