| 磁共振技术的新的进展--84届北美放射学会RSNA浏览
中国临床医学影像杂志1999年第10卷第2期
徐家兴
因处于世纪交替之际，本届RSNA颇引人注目。纵观此次展示，1998年是个“大年”，主要表现在CT技术有了新的革命性突破—多层CT的问世，二维多排检测器阵列将扫描的速度、容积覆盖及分辨率，这三个互相制约的因素和谐的结合起来，其影响是不可估计，兹不赘述。MR则在硬件、软件、临床应用上继续的发展、开拓、描绘出下个世纪的广阔前景。
1 MR硬件的发展
1.1 超导磁体的紧凑化设计
为了病人的舒适 ，检查的方便，以及MR介入技术的开展，使短轻紧凑型磁体成为起导型磁体的设计倾向和主流。应该说飞利浦公司最早开始这种设计。现在几乎各厂家均推出紧凑磁体：例如GE新磁体CX Magnet 长度已由210cm缩至172cm。西门子为160cm picker。1.5T及1.0T磁体长170cm，0.5T仅125cm。Philips磁体为159cm，最窄部分仅60cm。紧凑性磁体一个重要的前提是有良好的表态及动态自动匀场以保持磁场的良好的均匀度从而保证图像质量。1.2 专用型MR 专用型MR 不断出现，但这可能不适合我国国情：专用型专门为特定系统或部位而设计。专项性能好价格便宜。如用于颅脑的MR机，心脏专用MR 机（西门子Sonata1.5T，梯度40mT/m，切换率220，TE＜1ms，人机交往实时成像，可任选扫描平面如超声故又称超声MR（US- MR），实时动态看心脏形态及功能，对心脏的检查会有显著提高。GE设计了心脏专用机-Cardiac Resonator modle,梯度场40mT/m ，切换率150，用4个相控阵线图，可作为心脏灌注负荷试验以及脑功能检查），骨关节专用MR机的Jazz为0.2永磁，无水冷机梯度20mT/m，床可移动，价格低。国外综合MR室包括通用机及专用机。Fonar公司除已经推出的无立柱开放式磁体外，已研制了水平式MR机，可在站立时作水平方向脊柱的扫描，以更接近于生理状态。
1.3 开放式MR
低场强，垂下磁场，开放式MR 以其不断完善的功能和低投资而更受医学界青睐。高、中场功能不断移植到低场，低场MR已具备快速成像、水成像，单次激发序列，磁共振血管造影等功能，此外，它也为普及磁共振介入提供了条件。目前有常导，永磁以及超导三种。在我国进口MR中，低场已占1/3以上，接近1/2。
1.4 超极化气体的MR 成像（MR Imaging with Hyperpolarized gas）
吸入惰性气体如氦3（Helium3）或氙129(Xenon129)，可产生特别高的磁化作用，产生的MR信号强度是质子的10倍。在肺部（原来几乎无信号），吸入He3之后，信号增加100倍，目前已用于肺成像，用于慢性阻塞性肺疾患的诊断及治疗计划。如氦3能持续到进入脑部，亦可望用于脑部成像。
1.5 预极化MR 成像（Prepolarized MR Imaging）
对低磁场施脉冲，暂时性将信噪比提高，使低场条件下能获得更好的图像，质量高成本较低，适用于较小部位头、膝、乳腺目的专用MR机，如能实施，可使MR 机价格大为降低。
1.6 MR弹性图（MR Elastography）
用以检测组织的机械性能并成像，并算出组织弹性的定量标图。其方法为施加传播性声切剪波，用相位时比MR脉冲序列，并作运动编码，可用于人的活体骨，骼肌的机械特性研究以及脑灰、白质弹性模数研究。这样，应用MR，不仅可以“看到”，还在某种意义上说可以“触摸到”病变。
1.7 梯度系统仍是MR改进的一个主要方面
涉及到梯度场强、爬升时间、切换率线性灵活性及占空比等。灵活性例如螺旋方式的轨迹填充空间即螺旋MR速度快，较少受运动影响，现已用于冠状动脉。
梯度场强在1.5TMR23mT/m-27mT/m，专用机上已达30-40mT/m，双梯度场二个梯度线图合为一体可分开启动，可达51mT/m，但尚未肯定其价值。切换率一般为120mT/m/ms（FDA批准限度已达150）。
先进的高梯度系统所带来的一系列参数的提高例如：更薄的扫描层厚，更小的扫描视野，更大的矩体，更短的回波时间，更短的重复时间，更短的回波间隔，对快速自旋回波很重要，以及高切换率，这对高分辨磁共振成像以及单次激发回波成像均至关重要。飞利浦这次展出“指纹高分辨MR成像”指纹显示清楚。同样技术可用于皮肤病的研究。但并没有指出大多数的临床应用脉冲序列均可在梯率场强=15mT/m上完成。
