DOI: https://doi.org/10.1186/s41747-025-00668-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41490960
تاريخ النشر: 2026-01-05
المؤلف: Andrea Roletto وآخرون
الموضوع الرئيسي: كفاءة الطاقة وإدارتها
نظرة عامة
تقيّم هذه الدراسة استهلاك الطاقة لجيلين من أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) بقدرة 1.5 تسلا، مع التركيز على فوائد الاستبدال التكنولوجي من حيث توفير الطاقة الأولية. باستخدام محلل جودة الطاقة، قام الباحثون بمراقبة استهلاك الطاقة الكهربائية لكل من نموذج MRI قديم وجديد على مدى فترات أسبوعين قبل وبعد الاستبدال. أظهرت التحليلات استهلاك الطاقة التراكمي على مدى عقد من الزمن، مما كشف عن انخفاض بنسبة 16.3%، حيث يُقدّر أن الوحدة الجديدة تستهلك 1,010.4 ميغاوات ساعة مقارنة بـ 1,206.7 ميغاوات ساعة للوحدة القديمة. تفاوتت وفورات الطاقة بين 235.6 و 687.1 ميغاوات ساعة اعتمادًا على عوامل الطاقة الأولية الأوروبية (PEFs).
كما أبرزت النتائج وجود تفاوتات كبيرة (± 40%) بين الاستهلاك الفعلي للطاقة والقيم المبلغ عنها في إعلانات المنتجات البيئية (EPDs)، مما يشير إلى أن EPDs قد لا تعكس بدقة الاستخدام الفعلي أو تأثير مزيج الطاقة الوطنية. بينما أدى استبدال جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي إلى تحقيق وفورات ملحوظة في الطاقة، خاصة خلال الفترات غير الإنتاجية، تؤكد الدراسة على أن كفاءة الطاقة يجب ألا تكون المعيار الوحيد لاستبدال المعدات؛ يجب أن تظل الاحتياجات السريرية والتشخيصية في المقدمة. تعتبر البيانات الدقيقة حول الأداء البيئي لمعدات التصوير الطبي ضرورية للممارسات المستدامة في الأشعة، مما يتطلب الاعتماد على بيانات الاستخدام الفعلي بدلاً من الاعتماد فقط على EPDs.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على التركيز المتزايد على الاستدامة البيئية داخل قطاع الرعاية الصحية، لا سيما في الأقسام عالية الطاقة مثل الأشعة. تم تحديد أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) كمستهلكين رئيسيين للطاقة، حيث تتجاوز تقديرات الاستخدام السنوي 100,000 كيلوواط ساعة. تم اقتراح استراتيجيات متنوعة للتخفيف من استهلاك الطاقة والبصمات الكربونية، لا سيما من خلال تقنيات إدارة الطاقة التي يمكن أن تحقق وفورات في الطاقة تتراوح بين 25-33% من خلال الانتقال من وضع “الخمول” إلى وضع “توفير الطاقة”. تؤكد التطورات الحديثة في تكنولوجيا MRI، بما في ذلك إدخال “أوضاع الطاقة البيئية” من قبل الشركات المصنعة الرائدة، على الإمكانية المتزايدة لتحسين كفاءة الطاقة.
تؤكد الورقة على أهمية الطلب التراكمي على الطاقة (CED) كمقياس لتقييم الأداء البيئي للأجهزة الطبية، حيث يمثل الاستخدام السريري الجزء الأكبر من استهلاك الطاقة طوال دورة حياة جهاز MRI. بينما غالبًا ما تبلغ الشركات المصنعة عن تحسينات في كفاءة الطاقة للنماذج الأحدث، تتطلب هذه الادعاءات التحقق من خلال بيانات العالم الحقيقي. تهدف الدراسة إلى معالجة هذه الفجوة من خلال مقارنة استهلاك الطاقة الأولية لوحدة MRI قديمة مع تلك الخاصة باستبدالها الحديث خلال العمليات السريرية الروتينية. من خلال قياس الاستخدام الفعلي للطاقة وتقدير الطلب التراكمي على الطاقة الأولية على مدى فترة حياة نموذجية تبلغ 10 سنوات، تسعى الدراسة إلى تحديد الفوائد البيئية المرتبطة بترقية أنظمة MRI، مما يساهم في تقديم رؤى قيمة في النقاش حول الممارسات المستدامة في التصوير الطبي.
