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一 硬件技术
1. 主磁体
众所周知，所谓磁共振(确切应称为核磁共振)是指所加射频磁场的频率与人体待测元素(例如氢元素)原子核的进动频率相同而发生的共振现象。其角频率描述式为:
ω＝γB0
其中ω为某原子核的进动角频率，进动频率为ω/2p，它就是常说的核磁共振频率，又称谓兰冒(Larmor)频率; γ为该原子核的磁旋律，它是每一种元素所特有的基本物理常数; B0是所加磁场的磁场强度。
由上式可以看出磁场强度B0是决定核磁共振频率的直接因素，因此磁场强度的均衡和稳定是MRI系统技术指标的第一要素。
经过多年的努力，永磁低场强MRI的磁体设计、制作工艺获得突破性进展。如采用计算机精确模拟、调整和运算，提高精度; 利用高灵敏度的空调装置，控制温度; 有的也采用在高场强MRI匀场技术中使用的主动式补偿技术，通过多种技术的应用，克服因环境温度变化对磁场的影响; 使永久磁体常有的影响成像质量的涡流降到最低。我国是制造永久磁体稀土材料钕铁硼的主要生产国，对开发、研究、制作高质量的磁体带来裨益。目前永磁0.35T的MRI磁体的磁场均匀度(DSV)已达到在36cm的范围内低于4.0ppm的水平和24cm的范围内低于0.4ppm的水平，几乎超过初期1.5T超导MRI磁场均匀度的指标。这对大幅度提高永磁低场强MRI的成像质量提供了前提条件。
2. 梯度磁场
MRI除上面提到的主磁场外，另一个最重要的技术进展是梯度磁场，衡量梯度系统的最重要的指标是梯度强度和梯度切换率，前者表征磁场随空间的变化，后者反映磁场随时间的变化率，MRI中凡是与空间和时间分辨能力相关的参数，如: 扫描速度、扫描片层厚度、空间分辨率、密度分辨率、最小视野等皆与它密切相联，因此梯度磁场性能的好坏、技术指标的高低，直接反映MRI的成像质量和速度。梯度线圈对快速和超快速成像至关重要，没有梯度线圈的技术进步就不可能出现今天的超快速序列成像方法。梯度磁场的高梯度强度和高切换率，缩短了回波间隙、加快了信号的采集速度，同时也有利于提高信噪比。从而可完成原来只有高场强MRI才能完成的超高速成像、扩散加权成像和灌注加权成像等。
一般说来，MRI中梯度磁场的配置及性能与主磁场的场强无关，因此，在梯度系统设计中所获得的精湛技术与工艺，只要配置得当，完全可以直接转换到低场强MRI中，多年来对梯度系统硬件主要做两方面工作，一方面，对产生梯度磁场的梯度线圈进行优化设计，使它的技术参数能实现高速通断、而且幅度更高，上升时间缩短，采用平面指纹式设计、保证线圈的精度，使梯度线性度达到更高; 另一方面，在有源器件上下工夫，采用级联脉宽调制功率级构成的增强梯度放大器，不但能输出更大的电压和电流，并能支持任意形状的梯度脉冲波形。据资料载，这种放大器已可提供2000V的输出电压和500A输出电流的能力。另外局部体位的专用梯度线圈、双梯度线圈已开始用于临床。
目前，在0.2~0.35T永磁低场强开放式MRI中，一般梯度强度在12~ 22mT/m之间，梯度切换率均在24mT/m/ms以上。
3. 射频线圈
在MRI中射频线圈是发射和接受射频频率的专用装置，或者说是提供核磁共振频率的源装置。由此可以想象出它在MRI中的关键地位和重要作用。有的一个射频线圈担负发射和接受双重任务，有的也各自单独使用。一般原则是接受用的线圈越靠近身体则接受的信号越强，线圈内体积越小收到的噪声越小，因此有许多符合检查部位外形的专用表面线圈。正因为如此，又把射频线圈称为表面线圈或脉冲线圈。
