新しい技術により、かさばるMRI装置が小型化される可能性がある

磁気共鳴画像診断装置 (MRI) は医療に欠かせないツールですが、何十年も使用されてきたにもかかわらず、その基礎となる超伝導体には依然として欠点があります。今日の MRI 装置のほとんどは、銅とニオブ スズ合金の巨大なコイルで作られた強力な磁石に依存しており、非常に大きくて高価な装置となっています。このため、検査装置は一般に、MRI システムを設置するための特別なスペースがある、資金力のある大規模な病院に任されています。

しかし、キングス・カレッジ・ロンドンの研究者らは、機械学習（ML）の力を借りて、日本の複数の大学と協力し、動作に必要なエネルギーが少なく、はるかに安価な新しい鉄系超伝導磁石を設計した。6月7日にNPGアジアマテリアルズ誌に掲載された新しい研究で詳細が説明されているこの新しいプロトタイプは、従来の鉄系磁石よりも2.7倍強力で、MRI装置の安定性と強度に関する厳しい要件を満たす初めての磁石である。さらに微調整を加えれば、同様の磁石が将来、核融合施設、電気飛行機、磁気浮上式鉄道にも採用される可能性がある。

鉄の超伝導磁石の鍵は、その微細な構造レイアウトにあります。この設計は、BOXVIA と呼ばれる ML システムを使用しているときにのみ発見されました。研究者による以前の鉄磁石の試み (熱や製造時間などのパラメータが異なる) でプログラムをトレーニングした後、BOXVIA は弱点と改善の可能性を特定し始めました。そこから、ML プログラムは磁石の基本構造を微調整し、人間が完成させるのにかかる時間のほんの一部で最適な設計を決定しました。

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そうすることで、BOXVIA は、デザイナーがこれまで考慮していなかった新しい建築アプローチ、つまり、エンジニアが通常作成する均一な割合ではなく、さまざまなサイズの鉄結晶に依存するアプローチを明らかにしました。

「私たちのプロセスは、メーカーが産業用途に十分なスピードとパワーでMRI装置を製造するための基礎を築くものであり、より多くのMRI装置をより安価に製造できることを意味する」と、キングス・カレッジの工学教授で研究の共著者であるマーク・エインズリー氏は金曜日の発表で述べた。

エインズリー氏は、MRI 装置に必要な超伝導線の量を減らすことで、一般開業医の診療所内で操作できる新世代の小型ツールが実現し、アクセス性が劇的に向上する可能性があると付け加えた。超伝導磁石は依然として極低温 (約 5 ケルビン、華氏 -450.76 度) まで冷却する必要があるが、エインズリー氏は、この新しい設計は「メーカーが産業用途に十分な速度とパワーで磁石を製造するための基礎を築く」と述べている。

研究者たちは今後、機械学習によって発見された新しいナノ構造がどのようにして磁石を非常にユニークな超伝導状態にするのかを研究することを目指しており、この発見は将来さらに強力な磁石の誕生を予兆する可能性がある。