龐大的身軀、昂貴的價格成為磁共振裝置走進更多醫院、觸達更多患者的 “絆腳石”。2020 年經濟合作與發展組織 (OECD) 統計數字顯示，全球共有約 6.5 萬臺核磁共振掃描器，而這一數字僅為 CT 掃描器數量的約 1/3，超聲裝置的 4%。

近年來，在人工智慧技術的推動下，磁共振正在踏入全新的時代，裝置實現高效能、移動級、智慧化的同時，更重要的是帶來裝置的加速普及。

2020 年，美國 Hyperfine 公司推出行動式 MRI 裝置開啟 POC 磁共振時代標誌。同年深至科技亦在同領域中開始發力。美東時間 12 月 14 日，深至科技科學家、香港大學博士領銜研發的低成本、可移動 0.05T 超低場腦部核磁共振掃描系統的研究論文在 Nature Communications 上發表，並初步證明了該系統在臨床中診斷腦腫瘤和腦卒中的可行性，具有用於臨床對患者進行床旁腦成像的潛力，該論文標題為 “A low-cost and shielding-free ultra-low-fifield brain MRI scanner”。

（來源：Nature Communications）

相比目前臨床普遍使用的 1.5T 或 3T 場強磁共振掃描器，T＜0.1 的超低場強 (ultra-low-field, ULF) 磁共振掃描對應的是小巧的裝置、較低的成本和功耗、以及無需電磁 / 射頻遮蔽的工作環境，可以實現在放射科以外科室以及急救、ICU 等場景中使用，顯然已經成為 MRI 技術創新的主流方向之一。

深至科技告訴生輝，“更低的場強將意味著更低的價格和更輕的裝置，而且在 AI 的加持之下，生成的影象質量也將符合臨床診斷標準”。

據研究團隊估算，若投入規模化生產，該系統成本將可控制在 2 萬美元以內。而傳統 MRI 裝置的價格在 100-300 萬美元之間。

AI 計算影像學 + 磁共振物理學，解決 MRI 系統研發兩大問題

從核磁共振現象發現到磁共振成像技術成熟，關於核磁共振的研究在物理學、化學、生理學或醫學三個領域中共獲得 6 次諾貝爾獎。相應的，在臨床診斷和科研當中，MRI 也極大地推動了醫學、神經生理學、認知神經科學的迅速發展。

對於磁共振成像裝置來說，其工作的核心要素 —— 磁場越強，生成的影象清晰度也就越高，這也是磁共振廠商過去多年來一直追求更高場強裝置的原因。但另一方面，越高場強下的磁共振掃描對應的也是更龐大的裝置，以及更昂貴的價格。

從磁共振掃描器的構造出發，要實現裝置的高效能、移動級、智慧化，需將大體積的磁體和遮蔽系統從裝置中 “移除”。

為解決這兩大根本問題，此次研究中，研究團隊選用永久磁鐵釤鈷 (SmCo) 作為裝置的主磁體，相比常用於永磁掃描器中常用的 NdFeB，SmCo 的溫度穩定性較高，無需溫度調節即可實現磁場穩定性的保持。如此，便為實現 MRI 裝置小型化奠定了基礎。

據論文描述，在搭建行動式 MRI 系統時，研究人員採用 95.2*70.6*49.7cm 尺寸的永久磁鐵釤鈷 (SmCo)，佔地約 2 平方米。

超低場 MRI 掃描器原型機（來源：深至科技）

實現 MRI 裝置的 “瘦身” 只是第一步，磁共振裝置的低場強將帶來一系列問題，如訊號收集量的限制、生成影象質量低、系統穩定性差等。

作為評價磁共振儀器效能的關鍵指標之一，磁場均勻性和穩定性對生成影象的質量、解析度產生直接影響。“在該系統的研發中，我們透過計算影像學 AI技術在硬體以及軟體層面對這些問題進行了解決。”

其中，對於磁共振掃描工作過程中面臨的電磁干擾、影象質量低等問題，該團隊開發了一種深度學習驅動的電磁干擾消除方案，可以使得該裝置擺脫射頻遮蔽籠，在普通病房中進行 MRI 檢查，並穩定輸出高質量、符合臨床診斷標準的影象。

具體而言，該團隊將 10 個電磁干擾感應線圈放置於掃描器周圍，使這些線圈在無任何其他射頻干擾的情況下作為 “唯一” 的 “噪音源” 對掃描器進行 “干擾”，然後構建卷積神經網路（CNN）模型對該環境下的電磁干擾進行採集和學習，再訓練成像系統在影象構建之前將干擾訊號去除，便可得到消除電磁干擾後的 “純淨” 高質量磁共振影象。

該團隊表示，透過上述深度學習的方式對 MRI 成像系統進行訓練後，即使處於電磁干擾環境中，系統也能以一種高度可靠且穩定地方式將干擾訊號剔除，生成影象與在遮蔽環境下獲得的影象質量相當。與在射頻遮蔽環境下獲得的影象信噪比相當。

“我們最核心的能力是將計算影像學 AI 技術深度貫穿整個磁共振掃描系統，從系統搭建到生成影象以及系統的操作使用，也正是因為這一能力的運用，才實現了高效能、移動級、智慧化的系統。”

對於該系統在實際應用中的可行性，團隊將其設計的 0.05T MRI 系統對 25 名腦部腫瘤 / 腦部創傷患者進行掃描診斷，並與 3T MRI 系統的掃描結果進行對比，結果顯示，0.05T 系統可識別出患者的關鍵病變。

圖 | 0.05T 與 3T MRI 對臨床腫瘤及創傷患者的檢查對比（來源：論文）

深度融合 AI 技術，製造高效能、移動級、智慧化醫學影像裝置，打造軟硬體一體化高效能 AI 醫學影像解決方案

對於成立之初便瞄準醫療影像裝置高效能、移動級、智慧化的深至科技，正在覆蓋更多的傳統醫療影像裝置逐步實現從頭 “再造”。

此前，深至科技已推出其首款產品 ——AI 超聲裝置，實現了在全國 5000 多家基層醫療機構的智慧篩查專案中的應用，並與美年大健康、華潤集團、石藥控股集團、阿斯利康等醫療生態企業達成深度合作。

現在，深至科技正在進行高效能、移動級、智慧化的 MRI 裝置佈局。“正如已推出的 AI 超聲裝置一樣，深至科技將打造更聰明的磁共振掃描器，整個系統的操作方法將智慧化、簡單化，讓非放射科醫生也可以輕鬆使用。”

從 AI 超聲到行動式磁共振的佈局，深至科技始終在踐行其 “Healthcare for everyone” 的願景：

將團隊多年積累的 AI 技術經驗深度整合到醫療影像系統中，實現儀器裝置高效能、移動級、智慧化，讓傳統醫療影像裝置 “降三高”—— 製造成本高、學習成本高、使用成本高，覆蓋基層醫療場景的疾病篩查。

據介紹，深至科技團隊的目標是建立一個高效能人工智慧計算影像平臺，針對尖端醫療影像裝置提供通用型底層演算法及定製硬體的解決方案，為醫院、醫療機構提供高效能、移動級、智慧化的診斷工具。

據透露，深至科技目前已有 3 款通用型超低場強磁共振裝置正在同步研發，計劃明年公開亮相併推出相應產品。

參考資料：

https://doi.org/10.1038/s41467-021-27317-1