الطرق
في هذه الدراسة، تم إجراء تحليل شامل لاستهلاك الطاقة في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي من خلال دمج مصادر بيانات متعددة. ركزت الدراسة على فترتين زمنيتين محددتين في عام 2024، حيث تم جمع البيانات ذات الصلة لمعالجة عدة أهداف رئيسية. شملت هذه الأهداف فحص توزيع استهلاك الطاقة عبر حالات نشاط مختلفة لجهاز التصوير، مقارنة استهلاك الطاقة بين جهازين MRI من أجيال مختلفة، تقدير الاستهلاك التراكمي للطاقة الأولية على مدى فترة حياة نموذجية تبلغ 10 سنوات، وتقييم التوافق بين القيم الطاقية المبلغ عنها من قبل الشركات المصنعة في إعلانات المنتجات البيئية (EPDs) وتلك المقاسة خلال العمليات السريرية الفعلية.
تم تصميم المنهجية المستخدمة في هذه الدراسة لتوفير رؤى حول الكفاءة التشغيلية لأجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي وتقييم دقة ادعاءات الشركات المصنعة بشأن استهلاك الطاقة، مما يساهم في فهم أفضل للأثر البيئي لتقنيات التصوير الطبي.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يوضح النتائج التي توصلت إليها الدراسة، مع تسليط الضوء على نقاط البيانات والاتجاهات المهمة التي لوحظت. غالبًا ما تكون النتائج مصحوبة بتحليلات إحصائية ذات صلة، بما في ذلك قيم p وفترات الثقة، للتحقق من النتائج. قد يتم استخدام الرسوم البيانية والجداول لتوضيح البيانات بصريًا، مما يوفر فهمًا أوضح للعلاقات والتأثيرات التي لوحظت.
علاوة على ذلك، قد يناقش القسم تداعيات النتائج في سياق الأسئلة البحثية المطروحة، مقارنتها بالأدبيات الموجودة لتأكيد أهميتها ومساهمتها في المجال. بشكل عام، يعد هذا القسم مكونًا حاسمًا من الورقة، حيث يلخص الأدلة التجريبية التي تدعم فرضيات الدراسة واستنتاجاتها.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على المكاسب الكبيرة في كفاءة الطاقة التي تم تحقيقها من خلال استبدال أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي القديمة بنماذج أحدث، مشيرًا بشكل خاص إلى انخفاض بنسبة 16.3% في الاستهلاك التراكمي للطاقة الأولية على مدى فترة 10 سنوات. كان هذا الانخفاض ملحوظًا بشكل خاص خلال حالات الخمول والانتظار، حيث كانت وفورات الطاقة أكثر وضوحًا، بينما أظهرت عمليات المسح النشطة تحسينات متواضعة فقط. تشير النتائج إلى أن استراتيجيات الإدارة التشغيلية، مثل أوضاع الطاقة البيئية والوظائف التلقائية لتوفير الطاقة، ضرورية لتعزيز كفاءة الطاقة. من الجدير بالذكر أنه حتى مع الأجهزة المحدثة، كانت وضعية الانتظار لا تزال تمثل حوالي 32% من إجمالي استهلاك الطاقة، مما يشير إلى التحديات المستمرة المتعلقة بالاحتياجات الطاقية لأنظمة التبريد المعتمدة على الهيليوم.
علاوة على ذلك، تقدم الدراسة مقارنة حاسمة بين قياسات الطاقة في العالم الحقيقي وبيانات أداء الطاقة المبلغ عنها في إعلانات المنتجات البيئية (EPDs) من الشركات المصنعة. تكشف النتائج أن الطلبات الفعلية على الطاقة الأولية أقل بكثير من تلك المعلنة في EPDs، مع تفاوتات تصل إلى 37.7% لجهاز Magnetom Aera و33.2% لجهاز Magnetom Sola عند تطبيق عامل الطاقة الأولية القياسي للاتحاد الأوروبي (PEF) البالغ 1.9. يبرز هذا التفاوت قيود EPDs، التي تعتمد غالبًا على افتراضات قد لا تعكس الظروف التشغيلية الفعلية. تؤكد الورقة على أهمية دمج القياسات الميدانية مع عوامل تحويل الطاقة المحلية لتقييم الأثر البيئي لأنظمة MRI بدقة. في النهاية، تدعو النتائج إلى تضمين أداء الطاقة كمعيار رئيسي في اتخاذ القرارات بشأن ترقية الأنظمة في أقسام الأشعة، مع الاعتراف أيضًا بأن الأداء السريري يظل في المقدمة في قرارات استبدال المعدات.
