BEHÖVER VÄRLDEN EN 20 T MRI-MASKIN?
Varför skulle någon vilja ha besväret med en 20Tesla-magnet? De flesta människor har ingen aning om vad den kraften innebär. Den kommer att ge läkare och forskare otroligt avancerade möjligheter, men samtidigt är underhållet av en sådan best definitivt högt. Som vi tidigare rapporterat i artikeln «7 T MRI: ÄR DET VÄRT DET?» 7 T kan jämföras med en högpresterande Formel 1-bil och en 3 T MRI med en sportbil. Så vad gör det till en 20 T MRI? Det är som ThrustSSC, en jetdriven bil som för närvarande innehar världsrekordet i landhastighet på 1228 km/h.
Den beskrivningen, även om den är extrem, kommer inte ens i närheten av att beskriva hur stark en 20 T MR-maskin faktiskt skulle kunna vara. Forskare från University of Nottingham och University of Nijmegen i Nederländerna lyckades med hjälp av ett magnetfält på 16 Tesla få en groda att sväva. Det som är viktigt att veta är att det inte fanns något metalliskt i grodan; den leviterades av styrkan i magnetfältet som något omstrukturerade elektronerna i grodans atomer. Men oroa dig inte, grodan fick inga biverkningar och fortsatte att leva ett lyckligt grodliv.
Nästa fråga som kan dyka upp är varför man någonsin skulle behöva ett så starkt magnetfält. Är inte 7 T själva sinnebilden för UHF (ultrahögfält) MRI? För de flesta ändamål, som anges i artikeln som nämns ovan, är det mer än tillräckligt för alla typer av diagnostik och forskning. Så vad kan 20 T erbjuda?
Fält och borrning av MRI magnets: befintlig = svart, under konstruktion = blå, vårt mål = grön.
Bakom 2013 bestämde sig ett team som inkluderade MagLab-initierade Ekosi Tesla (ekosi är grekiska för 20) för att övervinna 20 T-barriären. De flesta MR-maskiner som är i drift idag är 1,5 T, vissa är högfältare på 3 T och ett fåtal arbetar med ultrahöga fält som 7 T och mer. Hittills har den mest kraftfulla MRI-maskinen en magnet på 11,75 T. Den kolossala mängd kunskap och noggrannhet som krävs för att utföra en sådan bedrift är ofattbar, så när 20T uppnås, vem vet vad vi kan hitta.
Som de flesta läkare och särskilt radiologer vet utnyttjar MR egenskaperna hos väteatomer som finns i alla celler och vävnader. Ultrahögfält går flera steg längre. Det kan bearbeta signaler från natrium-, kalium-, kol-, fosfor- och andra joner. Som diskuterades i artikeln om värdet av 7T är 7T MRI inte bara en forskningsenhet, utan är användbar i många applikationer, som neurologisk, muskuloskeletal, buk, bröst, interventionell och oftalmisk avbildning. Även om det finns 7T-enheter som kan avbilda hela kroppen, kommer den nya 20T-maskinen att ha en 65 cm lång borrning som rymmer de flesta mänskliga överkroppar för avbildning av hjärnan. I likhet med den berömda LHC (Large Hadron Collider) som ökar vår kunskap om fysiska fenomen, kommer 20T att öppna vår värld för intima detaljer om hur hjärnan fungerar.
De tekniska framstegen inom alla områden går i exponentiell takt och det gäller även magnetresonansforskningen. Just nu är det enda som håller oss tillbaka att tekniken för att uppnå 20 T fortfarande befinner sig i ett tidigt utvecklingsstadium. För att komma till rätta med denna begränsning måste många nya uppfinningar och innovationer genomföras. Huvudfrågan är att utveckla en magnetteknik som kan användas i ett brett hål (65 cm) med ett homogent fält. Supraledande magnetmaterial kommer att behöva en uppgradering, men som vetenskapen har visat - säg aldrig att det är omöjligt.
Naturligtvis är fysiologiska begränsningar och hälsorisker ett mycket stort bekymmer. Hittills har FDA inte ändrat sina rekommendationer om den övre gränsen för det huvudsakliga statiska magnetfältet utan någon betydande risk för människors hälsa - 8T (för vuxna, barn och spädbarn i åldern 1 månad). Om 20T ska kunna användas i forskning eller kliniska tillämpningar kommer detta hinder att vara betydande, för att inte tala om andra frågor som specifik absorptionshastighet (SAR), gradientfältens förändringshastighet och ljudtrycksnivå. De flesta studier om biverkningar av UHF har visat att det verkligen finns en ökning av biverkningar (bland annat yrsel, yrsel, illamående och allmänt obehag), men de är alla tillfälliga...
