便携式MRI在将脑部成像引入加拿大偏远地区的同时减少碳排放

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一款可插入标准墙壁插座的行李箱大小的磁共振扫描仪，其意义可能不仅限于为加拿大一些最偏远的社区带来脑部成像。根据发表在《Frontiers in Neuroimaging》上的一项新分析，便携式超低场MRI可将安大略省北部偏远地区神经成像的碳足迹每年每站点减少近20至24吨二氧化碳，同时使大多数患者免于前往遥远医院的漫长而充满压力的飞行。这项由安大略省金斯顿女王大学研究人员领导的研究，是首批全面量化便携式MRI环境影响的研究之一，将能源使用、患者运输和废物产生与传统固定扫描仪进行了并排比较。

这一研究的动机源于现代医学中一个令人不安的现实：全球医疗保健系统估计占全球温室气体排放量的5.0%至8.5%，而诊断成像是其中的重要贡献者。磁共振成像（MRI）在无电离辐射的情况下可视化软组织方面不可或缺，但固定MRI系统是能源消耗大户，需要专用冷却、专门的电气基础设施和广泛的屏蔽。它们还会产生独特的废物流：数吨的铜和铅屏蔽材料、用于其超导磁体的数千升液氦，以及在水道中持久存在的基于钆的造影剂。迄今为止，还没有一项研究在便携式扫描仪承诺产生最大影响的环境中，严格将这些负担与新一代便携式扫描仪进行比较。

研究团队重点关注了安大略省穆斯法克托里的Weeneebayko综合医院，该医院位于詹姆斯湾海岸的一个飞行社区，通过Weeneebayko地区卫生局为大约12,000名主要为原住民的人口提供服务。该医院现场配有CT和超声波设备，但没有传统的MRI，因此需要脑部扫描的患者会被飞往三级中心，如向南约800公里的金斯顿健康科学中心。单名患者往返飞行一次大约会产生879公斤的二氧化碳。该团队评估了一台64毫特斯拉的便携式扫描仪，这是目前唯一获得加拿大卫生部许可并可用于临床脑部成像的商用便携式MRI，该评估建立在医院先前的一项可行性研究基础上，在该研究中，25名连续患者接受了诊断质量的床边脑部扫描。

能源比较结果令人瞩目。便携式系统整个单元（包括其控制台、射频放大器和三个梯度放大器）的最大功率为1,650瓦，每运行一小时仅消耗1.65千瓦时。传统的1.5特斯拉扫描仪在49分钟的头部检查中大约使用15.9千瓦时，而3特斯拉设备在类似检查中消耗约23.9千瓦时，这些数据来自已发表的放射科能源使用审计报告。这使得便携式扫描仪每次扫描的能效高出11.8至17.4倍。在研究设定的每年100次扫描的模型中，便携式设备每年仅排放0.065公吨二氧化碳，相当于燃烧约27.6升汽油，而固定系统则相当于266.5至401.3升。

然而，最大的环境收益并非来自机器本身，而是来自它们可以避免的飞行。根据早期的临床可行性数据，56%在本地接受扫描的患者不需要转移到固定MRI中心，因为便携式图像对其病情（包括疑似中风、出血、脑积水、占位效应和中线移位）的诊断已经足够。研究人员模拟了每年避免的56次往返旅行将如何分布在服务该社区的三种航空运输方式中：德哈维兰DHC-8飞机的商业航班、塞斯纳208大篷车飞机的包机航班，以及皮拉图斯PC-12涡轮螺旋桨飞机或莱昂纳多AW139直升机的空中救护车转运，每种方式都有不同的每位乘客排放因子。避免的旅行转化为每年约14.3吨二氧化碳，相当于约1.9户单户住宅的年排放量。值得注意的是，双引擎直升机是每位乘客碳排放最密集的选择，其排放量是单引擎涡轮螺旋桨飞机的2.66倍。