القيود
تقدم الدراسة عدة قيود يجب الاعتراف بها عند تفسير نتائجها. أولاً، كانت فترة المراقبة محدودة بأسبوعين لكل جهاز MRI، وهو ما يعكس متوسط عبء العمل في القسم، ولكنه لا يأخذ في الاعتبار التغيرات الموسمية، أو العطلات العامة، أو الجدولة غير المعتادة التي قد تؤثر على النشاط السريري واستهلاك الطاقة. من الجدير بالذكر أن أحد أيام المراقبة لجهاز MRI القديم شمل فحص جودة روتيني دون فحوصات سريرية، مما أدى إلى نافذة مراقبة فعالة تبلغ 13 يومًا فقط للت extrapolation على مدى فترة 10 سنوات. بينما يمكن أن توفر فترات المراقبة الأقصر رؤى قيمة، فإن التقييمات الأطول أو الموزعة موسميًا ستعزز من قابلية تعميم تقديرات أداء الطاقة عبر بيئات متنوعة.
ثانيًا، تم إجراء قياسات الدراسة في مستشفى واحد مع ظروف تشغيل محددة، وكلا جهازي MRI تم الحصول عليهما من نفس المورد. قد يحد هذا التركيز الأحادي من قابلية تطبيق النتائج على مرافق أخرى ذات ملفات استخدام مختلفة، أو بنى تحتية تقنية، أو هياكل تسعير الكهرباء. بالإضافة إلى ذلك، لم يكن نظام المراقبة المستخدم معتمدًا كجهاز تشخيصي من الدرجة السريرية، مما قد يؤثر على دقة القياسات. كما لم تقيم الدراسة المعايير السريرية مثل جودة الصورة أو تدفق المرضى، والتي، على الرغم من عدم ارتباطها مباشرة باستهلاك الطاقة، تعتبر ضرورية لفهم الكفاءة العامة واستدامة أنظمة MRI. على الرغم من هذه القيود، تؤكد الدراسة على فوائد كفاءة الطاقة الناتجة عن الترقية إلى تكنولوجيا MRI الأحدث، كاشفة عن انخفاض بنسبة 16% في استهلاك الكهرباء على مدى الحياة وتسلط الضوء على التفاوتات بين قيم استهلاك الطاقة المبلغ عنها في إعلانات المنتجات البيئية (EPDs) والقياسات الفعلية في الميدان. يشير هذا إلى ضرورة التحقق في الموقع في تقييمات الاستدامة واستراتيجيات الشراء في الأشعة.
DOI: https://doi.org/10.1186/s41747-025-00668-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41490960
Publication Date: 2026-01-05
Author(s): Andrea Roletto et al.
Primary Topic: Energy Efficiency and Management
Overview
This study evaluates the energy consumption of two generations of 1.5-T magnetic resonance imaging (MRI) scanners, focusing on the benefits of technological replacement in terms of primary energy savings. Using a power quality analyzer, the researchers monitored the electrical power consumption of both an older and a newer MRI model over two-week periods before and after the replacement. The analysis projected cumulative energy consumption over a decade, revealing a reduction of 16.3%, with the new unit estimated to consume 1,010.4 MWh compared to 1,206.7 MWh for the old unit. Energy savings varied between 235.6 and 687.1 MWh depending on European primary energy factors (PEFs).
The findings also highlighted significant discrepancies (± 40%) between the actual energy consumption and values reported in environmental product declarations (EPDs), indicating that EPDs may not accurately reflect real-world usage or the impact of national energy mixes. While the replacement of the MRI scanner resulted in measurable energy savings, particularly during non-productive phases, the study emphasizes that energy efficiency should not be the sole criterion for equipment replacement; clinical and diagnostic needs must remain paramount. Accurate data on the environmental performance of medical imaging equipment is essential for sustainable practices in radiology, necessitating reliance on real usage data rather than solely on EPDs.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the growing focus on environmental sustainability within the healthcare sector, particularly in high-energy departments like radiology. Magnetic resonance imaging (MRI) scanners are identified as significant energy consumers, with annual usage estimates exceeding 100,000 kWh. Various strategies have been proposed to mitigate energy consumption and carbon footprints, notably through power management techniques that can achieve energy savings of 25-33% by transitioning from “idle” to “power save” modes. Recent advancements in MRI technology, including the introduction of “eco-power modes” by leading manufacturers, further emphasize the potential for enhanced energy efficiency.
