[转贴]3T医用磁共振的技术发展

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陈敏

本文作者陈敏先生，卫生部北京医院放射科副主任、主任医师、副教授、硕士研究生导师。
   

RSNA 2003展示的3T磁共振产品，技术有较大的进步，在临床应用和研究方面已逐步成熟，主要体现在三方面：
   

1. 相比于1.5T磁共振，3T磁共振具有明显的优势
   

由于3T的场强是1.5T的2倍，因此，从理论上讲：
   

1.      3T的信噪比可以达到1.5T的2倍，在3T磁共振上对组织和病变的显示达到更高的境界;

2. 3T的分辨率可以达到1.5T的2倍(常用512矩阵甚至更高的采集矩阵扫描)，对微细结构和微小病变的显示检出率明显提高;

3. 3T的扫描速度可以达到1.5T的2倍，可以大大缩短患者检查时间，既减少了患者的检查时间(患者受益)，又增加了病人流通量(医院受益);

4. 3T的增强检查造影及用量可以减少到1.5T的一半，大大降低了造影剂的毒副作用并减轻了患者的经济负担;

5. 3T的频谱效应明显高于1.5T磁共振，在3T磁共振上的频谱成像更具有科研意义和临床诊断价值，尤其是在多核频谱和含量较少的元素的频谱研究和成像领域，3T磁共振无疑是最佳的手段;

6. 3T在脑皮层功能的研究和成像领域是1.5T磁共振难以企及的，在3T的磁共振上才可以开展真正有价值的皮层功能区的成像和研究;

7. 3T的磁共振上可以开展很多独有的研究，例如结合一些先进的生物制剂，可以进行组织或病变的基因成像、分子成像等等，能够提前预知病变的发生、发展和预后。

3T的临床应用、科学研究、社会效益、经济效益明显高于1.5T磁共振，因此，越来越多的医院开始引进3T磁共振。到目前为止，3T磁共振在全球销售量已接近300台，装机使用的用户也已接近200家，并且这个数字呈现出快速上升的趋势。截至2003年年底，中国大陆已有10家医院(含科研机构)购买了3T磁共振，其中卫生部北京医院也引进了一台3T磁共振。
   

2. 3T磁共振经过十年的发展，目前已经发展至成熟的第三代
   

虽然在理论上3T比1.5T有着明显的优势，但是，3T的发展并不是一蹴而就的。回顾3T的发展史，我们可以更好的理解3T磁共振的独特优势和未来发展方向。
   

第一代3T是GE公司在1993年率先开发出来的，随后西门子，飞利浦等公司也开始研发3T磁共振，当时大多数人们已经满足于1.0T/1.5T的临床应用，对3T的研究没有太多的关注和热情。第一代3T磁共振的磁体较长(超过3m)，梯度性能较差，有效视野(FOV)很小(仅20余cm)，在应用上只能开展动物的实验研究和人体颅脑神经系统/骨关节的成像研究，没有得到人体临床应用的FDA认证。尽管第一代3T在硬件设计上还很不完善，对射频辐射还没有有效的解决办法，在人体临床应用上还没有得到FDA批准，但是第一代3T磁共振为医学影像界开辟了一个更高级的成像平台。
   

经过五年的不断探索，GE公司在1998年宣布第二代3T Signa VH/i(图1)，随之Signa VH/i获得人体头部和体部全身应用的FDA批准，3T进入了临床应用的崭新时代。在大约两年后，西门子的Trio 3T(图2)和飞利浦的Intera 3T也先后获得头部和体部应用的FDA批准。第二代3T在神经系统、骨关节的研究和临床应用价值大大超过了1.5T磁共振，但是在腹部检查和心脏检查方面还不能达到1.5T的水平，尤其是心脏检查序列的设计方面还不完善; 在硬件方面，尽管第二代3T的梯度系统的工程值已有明显提高，但是单一的梯度线圈限制了3T的高性能; 第二代3T有效视野(FOV)较小(一般在30~35cm左右，不能开展全身应用需要的大范围扫描); 第二代3T的噪音问题没有从硬件方面得到有效的解决，因此噪音常常影响到患者和医生完成磁共振检查; 第二代3T虽然在设计上考虑到了控制射频能量对人体的辐射损伤(“微波炉效应”)，但还不够完善，以至于在一些机器上进行腹部、心脏扫描时经常出现扫描终止; 第二代3T还没有很好的解决好3T大量的数据信息的接收(表面线圈数量有限，接收通道数较少)、传输(传输通道较少，易形成瓶颈效应)和后处理的问题(3T的信息量可达1.5T的几百倍之多)。尽管第二代的3T尚不够成熟，但全球众多的科研机构和医院纷纷选择购买3T，在此平台上开展科研和临床应用。
   

GE公司在2003年推出了第三代3T磁共振成像系统Signa EXCITE 3T，标志着真正成熟的3T磁共振的时代已经到来。不久飞利浦也宣布了Achieva 3T，预计在2004年中西门子也将宣布其3T的新产品Avanto 3T。
   

