Protocol ontwikkeling voor een zeer laag-veld (0.047 T) MRI systeem.

Draagbare MRI-scanners met een zeer laag veld (VLF, <0,1 T) zijn in opkomst als
een nieuwe categorie systemen met veel lagere kosten dan conventionele
MRI-scanners en de mogelijkheid om te worden gebruikt op locaties en in
toepassingen waar conventionele MRI onmogelijk is.

In september 2022 kregen wij van de METC toestemming om te beginnen met het
scannen van menselijke vrijwilligers op een commercieel VLF MRI-systeem van
Hyperfine, specifiek voor protocoloptimalisatie voor een aantal verschillende
contrasten. Dit onderzoek is begonnen en levert zeer nuttige informatie op over
hoe dergelijke protocollen het best kunnen worden opgezet. Het
Hyperfine-apparaat is echter een duur commercieel systeem, met beperkingen op
open softwareontwikkeling en hardware-aanpassingen, waardoor het buiten het
bereik ligt van, bijvoorbeeld, veel landen met een laag en gemiddeld inkomen
(LMIC's). Wij beschikken over uitgebreide financiering van de National
Institutes of Health, de European Research Council en de NWO om een VLF-systeem
te ontwikkelen met verbeterde draagbaarheid, lagere kosten en open-source
hardware en software die in LMIC's kunnen worden gebruikt.

In dit voorstel willen wij een aantal verschillende aspecten van VLF MRI
bestuderen. Deze studies zullen parallel met die op de Hyperfine-unit worden
uitgevoerd, zodat de resultaten kunnen worden vergeleken en vele aspecten van
de VLF-eenheid van het LUMC kunnen worden geoptimaliseerd. Naast een studie om
het beeldcontrast in de hersenen te optimaliseren met behulp van een aantal
verschillende MRI-technieken, die parallel zal lopen met de studie op de
Hyperfine, zullen we een aantal technieken voor het verbeteren van de
beeldkwaliteit evalueren die niet op een commercieel systeem kunnen worden
uitgevoerd, namelijk

i) Actieve ruisonderdrukking
ii) correctie voor kleine afwijkingen in het magnetisch veld tijdens de scan
iii) Undersampled gegevensverzameling en AI-reconstructies.

Naast neurologische metingen maakt de flexibiliteit van ons 0,047 T-systeem het
mogelijk andere delen van het lichaam te bestuderen, in tegenstelling tot het
Hyperfine-systeem. Wij zullen technieken ontwikkelen om het vet/spiergehalte in
zowel de arm als het been te meten, wat uiteindelijk kan worden gebruikt bij de
schatting van ondervoeding in ontwikkelingslanden.

De bevindingen zullen worden verspreid via artikelen in toonaangevende
tijdschriften over MR-technieken. Dergelijke ontwikkelingen en publicatie van
resultaten zijn gebruikelijk in de MR-gemeenschap en leiden tot een
voortdurende ontwikkeling en verbetering van de mogelijkheden van MR-scanners.

Ons algemene doel is het meten van verschillende MR-parameters bij 0,047 Tesla,
en deze te gebruiken om optimale MRI-protocollen af te leiden in termen van
contrast en SNR. De geproduceerde beelden zullen vervolgens worden vergeleken
met die van het commerciële Hyperfine-systeem. Sommige van deze nieuwe
ontwikkelingen kunnen later worden gebruikt in klinische onderzoeksprotocollen
(die geen deel uitmaken van dit protocol), andere ontwikkelingen zijn meer
fundamentele technische MR-ontwikkelingen waarvan de toepassingen pas in de
toekomst zullen profiteren.

Alleen projecten die gericht zijn op de ontwikkeling, optimalisatie en/of
interpretatie van niet-invasieve MR-technieken worden opgenomen. De
MRI-protocolontwikkeling zal de gebruikelijke routekaart van MR-fysisch
onderzoek volgen die bestaat uit een iteratief proces van identificatie van
nieuwe vereisten of artefacten in bestaande technieken,
MRI-protocoloptimalisatie, sequentieontwikkeling, pilotexperimenten,
kwaliteitsbeoordelingsvergaderingen, en tenslotte terug naar de identificatie
van bronnen van artefacten. Voor elk van de studies (ruisonderdrukking, data
undersampling, SNR-vergelijkingen voor zes verschillende
MR-contrastmechanismen, en ontwikkeling van lipide/spierverhoudingen zullen we
20 gezonde vrijwilligers scannen (totaal aantal=240) om de resultaten van deze
nieuwe protocollen/sequenties te publiceren.

Alle kwesties betreffende veiligheid en risico bij 0,047 T zijn veel lager dan
de overeenkomstige overwegingen bij klinische MRI-veldsterktes (1,5 en 3T). De
projectielkrachten zijn evenredig met het magnetisch veld vermenigvuldigd met
de ruimtelijke gradiënt van het magnetisch veld, en zijn dus ~30 en 60 keer
lager dan bij respectievelijk 1,5T en 3T; de vermogensafgifte in de
proefpersoon is evenredig met het kwadraat van het magnetisch veld, en is dus
~900 en 3600 keer lager dan bij 1,5T en 3T. De scans zijn vrijwel geruisloos,
er is geen speciale kleding nodig en de omgeving is veel minder claustrofobisch
dan bij een conventionele MRI-scan. Op VLF-scanners met veldsterktes van 0,08
en 0,064 T zijn vele duizenden scans uitgevoerd bij zowel patiënten als gezonde
vrijwilligers.