MRI的射频线圈已发展到第四代。第一代是线性极化表面线圈; 第二代是圆形极化表面线圈，它比第一代线形极化表面线圈的信噪比提高了40%以上; 第三代是圆形极化相控阵线圈，它出现于90年代中期，借助于无线电中通用的相控阵雷达原理，每个线圈由多个小线圈单元组成，通过相位叠加或相减，达到减少旁瓣、使主方向束更尖锐的目的，从而大大提高了灵敏度，显著增加了图像的信噪比; 1997年再进一步推出第四代相控阵线圈，称为一体化全景相控阵线圈。它是组合式阵列线圈，可进行线圈与线圈间的任意组合，摆放病人时，可将多组线圈一起固定于病人身上，利用软件操作，实现线圈的不同组合和拆分，完成对不同部位的检查和诊断，它对于一次进行多部位检查的病人尤为重要。实践证明，第四代一体化全景相控阵线圈其性能比第三代更优、且使用更加方便。
值得特别指出的是，与多层螺旋CT相呼应，目前，在MRI中支持并行扫描的线圈技术发展迅速，这是一个重大的技术突破，据悉已能支持最优化的4、8、16、32、64个接收通道的配置，甚至有的公司宣布近1~2年内实现128通道的配置。
我们知道; MRI中信号采集时间可由下式表示:
TS=TR×NY×NEX
TS为信号采集时间、TR为脉冲重复时间、NY为相位编码线数、NEX为采集次数或平均次数。从上式看来，加快MRI信号采集方法可能很多，但都应依靠缩小式中一个或多个参数来实现。而并行扫描技术中的多元阵列线圈同时采集信号，经过多个接收通道按适当的方法编排和处理后，再统一进行图像重建，这样可以大幅度减少完成一次扫描所用的相位编码步数，而不降低整个图像的质量，从而突破上式中脉冲序列重复时间×相位编码步数这样一个MRI采集时间的传统限制，大大缩短扫描时间。这对成倍提高成像速度，减少甚至杜绝人体移动、呼吸、心跳等对图像质量的影响，促使MRI向准实时检查又靠近一步。
当前，有的公司在永磁低场强MRI中，已开始采用一体化相控阵线圈系统，相信，不久的将来会有更多的厂家跟进。其他配用的专用表面线圈各厂家有所不同，但都比较丰富，可根据医院开展的检查项目不同，选用头、颈、肩、胸、乳房、脊柱、膝、四肢、多功能等，并有正交、平板、柔性等不同的形式。
二 软件技术
前已述，MRI用于临床的一个很重要的特点就是选择检查的参数类型多，包括质子密度、T1、T2、T1加权、T2加权、T2*加权、或多项加权等，它和CT不同，尽管都是用荧光屏的模拟灰阶显示信号，CT图像的灰度是反映组织的密度，而在MRI中，荧光屏灰度所反映的内容则丰富的多，有时是密度、有时是时间、有时又是流体速度等，因此，在MRI的临床检查中，不但可以像其他影像设备一样，通过观察和检测各种参数变化进行诊断，而且也可通过自身多参数的对照和比较进行诊断，从而提高病变检出率。例如，脑脊液具有长T1和长T2的弛豫时间，在T1加权图像上信号低，呈黑色，而在T2加权图像上信号高，表现为白色。正是由于这种多参数、多表现手法的特点，促使各个厂家在MRI硬件竞争中做出一系列创新技术和工艺后，又争先恐后地为开发新的脉冲序列和特殊的检查软件大量投入，不长的时间在永磁低场强MRI中呈现出琳琅满目的景色，为临床检查带来极大的方便和高的检出率。
1. 自旋回波序列
它是最常用的多层面、多回波的脉冲序列，它的扫描时间参数有回波时间TE和脉冲重复时间TR，改变这些扫描参数，就可改变组织T1和T2弛豫时间和质子密度对图像亮度的影响，以及组织间的信号对比，使用短TR和短TE，可获得T1加权图像，用长TR和长TE，可获得T2加权图像，而用长TR和短TE，则得N(H)加权图像。它们反映各自参数组织间的差别。从而提高对病变的分辨能力。
