МРТ сверхвысокого разрешения проверили на людях
Французско-немецкий проект Iseult, за развитием которого мы пристально следим с 2021 года, снова стал источником новостей. На этот раз исследователи опубликовали в журнале Nature Methods короткое техническое сообщение о том, что по результатам предварительных испытаний на 40 добровольцах сверхвысокое магнитное поле в 11,7 Тесла оказалось полностью безопасным для человека даже несмотря на 1,5-часовое нахождение в магнитно-резонансном томографе. Ученые пока сделали лишь структурные снимки, но теперь планируют проверить в деле и функциональную нейровизуализацию.
Изображения человеческого мозга in vivo, полученные при 11,7 Т. (A) Получение in vivo 3D T2 турбоспин-эхо с переменным углом наклона при 11,7 Тл с параллельной передачей импульсов GRAPE (разрешение 0,55 × 0,55 × 0,55 мм3, время получения 13 мин), демонстрирующее высокую однородность поля B1+ (РЧ), достигнутую во всем объеме мозга. (B) In vivo T2*-взвешенный 2D GRE сагиттальный срез (разрешение 0,2 × 0,2 × 1 мм3, время получения 8 мин 30 с). (C) Аксиальные 2D GRE-изображения с взвешиванием T2*, полученные при 3Т (слева), 7Т (посередине) и 11,7Т (справа) с одинаковым временем получения (4 мин 17 с), при сохранении аналогичного соотношения контрастности к шуму за счет скорректированных параметров получения (FA (°), TR (мс) и TE (мс) 27, 750 и 45; 34, 950 и 25; 27, 600 и 20 при 3, 7 и 11,7Т соответственно) и пространственного разрешения (разрешение в плоскости 0,5, 0,325 и 0,2 мм для 3, 7 и 11,7Т соответственно, толщина 1 мм). (D) 11,7T T2*-взвешенные 2D GRE аксиальные изображения (разрешение 0,19 × 0,19 × 1 мм3, время получения 5 мин 16 с) сопоставлены с турбоспин-эхо T2-взвешенными изображениями (разрешение 0,3 × 0,3 × 1 мм3, время получения 4 мин 26 с). Credit: Nicolas Boulant et al. / Nature Methods 2024.
Любопытно, что новость опять появилась в преддверии Хеллоуина – как и три года назад, когда ученые впервые просканировали в свервысокопольном МРТ тыкву, о чем сразу сообщили в СМИ. Но теперь после пройденных серий экспериментов in vitro с человеческой кровью и in vivo на животных исследователи подобрались к экспериментам на людях.
Напомним, что проект Iseult, частью которого стала разработка первого в мире полноростового 11,7-теслового магнитно-резонансного томографа, создан в 2004 году для того, чтобы двигаться к молекулярной визуализации, используя МРТ сверхвысоких полей. В 2017 году компания NeuroSpin получила магнит массой в 132 тонны и размерами 5 x 5 x 5 м, который был произведен на заводе Alstom, выпускающем высокоскоростные поезда (TGV). Исследователям потребовалось два года, чтобы выйти на нужную индукцию. В эту французско-немецкую инициативу включились крупнейшие академические и технологические и игроки: французский Комиссариат по атомной и альтернативным видам энергии (CEA), Фрайбургский университет, Guerbet, Siemens Healthineers и Bruker.
Группу из 40 человек разделили на две по 20, одна из которых прошла полноценное сканирование (11,7 Т), а другой его сымитировали, при этом его отключив магнитное поле (0 Т). При этом участники были ослеплены, то есть все полагали, что проходили процедуру при включенном томографе. Чтобы проверить безопасность диагностической процедуры в настолько мощных магнитных полях, всем участникам исследования проводили после нее физиологические, когнитивные и генотоксичные тесты.
Никаких существенных различий между двумя группами не удалось обнаружить ни в одном из биологических тестов. Также не было статистически значимых различий в количестве микроядер генотоксичности (микроядерный тест – это метод оценки генотоксичности) для каждого участника до и после 1,5 часов воздействия поля в 11,7 Т.
Далее в течение недели добровольцев обзванивала медицинская группа NeuroSpin. Шесть и четыре из 20 добровольцев, подвергшихся воздействию поля 0 и 11,7 Т соответственно, сообщили об усталости в тот же день или на следующий день. Четыре добровольца из группы поля 0 Т и один из группы 11,7 Т сообщили о головных болях. Испытуемые из этих групп также испытывали кратковременное головокружение при входе и выходе из магнита, а также металлический привкус во рту – известный незначительный побочный эффект МРТ. То есть можно сказать, что побочные явления были абсолютно случайными, а не связанными с воздействием 11,7 Т.
Авторы отмечают высокое соотношение сигнал/шум, которое даже можно улучшить при дальнейшем увеличении пространственного разрешения, с хорошей однородностью сигнала и при весьма скромных временных затратах (около 5 минут, что соответствует текущим клиническим МР-последовательностям). По их словам, этот инструмент позволит еще лучше изучить процессы старения мозга и развития неврологических и психиатрических расстройств, а также поможет найти новые биомаркеры заболеваний для лекарственно-устойчивой фокальной эпилепсии, рассеянного склероза и нейродегенеративных заболеваний. Еще ученые планируют протестировать функциональную МРТ (фМРТ) и диффузионно-тензорную визуализацию (трактографию).
Около двух третей сканов с высоким разрешением были искажены артефактами от движения, что требует доработки (например, разработки программных подходов для того, чтобы компенсировать эти артефакты). Также исследователи планируют разработать ускоренные МР-последовательности. Кроме того, будущие научные поиски будут включать использование более эффективных радиочастотных катушек и более мощных градиентов для повышения производительности функциональной МРТ высокого разрешения.
Текст: Анна Хоружая
In vivo imaging of the human brain with the Iseult 11.7-T MRI scanner by Nicolas Boulant et al. in Nature Methods. Published October 2024.