基于國產(chǎn)替代背景下的5.0T核磁共振新技術(shù)進展及其優(yōu)勢分析

曾開奇 韋少麗 王光明 林仁勇 翟燕雪 謝慶 廖依靈 深圳市龍華區(qū)中心醫(yī)院 （廣東 深圳 518000）

內(nèi)容提要： 經(jīng)過30多年的發(fā)展，磁共振成像已經(jīng)成為臨床醫(yī)學(xué)影像學(xué)檢查的重要手段之一，它對各種嚴重疾病具有早期診斷和療效監(jiān)控能力，因此，磁共振成像技術(shù)是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的新領(lǐng)域，代表著影像醫(yī)學(xué)的發(fā)展方向。本文闡述了 5.0T磁共振成像技術(shù)的最新發(fā)展和臨床應(yīng)用的各種方法，并展望了磁共振成像的發(fā)展前景。

目前高場磁共振進腦腸軸、心源性卒中、肌萎縮側(cè)索硬化（漸凍癥）等傳統(tǒng)多器官全身疾病影像學(xué)相關(guān)研究主要在3.0T設(shè)備上開展，但其信噪比與分辨率受場強限制已經(jīng)達到極限。超高場醫(yī)用磁共振設(shè)備（＞3.0T）能提供更高影像分辨率和成像速度，具有更廣闊的臨床和科研潛力。如7.0T設(shè)備雖然在神經(jīng)系統(tǒng)可以提供更高的分辨率，但因更高場強設(shè)備應(yīng)用范圍主要局限于頭和關(guān)節(jié)，多器官全身疾病基于超高場研究尚有較大空白[1-4]。為滿足高端客戶對更高場超導(dǎo)磁共振需求，同時為保持超高場圖像信噪比與磁場均勻性之間、SAR值和射頻均勻性間平衡，聯(lián)影牽頭科技部“十三五”國家重點研發(fā)計劃數(shù)字診療專項研制了全球首款uMR Jupiter型全身成像5.0T超導(dǎo)磁共振系統(tǒng)[5-8]。

1.5.0T系統(tǒng)技術(shù)特點

1.1 世界首創(chuàng)5.0T磁體

全球首款采用全新磁體設(shè)計方式5.0T 60cm孔徑超導(dǎo)磁體兼?zhèn)涓呔鶆蚨扰c舒適性見圖1。經(jīng)典鈮鈦合金磁材精確致密超導(dǎo)線圈繞制，結(jié)合零液氦揮發(fā)冷卻技術(shù)，造就該磁體無倫比均勻度和穩(wěn)定度，為偏中心掃描、大范圍脂肪抑制、全身多部位 EPI 彌散成像等各類臨床應(yīng)用提供扎實基礎(chǔ)。同時通過優(yōu)化主動屏蔽線圈設(shè)計，見表1，其安裝場地要求與常規(guī) 3.0T 核磁相當(dāng)，可按常規(guī)后者掃描間大小進行場地設(shè)計。

表1.常見高場強磁共振設(shè)備安裝參數(shù)對比表

圖1.磁體場強分布對比圖

1.2 超高性能梯度系統(tǒng)

該機型搭載業(yè)界最強3.5MW全數(shù)字化高保真高精度梯度功率放大器，優(yōu)于當(dāng)前主流科研型3.0T和7.0T磁共振系統(tǒng)梯度配置，實現(xiàn)最大 120mT/m梯度強度以及最高200T/m/s梯度切換率。結(jié)合超高場信噪比優(yōu)勢，高性能梯度可在彌散功能成像上實現(xiàn)更短TE，從而將彌散成像信噪比、分辨率推到一個全新高度，見圖2。

圖2.高精度梯度功率放大器和科研專用梯度線圈效果圖

該機型利用高性能梯度線圈及梯度放大器與自主研發(fā)EPI序列相位校正專利技術(shù)，提升腦功能應(yīng)用圖像質(zhì)量及穩(wěn)定性，顯著縮短了數(shù)據(jù)采集TE回波時間，大幅提高圖像信噪比，見圖3。