2. 消除运动伪影技术
门控和预饱和技术是一种制动处理技术。常用的自旋回波序列，因扫描时间和成像时间较长，常因体内器官的运动造成伪影，而影响图像质量，采用呼吸、心跳和脉搏作为门控信号，以减少心脏搏动和呼吸运动带来的伪影。预饱和技术是选择在兴趣区之外，设置一定宽度的饱和脉冲，使该区域内的氢质子一直处于饱和状态，无法产生MR信号，在图像上表现为一带状无信号区，继而消除血流伪影、脑脊液波动伪影以及吞咽运动伪影等。达到最终提高图像质量的目的。
3. 提高扫描和成像速度
曾几何时，扫描和成像速度还是MRI的致命弱点，每当与其他成像方法比较时，对MRI而言，它都是不愿提、不敢提、或者羞于提的技术指标。令人惊奇的是不多年的时间，就发展到与其他成像方法竟相媲美的程度，成为MRI系统技术进展中一个新的亮点和被人青睐的依据。
除一体化全景相控阵线圈等硬件技术外，在快速扫描序列中比较重要的有: 快速自旋回波、梯度回波以及回波平面成像技术等。快速自旋回波发射射频脉冲的方法是在90°射频脉冲后，用n个180°脉冲产生n个自旋回波，它们均以不同的相位编码，加快图像重建时间，最终表现出可使成像时间缩短到常规自旋回波的1/n。梯度回波由于不需要180°射频脉冲和相关梯度，而利用读出梯度场的反问切换，来采集梯度回波，从而得到更短的回波时间，加快成像速度。回波平面成像是利用连续的梯度反转产生一串的回波信号，从而达到单次激发而获得多个信号的目的，它是利用梯度回波的极端表现形式，也是目前最快的MRI信号采集方式，使单层图像的信号采集时间可缩短到100ms以内。各种加快成像速度的方法目前已经、正在或将要被永磁低场强开放式MRI系统采用。
4. 脂肪抑制与水成像
由于MRI系统检查的多参数、多方法的特点，因此可借助于平滑、抑制、减弱、消除等手法，以减少甚至隐去某些非检查组织和器官的影像; 或增强、突出、特殊选择等方式，以突现甚至只保留某些检查组织和器官的影像，从而达到提高图像质量、提高病变检出率的最终目的。这些技术一般都靠成熟的软件系统完成，脂肪拟制与水成像就是典型的代表。
在自旋回波序列中，脂肪产生高信号或形成化学伪影，使病变显示不清或被掩盖，造成诊断上的遗漏甚至错误。利用脂肪抑制技术，消除脂肪信号，与造影剂联合使用，可获得更好效果，常用于眼眶内、盆腔及腹部病变的诊断。水成像技术应对的成分是水分子，综合利用快速自旋回波、T2加权、脂肪抑制、流动补偿等技术，突显体液的各种器官，特别是腹部胰胆管和泌尿系，还用于椎管、内耳淋巴、小肠及结肠注水后成像，以及输卵管和精囊曲管成像等。
5. 血管成像
MRI中的血管成像技术近年来获得迅速的发展，开始向专用的数字减影血管显像技术发起挑战。与传统方法相比，它具有方法多样性、无损伤、可重复、操作简单等特点，越来越多地被临床所接受。尤其是造影剂技术的发展，再次使MRI血管成像的速度和图像质量又越上一个新的台阶。
除使用造影剂以外，主要有两种血管成像技术。一是时间飞越法，二是相位对比法。时间飞越法是在特定的脉冲序列条件下，利用脉冲过后，静止组织因曾受过脉冲激励，其质子群不再接受新的脉冲激励，出现回波，它表现为低信号; 而在成像区的血液，却因流动的原因，不断地流入未曾被激励的质子群，它可接受新的脉冲激励，而出现高的MR信号，与周围静止组织的低信号形成明显反差，从而突出血流显像。相位对比法与时间飞越法不同，前者利用时间差形成信号高对比度，构建血流图像; 后者则是利用双梯度场对静止组织先去相位、后补偿相位，形成回波，表现为低信号，而血流的质子群因流动引起位置或相位变化，去相位的质子群不能得到反转，表现为高信号，两者因相位差形成信号高对比度，从而构建图像。两种方法构建的图像，实际上都不是血管图像，而是血流图像。检查时可与注入造影剂构建的纯血管图像，进行比较和对照。
