基于国产替代背景下的5.0T核磁共振新技术进展及其优势分析

曾开奇 韦少丽 王光明 林仁勇 翟燕雪 谢庆 廖依灵 深圳市龙华区中心医院 （广东 深圳 518000）

内容提要： 经过30多年的发展，磁共振成像已经成为临床医学影像学检查的重要手段之一，它对各种严重疾病具有早期诊断和疗效监控能力，因此，磁共振成像技术是现代医学的新领域，代表着影像医学的发展方向。本文阐述了 5.0T磁共振成像技术的最新发展和临床应用的各种方法，并展望了磁共振成像的发展前景。

目前高场磁共振进脑肠轴、心源性卒中、肌萎缩侧索硬化（渐冻症）等传统多器官全身疾病影像学相关研究主要在3.0T设备上开展，但其信噪比与分辨率受场强限制已经达到极限。超高场医用磁共振设备（＞3.0T）能提供更高影像分辨率和成像速度，具有更广阔的临床和科研潜力。如7.0T设备虽然在神经系统可以提供更高的分辨率，但因更高场强设备应用范围主要局限于头和关节，多器官全身疾病基于超高场研究尚有较大空白[1-4]。为满足高端客户对更高场超导磁共振需求，同时为保持超高场图像信噪比与磁场均匀性之间、SAR值和射频均匀性间平衡，联影牵头科技部“十三五”国家重点研发计划数字诊疗专项研制了全球首款uMR Jupiter型全身成像5.0T超导磁共振系统[5-8]。

1.5.0T系统技术特点

1.1 世界首创5.0T磁体

全球首款采用全新磁体设计方式5.0T 60cm孔径超导磁体兼备高均匀度与舒适性见图1。经典铌钛合金磁材精确致密超导线圈绕制，结合零液氦挥发冷却技术，造就该磁体无伦比均匀度和稳定度，为偏中心扫描、大范围脂肪抑制、全身多部位 EPI 弥散成像等各类临床应用提供扎实基础。同时通过优化主动屏蔽线圈设计，见表1，其安装场地要求与常规 3.0T 核磁相当，可按常规后者扫描间大小进行场地设计。

表1.常见高场强磁共振设备安装参数对比表

图1.磁体场强分布对比图

1.2 超高性能梯度系统

该机型搭载业界最强3.5MW全数字化高保真高精度梯度功率放大器，优于当前主流科研型3.0T和7.0T磁共振系统梯度配置，实现最大 120mT/m梯度强度以及最高200T/m/s梯度切换率。结合超高场信噪比优势，高性能梯度可在弥散功能成像上实现更短TE，从而将弥散成像信噪比、分辨率推到一个全新高度，见图2。

图2.高精度梯度功率放大器和科研专用梯度线圈效果图

该机型利用高性能梯度线圈及梯度放大器与自主研发EPI序列相位校正专利技术，提升脑功能应用图像质量及稳定性，显著缩短了数据采集TE回波时间，大幅提高图像信噪比，见图3。

图3.脑功能应用图

1.3 超高场首创多通道并行体发射系统：8通道容积发射线圈、体部均匀激发，全身显微精准成像。

该机型突破了高场射频技术壁垒，研制了全身扫描用大孔径8 通道体发射线圈，其独立控制射频架构可对不同患者做动态实时射频匀场校准，与SAR 仿真数据相结合计算，在解决高场B1不均匀同时实现局部热点控制优化，见图4。

图4.8 通道独立控制射频架构图

该机型专为高场定制的SAR校准监控系统可实时采集计算患者体内射频能量沉积，使高场全身磁共振成像的安全性得到有效保障，见图5。

图5.射频匀场前后对比图

1.4 新一代智能技术平台-uAIFI类脑平台

该平台包含高性能硬件系统、前沿技术应用、智能流程优化和后处理等全方位创新技术，从硬件到软件，从序列到应用全栈赋能，突破技术局限实现创新自由，兼顾性能与稳定性、成像速度与质量等参数，具体来说，联影uMR Jupiter 5.0T 磁共振成像仪核心技术参数如表2所示。

表2.uMR Jupiter 5.0T核心技术参数

2.5.0T的应用优势

①5.0T显著提高信噪比、缩短扫描时间及提升图像分辨率，成像具有更加丰富细微结构，如在海马图像上能清晰显示海马体及亚区微结构，在体部成像高分辨小视野成像能够清晰显示组织细微结构及微小病灶以及病灶与微器官间位置关系，在关节成像方面能实现百微米三维结构成像。②血管增强效应进一步增加。由于超高场分辨率增加、T1变长、T2*变短，其高分辨率血管成像可以观测到更加精细的血管结构（如豆纹动脉和深邃静脉）以及包括微出血和缺血在内的病理区域。③可实现高清晰BOLD和DTI成像，实现微脑功能研究。④除可实现结构像上高分辨率外，还可提升波谱的谱线分辨率，呈现出代谢物化学位移之间差异，有助于更准确地进行代谢物量化对比分析，如在头部波谱上可探到3.0T难区分的谷氨酸盐（Glu与Glx混叠）等代谢物；在前列腺波谱上枸橼酸盐较3.0T双峰裂分更清晰，使得体部超高场波谱探索从较模糊估计变成更准确计量。

3.总结

5.0T比目前主流3.0T能提供更高空间分辨率，此有助于神经外科开展术前规划，结合超高场环境下MRS、DTI、SWI等功能成像，能够提供更多的影像信息[9,10]，也为更高场环境下磁共振图像引导下射频消融（MRI-Guided LITT）、机器人辅助DBS植入等创新治疗手段提供了新的成像平台选择。其基于同一硬、软件系统的影像平台既可以实现动物成像，亦可以实现人体成像，相较于传统的超高场磁共振厂商，临床序列更为丰富且助于医学转化研究。尽管5.0T核磁仍有尚未攻克技术难题，也不及1.5核磁和3.0T核磁普及，但其巨大潜力已逐渐呈现。目前国内多家三甲医院及科研所均已安装使用5.0T，其临床优势将进一步体现，且更高分辨率与信噪比对不同病种准诊断意义尚待探索。