3. 第三代3T磁共振的硬件完全成熟
   

第三代3T磁共振解决了第二代3T磁共振面临的诸多挑战和局限，在硬件设计上已经完全成熟，主要有以下几个特点:

a.      在最重要的梯度系统方面: GE、飞利浦3T采用全身双梯度线圈系统，使3T的性能达到最高的境界，衡量梯度系统性能的三个金标准(最短重复时间TR、最短回波时间TE、EPI的回波间隔ESP)均达到最高的境界，在神经系统、心血管系统、体部应用的各个领域达到更高的境界。
   

2. 在磁体技术方面，第三代3T的磁体长度短至和常用的1.5T一样，在此基础上实现全身检查所必需的大有效扫描视野(三轴FOV可达48cm)和大成像容积。

3. 在RF系统，首先是并行采集能力的增加，西门子、飞利浦、GE都将RF接收器从目前的8通道并行接收发展到16通道。进而飞利浦已宣布将有32通道问世，且将其应用于高场的3T MRI上。因此，在解决3T巨大的信息数据量方面，第三代3T采用前所未有的全身各部位高密度线圈接收技术，线圈接收通道可多达130个，同时射频传输通道16个并可扩展至32/64个，后处理重建速度可高达3748幅/s。

4. 在解决3T的噪音方面，第三代3T采用硬件真空腔降噪设计，使噪音失去传播介质，因此可使噪音降至人们熟知的1.5T磁共振的噪音水平以下。

5. 第三代3T采用了完善的实时射频能量监控和序列优化技术，可以实时监控患者在接受检查过程中的射频辐射吸收(SAR)并可调整序列参数设置，这样在保证患者安全，保证检查质量的前提下顺利完成所有的检查。

4. 第三代3T在临床全身应用的各个领域已经成熟并充分体现出其较1.5T的强大优势
   

在临床应用方面，第三代3T在全身各部位常规成像领域，无论是信噪比、分辨率，还是成像速度，已经体现出其较1.5T磁共振强大的优势。此外，在第三代3T的先进平台上，可以看到下列几个主要方面的新技术进展:

a.      一些厂家设计独特的扫描序列和K空间填充方式来消除运动伪影和金属伪影。这对解决不能自主控制运动的患者(如帕金森氏病)和部分金属留置患者的检查无疑具有重大意义;

2. 55个方向以上的DTI(弥散张量成像)以及最具科研诊断价值的FA(部分各向异性)值、RA(相对各向异性)值、VA(容积比)值、本征值等的定量计算分析功能。这是最准确反映分析白质纤维束的走行、分布、变性、受侵犯情况的高级影像学检查及定量分析的方法，不但具有先进的研究价值，更具有重要的临床应用价值;

3. 实时脑电图触发2D/3D脑皮层功能成像。在脑电图触发下实现实时脑皮层功能成像的分析，可以精确地反映皮层功能区域的分布以及病变的范围，从影像学的角度直观的研究皮层中枢的神经活动情况以及病变;

4. 无须造影剂的动脉质子标记脑灌注成像(FAIR)。在第三代的3T平台上，可不用造影剂进行脑灌注成像，分析脑细胞的供血供氧情况，这对提前诊断某些疾病(如痴呆病患者、脑梗塞高危患者)具有十分重要的科研和临床意义;

5. 铁质成像和铁质含量分析。在第三代3T的平台上，可以进行诸如铁质成像等一些微量元素的成像和含量分析，这样可以开展一些代谢性疾病、退行性疾病的影像学研究，如早老性痴呆患者的铁质分布和含量能够在第三代3T磁共振上显示明显异常;

6. 第三代3T和最先进的生物制剂结合，可以使医学影像进入到基因分子成像的领域，从而开创医学影像的崭新时代;

7. 数字减影血管造影技术在第三代3T上的应用，改变了业界对磁共振血管造影的评价。一种先进的磁共振血管造影增强技术，可以得到多达55个时相的血管造影的信息，时间分辨率超过了DSA，同时，空间分辨率也高于常规DSA;

8. 不用腔内线圈的前列腺成像和频谱，是第三代3T的一大技术进展。前列腺频谱，尤其是三维前列腺频谱的重要性越来越被众多的人们认可，但在1.5T磁共振上做前列腺频谱成像时必须应用直肠腔内线圈，患者须遭受一定痛苦，第三代3T无须直肠腔内线圈，可以得到良好的三维前列腺频谱;

9. 突破心脏禁区，15min之内完成心脏的全面评估，是第三代3T的先进性的重要体现。在第三代3T上，完成患者的心脏解剖结构成像、心脏电影检查、心肌标记功能分析、心肌灌注、心肌存活性判定、冠脉成像分析等全方位的检查仅需15min，这对中老年患者的心脏体检和研究无疑具有重要的意义！

总之，第三代3T的出现，使磁共振学界和医学影像学界进入了一个新的时代，那就是3T的时代！相信在不久的将来，3T将成为最常用的磁共振检查平台。

 

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