European Radiology：如何降低肌肉骨骼MRI的能量消耗？

最近，欧元区的能源成本经历了前所未有的飙升，从2020年12月到2021年12月，价格上涨了一倍多。欧洲不断上涨的能源价格已经引起了放射学部门和实践的关注。放射科至少占医院总能耗的4.2%，也是温室气体排放的重要贡献者。随着对磁共振成像(MRI)和计算机断层扫描(CT)扫描仪等医疗设备的需求不断增长，它们的能耗已成为放射科和实践中迫切关注的问题。这些设备是此类设施的主要能源消耗者，其有效利用已成为重中之重。在放射科内，每台MRI扫描仪每年平均耗电量超过100MWh，高于其他任何设备。最近的几项研究调查了放射科的能源消耗，并强调了旨在提高MRI扫描仪能源效率的举措。

原则上，缩短采集时间，即缩短扫描仪操作时间，将直接导致能耗的降低。然而，应该同时保持相同的诊断能力。因此，优化协议、实现新的待机模式以及结合深度学习(DL)序列是降低能耗的潜在解决方案。由于冷头冷却系统的持续运行(以保持磁体的超导状态)，MRI扫描仪在扫描仪关闭系统状态下消耗的能量占其年总能耗的31%至38%。检查核磁共振成像的各个组成部分，很明显，磁铁冷却和梯度是能量消耗的主要驱动因素。根据西门子Healthineers的数据表并结合已进行的测量，仅磁体冷却就占总能耗的约42%。因此，优化冷却系统和减少梯度的活动相位对于降低MRI的整体能耗至关重要。

DL可以帮助克服有关采集时间，信噪比，以及空间和时间分辨率的权衡。在MR图像重建中，深度学习方法受益于大量的欠采样或噪声数据来重建高保真图像。因此，深度学习算法要么操作和整合欠采样的原始数据，即从更快的扫描中获取的数据，以重建高质量的输出，要么在图像域中操作，对图像进行临时降噪，要么集成到迭代重建算法中。这些DL加速采集可以平衡扫描质量和采集时间。事实上，它们在不影响图像质量的情况下减少了特定MRI序列的采集时间。

最近，发表在European Radiology杂志上的一篇研究探讨了MRI扫描仪的能量消耗，并确定了提高放射科和实践中能源效率的策略，包括方案优化、DL加速采集的结合和冷却系统优化。

本项研究于2022年12月至2023年3月，在德国慕尼黑的两台MRI扫描仪(1.5-T Aera, 1.5-T Sola)上进行了能耗测量。实施了三个级别的节能措施，并与基线进行了比较。采用Bonferroni校正的Wilcoxon符号秩检验评价序列扫描次数和能量消耗的影响。

本项研究结果表明，通过优化协议设置和实施DL技术可以显著节省能源。在所有身体区域，与基线相比，DL的平均能耗降低了72%，经济方案的平均能耗降低了31%，时间减少了71% (DL)和18%(经济方案)。在非扫描时间优化冷却系统，能耗降低30%。

图 肌肉骨骼方案中每个身体区域(髋关节、膝关节、脊柱和肩部)的能量消耗。描述了能量消耗模式:基线(无修改)，经济(缩短序列)和DL (DL加速序列)。图中显示了数据分布、平均值(白点)、四分位数范围(实黑色纵框)和标准差(细黑色纵条)。p值为0.05的统计显著性用星号表示

本项研究表明，实施节能策略，包括经济方案、DL加速序列和优化磁体冷却，可以显著降低MRI扫描仪的能耗。因此，放射科和实践应考虑采用这些策略，以提高能源效率和降低成本。

原文出处：

Saif Afat,Julian Wohlers,Judith Herrmann,et al.Reducing energy consumption in musculoskeletal MRI using shorter scan protocols, optimized magnet cooling patterns, and deep learning sequences.DOI:10.1007/s00330-024-11056-0