废物分析揭示了进一步（尽管较小）的优势。传统的超导扫描仪依赖于浸泡在液氦中的铌钛磁体，单台扫描仪在其使用寿命内可能需要多达10,000升液氦，其中约2,000升在任何时刻都保留在设备中。氦气损失发生在沸腾、失超和有限的回收过程中，2017年MRI运行约占美国氦气消耗量的30%。氦气液化本身是能源密集型的，在扫描仪的使用寿命内估计产生0.4至2.6吨二氧化碳当量。相比之下，便携式扫描仪使用永久钕铁硼磁体，完全不需要氦气，且更轻、更易于回收。典型的1.5特斯拉机房还需要大约1,500公斤的铜屏蔽，蕴含5.0至7.2吨二氧化碳当量，而便携式系统由于内置射频噪声消除功能，只需极少的屏蔽。

造影剂的故事增加了另一个维度。基于钆的造影剂化学性质稳定，抗降解，在水生生态系统中积累并可能进入食物链；几乎所有施用的钆都被排出体外，估计每年有21吨排入美国的废水中。每次施用还会从一次性设备和包装中产生0.28至0.56公斤的二氧化碳当量。由于便携式系统的低磁场强度限制了钆的有效性，大多数便携式扫描在不使用造影剂的情况下进行，因此替代100次增强造影检查每年可防止约28至56公斤的二氧化碳当量。综合来看，研究人员估计，消除氦气使用、减少屏蔽和尽量减少造影剂废物，将在扫描仪的生命周期内每台额外防止5.4至9.8吨二氧化碳，相当于0.73至1.3户住宅的年排放量。

保守地总结这三个领域，该研究计算出在模型扫描量下，每年总共减少19.7至24.3吨二氧化碳，或每年约相当于2.6至3.1户单户住宅的排放量。这些节省在绝对值上是刻意适度的，反映了单个大约12,000人的小型服务区和每年约50至100次检查。但根本的驱动因素——避免长途医疗运输——适用范围要广泛得多。安大略省北部26个Nishnawbe Aski Nation社区中约有22,400名保留地居民没有全年公路通道，每年产生约2,100次紧急空中运输，加拿大各地区每年产生数万次医疗旅行，西北地区和努纳武特地区的医疗后送率为每1,000名居民32至53次。即使只有其中一部分旅行可以通过便携式成像替代，在数十个偏远社区复制的节省也能大量累积。

作者谨慎地将环境效益定位为一种技术的附带效益，该技术的主要价值是健康公平，而不是作为传统MRI的替代品。便携式超低场系统无法匹配固定扫描仪的空间分辨率、序列多样性或专门能力：它们提供较低的信噪比、较长的采集时间，并且没有常规的造影增强、血管造影、灌注或功能成像。在可行性队列中，所有25次完成的检查都被判定为诊断质量，尽管有5次存在运动伪影等质量警告，且44%的患者仍需转运。至关重要的是，当便携式扫描检测到需要进一步表征的异常时，转运仍然是临床上正确的应对措施，即使这增加了旅行。因此，该技术最适合作为本地分诊和诊断工具，将飞行留给真正需要高级成像的患者。

该研究还承认了其局限性：依赖文献得出的排放因子，而不是设备上的计量或机票级别的飞行数据；年度扫描量和病例组合的不确定性；以及超出研究区域的普遍性有限。研究人员建议，未来的工作应包括多站点生命周期评估，比较农村和城市项目中64毫特斯拉、1.5特斯拉和3特斯拉系统，标准化的航空核算，以及对稀土磁体回收的调查。然而，根据目前的证据，结论是令人信服的：一台小型推车大小的扫描仪，插入詹姆斯湾一个飞行社区的普通插座，就能提供诊断质量的脑部成像，让大多数患者留在家里与家人团聚，并有意义地缩小护理的碳成本，一举多得。

资讯来源

• Bioengineer.org (2026-10-17)
• 原文： 便携式MRI在将脑部成像引入加拿大偏远地区的同时减少碳排放
• https://bioengineer.org/portable-mri-cuts-carbon-emissions-while-bringing-brain-imaging-to-remote-canada/