1.8 射频线图
相控阵线图应用愈来愈多遍及人体各个部位且效果十分明显，如皮克公司的头颈Atlas线圈。一体化相控阵线图如西门子的Symphony1.5T及Harmony1.0T所装备的。充分体现了效率，方便和图像质量的提高。线圈组合灵活，可分别或整体激发，不用搬动病人。飞利浦还提出多元件线图，互相叠放而非并排置放，有些像多层CT，每个元件在K空间填一条线，速度快，可达每秒25帧甚至40帧图像，TE/TR=0.8ms/2.2ms，短TR更为重要，可用于心、肺的精密检查及功能研究。
2 MR软件及临床应用
2.1 MRI成像的基础
以往，MRI主要反映质子弛豫时间及质子密度的变化，MR检查以定性为主，今后MR的发展，其应用将涉及运动，组织中脂肪/水比例，弥散，灌注标图，温度监测，电传导，粘性弹性压力，微形态学，基因治疗等。基因治疗目前发展很快，本世纪末到下世纪，将进入临床试用阶段，而精确定位，监示疗效，则要求影像学尤其MRI的协助。
2.2 脑功能成像
脑功能成像包括弥散、灌注及皮层激发。弥散及灌注已成功地应用于早期脑卒中的检查及处理。国外已形成常规，走向普及，为病人早期诊断、早期和完全康复起到很大作用，在我国也已起步，已应用于临床。早期卒中细胞内水肿，弥散受限，在弥散加权图像上缺血已能清楚显示，结合灌注成像，可以判断梗死区，及可逆损害的半影区。弥散加权所用参数为b值，其单位为sec/nm2。b值与所施加梯度场强，施加时间及两个梯度的间隔时间有关。b值愈高弥散加权愈重，愈能反映弥散，一般b值需逐渐增加到1000，有的厂家b值已达到5000-6000以上。故弥散加权成像时b值应有足够高值，否则可产生“T2透现”效应造成假象，高b值可减少或消除此现象。弥散和灌注可提供一系列数据如ADC图，TOA对比剂抵达时间，TTP峰值时间，MTT平均通过时间，rCBV局部脑出容积，及rCBF局部脑血流，虽为相对而非绝对数据但很有帮助，且可以彩色图显示，颇为醒目。
灌注成像：用ml/100g/min表示，有三种方法：
①用外在性对比剂如Gd-DTPA及对比剂追踪法可利用其T1效应或T2即磁敏感效应。国内我用此法作脑检查。
②体素内相位不一致运动（Intravoxel inoherent motion）现已少用。
③动脉自旋体标记法，正成为较理想最有前途的方法，不用对比剂，利用反转射频脉冲，对进入脑以前的动脉内水分子进行磁性标记，成为内在性造影剂，可以进入脑内获取定量数据，可用于心脏负荷及灌注储备，药物，缺氧新生儿的研究。
2.3 磁共振血管造影（MRA）
对比增强MRA（Contrast-enhanced CEMRA）现已普遍应用，尤其是颅外MRA，取得了良好造影效果，使用Gd-DTPA缩短血液的T1值，明显的提高了血液信号使腹部大血管，肺动脉及其分支显示清楚。利用Bolus tracking及床自动移动步进，可作全下肢血管造影。从腹部开始分三段施行MRA，再拼接成腹主动脉到整个下肢动脉造影。进而可发展到全身MRA，虽然尚在研究中，但已初步获得成功。
血池对比剂（Blood pool contrast medium）已研制成功并开始应用于临床。因为用Gd-DTPA作CE-MRA时，Gd降低T1效果较弱，且Gd很快逸出血管外。血池对比剂特点一是产生信号强，二是由于分子大，可较长时间停留于血液内使三维MRA有充分时间进行。血池对比剂过去用同价附着于多聚方式，现在多用与蛋白结合的方式，可获得更好的弛豫率。铁颗粒虽有很强T1效果，但同时有更强的T2效果，抵消一部分T1效果。用快速成像或EPI螺旋MR，专用心脏相控阵线图，导航脉冲显示右膈运动以及血池，对比剂能较好显示冠状动脉，并结合心脏功能检查，这种综合检查能较好地对冠状动脉作出评价，在这方面，电子束CT，也是作为无创手段，除冠状动脉钙化普查外，对形态，功能以及术后血管通畅度的评价都提供了丰富信息。本届大会第一个报告即是“心脏成像”，可见一斑，预计在下个世纪会有突破性进展。
2.4 脉冲序列