The paper underscores the importance of Cumulative Energy Demand (CED) as a metric for assessing the environmental performance of medical devices, with clinical use accounting for the majority of energy consumption throughout an MRI’s lifecycle. While manufacturers often report improvements in energy efficiency for newer models, these claims necessitate validation through real-world data. The study aims to address this gap by comparing the primary energy consumption of an older MRI unit with that of its modern replacement during routine clinical operations. By measuring actual energy usage and estimating the cumulative primary energy demand over a typical 10-year lifespan, the research seeks to quantify the environmental benefits associated with upgrading MRI systems, thereby contributing valuable insights to the discourse on sustainable practices in medical imaging.
Methods
In this study, a comprehensive analysis of energy consumption in MRI scanners was conducted by integrating multiple data sources. The research focused on two specific time periods in 2024, from which relevant data were collected to address several key objectives. These included examining the distribution of energy consumption across various scanner activity states, comparing energy usage between two MRI scanners of different generations, estimating the cumulative primary energy consumption over a typical 10-year lifespan, and assessing the alignment between the energy values reported by manufacturers in Environmental Product Declarations (EPDs) and those measured during actual clinical operations.
The methodology employed in this study is designed to provide insights into the operational efficiency of MRI scanners and to evaluate the accuracy of manufacturer claims regarding energy consumption, thereby contributing to a better understanding of the environmental impact of medical imaging technologies.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It details the outcomes of the study, highlighting significant data points and trends observed. The results are often accompanied by relevant statistical analyses, including p-values and confidence intervals, to validate the findings. Graphs and tables may be utilized to illustrate the data visually, providing a clearer understanding of the relationships and effects observed.
Moreover, the section may discuss the implications of the results in the context of the research questions posed, comparing them with existing literature to underscore their relevance and contribution to the field. Overall, this section serves as a critical component of the paper, encapsulating the empirical evidence that supports the study’s hypotheses and conclusions.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the significant energy efficiency gains achieved by replacing older MRI scanners with newer models, specifically noting a 16.3% reduction in cumulative primary energy consumption over a 10-year period. This reduction is particularly pronounced during idle and stand-by states, where energy savings are most substantial, while active scanning shows only modest improvements. The findings suggest that operational management strategies, such as eco-modes and automated power-saving functions, are crucial for enhancing energy efficiency. Notably, even with upgraded hardware, stand-by mode still accounted for approximately 32% of total energy consumption, indicating ongoing challenges related to the energy demands of helium-based cooling systems.
Moreover, the study provides a critical comparison between real-world energy measurements and the energy performance data reported in Environmental Product Declarations (EPDs) from manufacturers. The results reveal that actual primary energy demands are significantly lower than those declared in the EPDs, with discrepancies of 37.7% for the Magnetom Aera and 33.2% for the Magnetom Sola when applying the standard EU Primary Energy Factor (PEF) of 1.9. This discrepancy underscores the limitations of EPDs, which often rely on assumptions that may not reflect actual operational conditions. The paper emphasizes the importance of integrating field measurements with localized energy conversion factors to accurately assess the environmental impact of MRI systems. Ultimately, the findings advocate for the inclusion of energy performance as a key criterion in decision-making for system upgrades in radiology departments, while also recognizing that clinical performance remains paramount in equipment replacement decisions.
Limitations
The study presents several limitations that must be acknowledged when interpreting its findings. Firstly, the monitoring period was confined to two weeks for each MRI scanner, which, although reflective of the department’s average workload, does not account for seasonal variations, public holidays, or atypical scheduling that could influence clinical activity and energy consumption. Notably, one of the monitoring days for the older MRI unit included a routine quality check without clinical examinations, leading to an effective monitoring window of only 13 days for extrapolation over a 10-year period. While shorter monitoring durations can yield valuable insights, longer or seasonally distributed assessments would enhance the generalizability of energy performance estimates across diverse settings.
Secondly, the study’s measurements were conducted at a single hospital with specific operational conditions, and both MRI scanners were sourced from the same vendor. This singular focus may limit the applicability of the results to other facilities with different usage profiles, technical infrastructures, or electricity pricing structures. Additionally, the monitoring system used was not certified as a clinical-grade diagnostic device, potentially affecting measurement precision. The study also did not evaluate clinical parameters such as image quality or patient throughput, which, while not directly related to power consumption, are essential for understanding the overall efficiency and sustainability of MRI systems. Despite these limitations, the study underscores the energy efficiency benefits of upgrading to newer MRI technology, revealing a 16% reduction in lifetime electricity consumption and highlighting discrepancies between energy consumption values reported in Environmental Product Declarations (EPDs) and actual field measurements. This suggests the necessity for on-site validation in sustainability assessments and procurement strategies in radiology.