圖3.腦功能應(yīng)用圖

1.3 超高場首創(chuàng)多通道并行體發(fā)射系統(tǒng)：8通道容積發(fā)射線圈、體部均勻激發(fā)，全身顯微精準成像。

該機型突破了高場射頻技術(shù)壁壘，研制了全身掃描用大孔徑8 通道體發(fā)射線圈，其獨立控制射頻架構(gòu)可對不同患者做動態(tài)實時射頻勻場校準，與SAR 仿真數(shù)據(jù)相結(jié)合計算，在解決高場B1不均勻同時實現(xiàn)局部熱點控制優(yōu)化，見圖4。

圖4.8 通道獨立控制射頻架構(gòu)圖

該機型專為高場定制的SAR校準監(jiān)控系統(tǒng)可實時采集計算患者體內(nèi)射頻能量沉積，使高場全身磁共振成像的安全性得到有效保障，見圖5。

圖5.射頻勻場前后對比圖

1.4 新一代智能技術(shù)平臺-uAIFI類腦平臺

該平臺包含高性能硬件系統(tǒng)、前沿技術(shù)應(yīng)用、智能流程優(yōu)化和后處理等全方位創(chuàng)新技術(shù)，從硬件到軟件，從序列到應(yīng)用全棧賦能，突破技術(shù)局限實現(xiàn)創(chuàng)新自由，兼顧性能與穩(wěn)定性、成像速度與質(zhì)量等參數(shù)，具體來說，聯(lián)影uMR Jupiter 5.0T 磁共振成像儀核心技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2.uMR Jupiter 5.0T核心技術(shù)參數(shù)

2.5.0T的應(yīng)用優(yōu)勢

①5.0T顯著提高信噪比、縮短掃描時間及提升圖像分辨率，成像具有更加豐富細微結(jié)構(gòu)，如在海馬圖像上能清晰顯示海馬體及亞區(qū)微結(jié)構(gòu)，在體部成像高分辨小視野成像能夠清晰顯示組織細微結(jié)構(gòu)及微小病灶以及病灶與微器官間位置關(guān)系，在關(guān)節(jié)成像方面能實現(xiàn)百微米三維結(jié)構(gòu)成像。②血管增強效應(yīng)進一步增加。由于超高場分辨率增加、T1變長、T2*變短，其高分辨率血管成像可以觀測到更加精細的血管結(jié)構(gòu)（如豆紋動脈和深邃靜脈）以及包括微出血和缺血在內(nèi)的病理區(qū)域。③可實現(xiàn)高清晰BOLD和DTI成像，實現(xiàn)微腦功能研究。④除可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)像上高分辨率外，還可提升波譜的譜線分辨率，呈現(xiàn)出代謝物化學(xué)位移之間差異，有助于更準確地進行代謝物量化對比分析，如在頭部波譜上可探到3.0T難區(qū)分的谷氨酸鹽（Glu與Glx混疊）等代謝物；在前列腺波譜上枸櫞酸鹽較3.0T雙峰裂分更清晰，使得體部超高場波譜探索從較模糊估計變成更準確計量。

3.總結(jié)

5.0T比目前主流3.0T能提供更高空間分辨率，此有助于神經(jīng)外科開展術(shù)前規(guī)劃，結(jié)合超高場環(huán)境下MRS、DTI、SWI等功能成像，能夠提供更多的影像信息[9,10]，也為更高場環(huán)境下磁共振圖像引導(dǎo)下射頻消融（MRI-Guided LITT）、機器人輔助DBS植入等創(chuàng)新治療手段提供了新的成像平臺選擇。其基于同一硬、軟件系統(tǒng)的影像平臺既可以實現(xiàn)動物成像，亦可以實現(xiàn)人體成像，相較于傳統(tǒng)的超高場磁共振廠商，臨床序列更為豐富且助于醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化研究。盡管5.0T核磁仍有尚未攻克技術(shù)難題，也不及1.5核磁和3.0T核磁普及，但其巨大潛力已逐漸呈現(xiàn)。目前國內(nèi)多家三甲醫(yī)院及科研所均已安裝使用5.0T，其臨床優(yōu)勢將進一步體現(xiàn)，且更高分辨率與信噪比對不同病種準診斷意義尚待探索。