快速自彷回波序列在问世近5年之后才有临床上广泛应用并确认了其价值，尤其表现在水成像上，胰胆管，脊椎管，尿路，脑池以至涎腺等；随着硬件的不断改进，回波间隔更短，而回波链更长，更缩短了成像时间，再加上半傅里叶转换，使单次激发，屏气成像成为可能。东芝的Superfase由于ES极短，使ETL可长达276，临床应用不断拓宽，用长ETL，长有效TE，可作纯水成像，而较短ES，较短TE，则可作不用对比剂的MRA而其效果却与CEMRA相似。虽然血流信号不如CEMRA明亮，但近端远段信号一样均匀，可作脚部MRA可使实质器官同时显示。再缩短ES使用TE=80ms，则可控制运动作FASE弥散成像。用图像叠加法，以Superfase作MR脑池造影，MRA最大及最小强度投影，可以极清楚显示颅神经及血管。例如，应用于血管迂曲压迫面神经所致面肌抽搐。FSE序列因子基于SE故具有“标准”的MR对比，但也应注意过多射频能量的积聚。单次激发序列已不限于传统的EPI，多种序列均可进行单次激发，例如SSFSE（TSE），SSHASTE，SSRARE，SSEXPRESS等等，各具特点。
MRA的一个重要发展方向是相互作用，通过人机交往来实施。Interactive imagin是21世纪MRI的重要特征，其特点为快，实时，随着调节。Ⅱ对硬件要求高，例如重建时间256×256矩阵要求达到每帧图像为50ms甚至25ms或更短。对动态关节扫描，动脉增强扫描，自动床动下肢血管大范围MRA均有很大的作用。当然对于磁共振介入则更为关键。TE的缩短能有效减少体素内相位扩散从而能提高MR信号强度，在MRA等的应用上很重要。过去TE可短至3-4ms。现已到＜1ms。这主要是高性能梯度系统应用的结果。
2.5 磁共振波谱成像（MRSI）
磁共振波谱这些年来一直在发展但较为缓慢，现在MRS的进展主要有：成像时间缩短，已从1D发展到2D，飞利浦的波谱成像开发最早，现几个厂家已能提供。分辨率提高，同时可作多个体素MRS。检查所需时间仅15分钟，大面积的自动匀场且时间很短保证了MRS质量，有人预测下个世纪MRS将有大的发展。
2.6磁共振介入及手术中磁共振的应用
磁共振介入从活检，穿刺诊断治疗等开始现已展示其很多优越性。极佳的软组织对比，多平面显示开放型磁体以及快速--实时成像为磁共振介入创造了条件。将C形臂X线机与MR结合，可用X线引导导管置入，可用于丘脑刺激治疗以及血管内介入。紧凑型磁体附有晶体显示屏方便操作。导管的显示可为主动方式（导管尖端装有微型线圈传递MR信号）也可为被动方式（利用导管的磁敏感效应来显示导管位置）。
手术中MR是新兴起而已开始应用于临床的新技术。它改变了过去脑部手术，手术野小，周围解剖关系不清楚，带有一定盲目性的操作。而现在导航及三维实时显示，不仅手术野而且野下方及周围的三维解剖关系均能随着手术探针或刀的移动而实时显示。手术医生对周围关系了如指掌，一览无遗。而且随着手术的进程，病变的切除及解剖关系的改变，可以及时再扫描观察直到医生明确病变已切除干净或已达到预期效果时才结束。这被誉为21世纪的手术模式，将是临床医师，影像学医师及工程技术人员及护理人员协同工作的结果。现已从由手术刀向热消融主要是聚焦超声发展。手术部位也由脑部向其它部位如乳腺、肝脏等扩展。技术的突飞猛进要求观念的转变，再推动技术的发Interactive mR Imaging更促进了手术MR的发展。手术中MR在比圈式专用MR机中实施最为理想，但由于价格昂贵，故另一较便于普及的选择为①利用低场MR，床可向外转动，在扫描时将床转回原位。②利用移动式推动手术室，根据需要，随时在术中及手术结束时的扫描，这种方式更为经济可行。术中导航除常用的红外线外，岛津公司还开发了磁性三维实时导向。MR的发展将是全方位的：MRI、MRA（心血管MRI），MRS，fMRI功能及MRT硬件软件的发展，计算机的发展将更加速MR技术的开发及临床应用的开拓。
2.7 计算机辅助放射学（ Computed Assisted Radiology）
计算机愈来愈多地辅助诊断除各种演示技术外，例如“第二阅片者”用于肺及乳腺癌普查，提示可疑病变。乳腺钙化可经三维重建，根据重建图案，提示良恶性。
图像融合及分割，后者可用于例如多发性硬化斑块，实施分割即把斑块与脑灰、白质分割开来，以便于显示斑块的演变过程，为制定治疗方案提供依据。今后计算机用于诊断将近会更多，更广泛。
回顾过去展望下个世纪，医学影像学发展将呈现新的突破和更大的飞跃，而MR由于具有巨大潜在能力，将以主角身分出现。
校对：张剑 1999年12月10日
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