磁共振血管成像是非侵袭性成像技术。永磁低场强开放式MRI近几年在硬件和软件发生巨大的变化后，成像速度、分辨率技术指标成倍提高，不少机型成功应用于血管成像，甚至达到原来高场强MRI达到的水平。尤其是它对软组织的高分辨率，使其在观察血管的同时，能够同时观察它周围的组织; 而且在同一次无创血管检查中，可以对血液流速和体积作出综合定量分析，这些都会进一步增加诊断信息，也成为越来越多的人应用的原因。
其他，基于回波平面技术的开发和使用，MR弥散加权成像、血流灌注加权成像、血氧水平依赖性成像、皮层定位成像和动脉血质子标记技术等功能性成像都已初步进入临床应用阶段。磁共振波谱技术已在高场强MRI中得到成功应用。
三 开放式检查与介入性放射学
众所周知，现代放射学最令人瞩目的进展之一是介入性放射学，随着MRI技术的快速发展，使其正在或已经处于介入性放射学领域的前沿。X射线引导的介入操作具有较明显的缺点与不足，这已为人们所熟知，超声引导的介入操作难以提供精确的解剖信息和定位，而开放型MRI之所以能成为介入性放射学最有前途的工具之一，主要原因在于:
(1) MRI具有最好的组织对比分辨力;
(2) 任意方向的三维成像能力;
(3) 与其他成像技术相比，能获得更多介入操作所需要的信息，因此具有许多新的应用潜力可开发;
(4) 除能提供形态学信息外，尚能提供多项物理与功能参数，包括自旋密度、弛豫时间、血流、灌注、弥散、温度、化学位移等等功能方面的信息，这对施行介入诊断与治疗具有十分重要的意义;
(5) 没有电离辐射损害，有资料表明，低场系统允许每天在磁场中暴露的时间达7h，也就是说，如果需要，一个人一天可多次操作，从而为病人和操作人员提供一个相比较更安全的工作环境。
最关键的技术还是磁体的开放性，使得在实时观察下进行介入性操作成为可能，可连续地动态监视介入器械在体内的定位和运行状态。
正因为如此，利用开放式MRI进行介入性放射学诊断与治疗的技术正方兴未艾，呈现极其诱人的前景。MRI导向介入技术的临床应用主要分为诊断和治疗两个方面。诊断性技术包括活检、抽吸、关节内注射等，如: 经皮导向腹部活检、骨活检、乳腺病变定位与活检、头颈部活检等。治疗性技术更多，许多工作都集中在MRI导向行热或化学性局部癌瘤消融术上，这些技术对准确、完全破坏局部肿瘤具有巨大的潜力。
四 小结
目前，在永磁低场强开放式MRI中，开放的形式，除个别的水平开放式磁场(即两个圆形主磁场直立形放置)外，多数为垂直开放式磁场(双柱型、C型、个别有四柱型)，垂直开口间距一般在40cm左右，有足够的开放角度，完全适于幽闭恐惧型病人和介入性诊断和治疗病人临床使用。国外也在生产中、高场开放式MRI，如0.6T、0.7T和1.0T，性能和功能未增加多少，但成本较高是它的主要问题，市场销售情况并不看好。
我国是永磁低场强开放式MRI产品数量大的国家，占据国内绝大部分市场，并有部分已进入国际市场。在推动世界永磁低场强开放式MRI高速发展的进程中，我国科研单位、生产厂家和医疗单位中从事MRI研制、生产和使用操作的专家、工程技术和医务人员做出不可磨灭的重要贡献，使我国在永磁低场强开放式MRI系统的总体技术方面，达到世界先进水平。
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发表于 2008-5-17 15:10:41
