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中国首台9.4T核磁共振成像系统研发成功背后

9.4T核磁共振成像系统是目前世界上最强大的成像设备之一,在全球仅有四台。在风景迤逦的怀柔雁栖湖畔,中国科学院大学雁栖湖校区的科研楼里,就陈列着一台完全由中国科学院自主研发的9.4T核磁共振成像系统。

据中国科学院生物物理研究所(以下简称“中科院生物物理所”)的专家介绍,我们通常所熟悉的医院临床使用的核磁共振是氢核磁共振,而9.4T不但能做分辨率更高的氢核共振成像,还能够做钠核和磷核成像。由于磷和钠元素在细胞核中极其微量,需要很高的信噪比才能将其信号放大成像,更高的磁场才能提供更高信噪比及分辨率。氢核共振影像只能看到的结构,不能提供更多的代谢过程信息。而钠和磷都与代谢有关,因此,钠和磷元素的核共振成像可以用来研究人体的代谢过程,有助于研究关于脑与认知等基础性的生命科学问题及肿瘤、神经的疾病等医学难题。

在9.4T核磁共振成像系统方面,中科院生物物理所主要是基于应用层面的研究和系统的搭建,并且实现了在局部技术方面的突破,如解决了超导磁体达到9T以上的均匀度的难题,这在全球也仅有一两家公司能够做到。

未来,随着生命科学及医学研究的深入,9.4T核磁共振成像系统在医学上将更具应用价值。比如,9.4T核磁共振成像系统相比于目前临床医疗普遍使用的3T相比,成像更清晰精细,可以清晰呈现细微结构的像。在某些疾病的诊断方面,当3T系统无法清晰观察时,而9.4T系统的具体应用价值在此时就能体现出来。

不过,相关专家也表示,现阶段9.4T仍主要用于科研,其应用价值还要取决于进一步的科研结果及市场需求。医生主要观察病理结构,但科学家会进行更细微、更深层的研究,例如在人产生思维的时候,微观结构的变化及其影响等等。

专业机房建造:参数之外的大学问

在9.4T核磁共振成像系统研发启动的同时,配套的专业机房建造是项目组面临的巨大挑战。据项目负责人介绍,仪器的磁场越大,其对应的信噪比就越高。人们熟悉的医疗用核磁共振仪磁场强度大约仅为1.5T,现今中科所面对的是9.4T超高强度磁场。磁场会受外界影响,也对外界产生影响,一辆行驶的汽车也可能会对磁场产生扰动造成数据偏差。

为了解决超强磁场的问题,中科院为此需要建造一个面积数百平米的专用机房,这个机房看似简单,却是一个典型的“高精尖”项目。

除需要解决对超强磁场的专业隔离设备安装外,项目组还要考虑如何保障机房的供电、制冷和相关配套设备的部署以及维护。为此中科所进行了机房基础设施包括UPS、空调、水机在内的公开招标,对配套产品的可靠性、节能性 、灵活性等产品性能等提出高标准要求。

其中,UPS作为保护性的电源设备,是建造机房的核心组件。虽然其性能参数具有重要参考意义,但是,现代机房在建设时,还要成分考虑其是否具备部署新型架构的能力,是否可以满足绿色电力储能的要求,以及是否具有可扩展性,以满足不断增长的应用需求。

同时,精密空调水系统是一个较为复杂的系统,对机房精密空调系统的运行效果至关重要。同样,在强调绿色环保的大趋势下,建造机房如果不能提供行之有效的供电和制冷解决方案,机房的低效问题将尤其突出。

想要解决上述问题就要从机房基础设施方面着手。这就是一个包藏着大学问的专业机房。

可靠的保障来自:实践经验+行业口碑

对于此次合作伙伴的选择,中科所不仅提出设备要与9.4T核磁共振成像系统配套,抗强磁干扰和高质量品牌,更明确提出要有全数字技术,提供网管系统并随机附带监控软件,并且能够提供技术培训方案的服务,以及对于服务商设备免费保修不少于三年,保修期内每年保养维护不少于一次;接到设备故障报告后,响应时间要在30分钟内;6小时内到现场解决问题等等诸多严苛的标准。

这也就意味着,供应商的服务专业化水平和响应速度都必须满足要求。而中科所要求采用统一品牌,为的正是将来的统一运维和售后服务有所保障。

经过严格筛选和深入考察,中科院生物物理所最终选择在数据中心和其他IT关键环境领域拥有深厚积累及领先解决方案的施耐德电气解决方案高级认证合作伙伴——北京亚方利科科技有限公司,亚方利科在核磁行业具有丰富的应用实践,不仅为中西部第一台高端PET/MR 及回旋加速器机房提供使用施耐德电气空调、水机的解决方案,同时也为世界规模最大的一洲国际质子医学中心提供核磁医疗设备专用空调配套设施。

此次合作,中科院最为看重的也正是亚方利科在核磁设备领域的高品质产品、实践经验和行业口碑。在经过对中科所现场的反复考察和论证后,并考虑到施耐德电气的供配电和制冷解决方案一直是身处极端和严苛应用环境的行业用户的首要选择。亚方利科为中科院设计了机房基础设施方案:统一使用施耐德电气的UPS、冷水机组、空调等相关配套设备,量身提供包括施耐德电气Galaxy 7000 UPS、优力Aquaflair制冷系统,以及Leonardo精密空调在内的全部配套供电及制冷解决方案,为9.4T核磁共振成像系统的可靠、高效、绿色运行保驾护航。

其中,节能、高效、适应性强的Galaxy 7000 UPS作为采用模块化的容错型兆瓦级UPS,是全球250-500千伏安功率段最领先的产品之一。Galaxy 7000可能够与任何类型的负载一起工作,为任务关键型负载提供最高电能质量,并可使系统效率最高可达94.5%。此外,Galaxy 7000提供了充分调整后的输出电压,实现了纯正弦波输出,输出功率因数为1,并且对电网无任何谐波污染,从而确保供电系统的安全与高效。

项目相关负责人表示:“中科院生物物理所承担着国家重点研发计划、重大科技专项等重大科研任务,我们对合作伙伴的选择同样抱有严谨的科研态度,出色的机房保障工作是确保我们研究9.4T核磁共振成像系统成功的重要基础!”

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