比汽車還便宜的超低磁場MRI儀器

一款價格低廉的醫療設備，透過AI處理後的影像與典型強磁場儀器的影像相似，有望提高MRI的普及率。

       許多醫療保健領域的技術躍進都是MRI技術的成果，例如大腦的詳細影像和器官上癌變病灶的生動圖像。然而，由於儀器昂貴且耗能高，這些進展通常僅限於高收入國家。有一種較便宜且低功耗的替代MRI儀器可以在低磁場強度下運行，並且只使用簡單的永久磁鐵，但其較弱的信號（由於信號強度正比於磁場強度的平方）導致影像模糊，使醫生在診斷和治療各種疾病時難以識別解剖構造上的細節。

       由香港大學的Ed X. Wu領導的研究團隊現在開發了一種新型MRI設備，磁場強度僅為傳統MRI的六十分之一，且插入標準插座就可以使用。雖然原始輸出影像仍然模糊，但研究人員開發了一種深度學習算法來使圖像更清晰，結果與典型的高磁場儀器相似。

       標準3特斯拉MRI的大部分成本來自其超導磁鐵和射頻屏蔽，後者用於阻擋外部電磁干擾。吳教授及其同事選擇使用釹永久磁鐵並省去射頻屏蔽，藉此開發出價格低廉的0.05 特斯拉MRI儀器。假設能夠進入工業規模生產，該硬體的成本約為兩萬兩千美元，遠低於傳統的MRI機器。

       為了從信號較弱且無屏蔽的儀器中獲得清晰的圖像，研究人員在正常掃描期間以及未收集磁共振信號時，從裝置內透過感測線圈量測電磁干擾數據。這些數據和高磁場MRI儀器產生的高品質圖像被用來訓練一個人工智慧預測演算法，以推估未受干擾的MRI數據。經過訓練後，AI模型成功地修正了低磁場儀器的圖像，且不再需要任何參考的高磁場圖像。如下面的比較圖所示，修正後的圖像與高磁場儀器的圖像品質不相上下。

左欄顯示了使用低磁場儀器收集的人腦MRI斷層影像，中間欄顯示了經由AI深度學習演算法修正過的相同影像，而右欄則顯示了典型高磁場儀器的結果。來源：Y. Zhao等人，《Science》384, eadm7168 (2024)。

       雖然吳教授及其同事並非第一個使用AI來處理低磁場MRI儀器模糊影像的團隊，但他們的結果優於以往的AI技術。即使沒有無線電頻率屏蔽(Radio Frequency RF Shielded)，他們的設備仍然能夠有效地限制電磁干擾，清晰地成像多種解剖結構，包括大腦、脊椎和心臟。由於低磁場儀器價格親民且功耗低，MRI的使用範圍有望大幅擴展。例如，在美國，每百萬人約有四十台MRI掃描儀，但在所有非洲國家中，平均每百萬人僅有約0.7台掃描儀【來源：Y. Zhao等人，《Science》384, eadm7168, 2024】。

本文感謝Physics Today (American Institute of Physics) 同意物理雙月刊進行中文翻譯並授權刊登。原文刊登並收錄於Physics Today, May 2024雜誌內 (Physics Today https://doi.org/10.1063/pt.urhl.skkf)。原文作者：Alex Lopatka。中文編譯：林祉均，國立清華大學物理所研究生。

Physics Bimonthly (The Physics Society of Taiwan) appreciates Physics Today (American Institute of Physics) authorizing Physics Bimonthly to translate and reprint in Mandarin. The article is contributed by Alex Lopatka and was published in (Physics Today https://doi.org/10.1063/pt.urhl.skkf).The article in Mandarin is translated and edited by J.R Lin（National Tsing Hua University）.