Att utveckla så många innovativa teknologier, att i princip lägga alla ägg i samma korg, skulle vara oklokt, så det internationella forskarlaget kommer först att sätta ihop en 14 T-prototyp som ett proof-of-concept. Det enda som behövs för att få 6 T att hoppa till 20 T är i princip att ändra skalan på projektet.
Med möjligheten att avbilda enskilda joner och deras interaktioner med varandra kan vi lära oss hur nervceller är organiserade i hjärnan och hur axoner kopplar samman hjärnregioner. 7T-kapacitet som Na-23 MR för bedömning av vävnadstransplantationer och Na+-distribution och -balans kommer att ge oss nya insikter om metaboliska sjukdomar och andra sjukdomar. För att inte tala om P-31 MR-spektroskopi (MRS) som nyligen visade hög noggrannhet när det gäller att skilja mellan alkoholfri godartad leversjukdom och progressiv steatohepatit. Fosforylerade metaboliter med P-31 MRS kan nu användas för att karakterisera prostatacancer. Allt detta är möjligt med 7T, men jakten på mer djupgående kunskap kommer inte att ta slut vid 7T.
Proton- och motsvarande natriumbilder av fotleden hos en 23-årig frisk kvinna. A, Sagittal protondensitetsviktad 2D-TSE-bild med fettundertryckning med lägre upplösning (0,31 × 0,31 × 3,0 mm3). B, Sagittal protondensitetsviktad 2D-TSE-bild med fettundertryckning (WIP 729C; Siemens, Erlangen, Tyskland) med högre upplösning (0,27 × 0,27 × 1,5 mm3). C, Sagittal natrium 3D-GRE-bild med röda konturer som representerar ROI-utvärderingarna av brosk i fotleden och subtalarleden. D, Färgkodad cSI-karta av natrium i brosk överlagrad på motsvarande morfologiska bild.
Andra fördelar med 20T jämfört med 7T är uppenbara vinster i känslighet och minskade skanningstider, som kan förkortas med nästan en storleksordning för Na-23 och P-31. Detta innebär att vi potentiellt kan få en rumslig upplösning på submillimeter på mindre än tio minuter för Na-23 och avsevärt förkorta P-31-spektroskopin av hjärtat, som för närvarande tar nästan två timmar.
Vi har beskrivit material och metoder samt fördelarna med 20T MRI för människa. Inte om, utan när detta banbrytande magnetfält uppnås, kommer vi att ha möjlighet att se patologier innan de bryter ut kliniskt. Detta är en verkligt magnifik strävan som har potential att lösa många av världens hälsoproblem. Så när vi frågade om 7T var värt det, borde vi ha vetat att 20T skulle vara precis runt hörnet. Utan tvekan behöver vi en 20T MR-maskin (minst en) eftersom 20T är framtiden, och precis som LHC kan den kanske lösa de mysterier som förbryllar den moderna människan.
Atkinson, I. C., PhD, Renteria, L., PhD, Burd, H., BA, Pliskin, N. H., PhD, & Thulborn, K. R., MD, PhD. (2007, 26 november). Safety of Human MRI at Static Fields Above the FDA 8T Guideline: Sodium Imaging at 9.4T Does Not Affect Vital Signs or Cognitive Ability. Hämtad från http://indigo.uic.edu/bitstream/handle/10027/7232/94THumanSafety_ prepress.pdf?sequence=1
Kriterier för undersökningar av betydande risker med utrustning för magnetresonansdiagnostik Vägledning för industrin och personal vid Food and Drug Administration. (2014, 20 juni). Hämtad från http://www.fda.gov/downloads/medicaldevices/deviceregulationandguidance/ guidancedocuments/ucm072688.pdf
Zbýň Š, Brix MO, Juras V, et al. Sodium Magnetic Resonance Imaging of Ankle Joint in Cadaver Specimens, Volunteers, and Patients After Different Cartilage Repair Techniques at 7 T: Initial Results. Undersökande radiologi. 2015;50(4):246-254. doi:10.1097/RLI.0000000000000117.
04.08.2015