揭秘高精度成像技术：探索7T核磁共振的奥秘！
2023-04-24
7T核磁共振是一种高场核磁共振成像技术，常用于对人体进行高精度的成像和诊断。7T表示磁场的强度为7特斯拉（T），是传统核磁共振技术（如1.5T和3T）的两倍。由于磁场强度提高，这种技术可以提供更高的信噪比和更准确的结构和功能信息。这种技术可用于研究神经科学，成像身体各个部分及分子成像等领域。 T代表的是tesla，就是场强的大小，场强越大，信噪比SNR越高。顺便提一下，地球的磁场是0.00005 T。T越大通常意味着可以提供更高的分辨率，以及能更快地对人体成像。在3T时候，磁共振可以分辨小至1mm的细节，而在7T设备上， 可以达到0.5mm，也就是说，可以分辨人类脑部皮层的内部功能。在7T磁共振上，人类首次看到了信息是如何在人类的大脑中神经元之间传导。磁共振的磁场越强，排列的质子比例越高，并且质子之间的能量差也越大。这样产生的信号可以比背景噪声更好地检测到。但是场强的每一次跳跃都会带来一些不确定性。Victor Schepkin说：“在磁共振时代开始时，许多科学家认为0.5 T是磁共振的最大磁场强度”，因为他们认为活组织的离子电导率将阻止无线电波渗透到体内。1980年代，出现了用于临床的1.5T磁共振扫描仪。2002年，3T磁共振扫描仪获得批准。但在此之前，研究人员就一直在争取更高的场强。从3T到7T的转变带来了一些挑战。生物副作用虽然是暂时的，但更为明显：研究人员说，人们在进出扫描仪时会感到头晕和眩晕。当人们在机器内移动时，他们有时会尝到金属味，看到白色闪烁或经历称为眼球震颤的非自愿眼动，组织也会过热。因为随着场强的增加，氢核会以更高的频率共振，所以超高场磁共振必须使用更短的波长，从而使用更高能量的无线电脉冲来使质子摆动。人体组织也会从这些波中吸收更多的能量。因此，为避免产生热量，并得到图像，必须在扫描期间尽可能多地消除这种能量。研究人员已设计出多种方法来实现此目的。纽约大学医学院的肌肉骨骼放射学家格里高利·张（Gregory Chang）说，一种策略是使用排列在患者周围的可单独调谐的发射器环来产生脉冲。与此同时，高分辨率也是喜忧参半，因为它使磁共振对微小的运动更敏感，可以模拟并消除由于呼吸或心跳引起的一些体内重复运动。然而在7T及更高场强下，最大的挑战是低分辨率磁共振中不存在的挑战：颅骨内部的大脑非自愿运动。举个例子，如果我们在磁共振中伸展脚趾，我们的大脑就会移动，因为脚趾通过脊髓与大脑相连，而解决以上问题需要持续的研究。此外，有报道还指出，超高场强7T磁共振可能会使牙齿的汞合金填充物中释放出汞。研究人员在每个牙齿上打开了两个侧面的洞，并使用了汞合金填充物。9天后，将两组随机选择的20颗牙齿放入人造唾液溶液中，然后立即暴露于1.5T或7T磁共振中20分钟。对照组的牙齿只放在人工唾液中。当研究人员分析人造唾液时，第7T，1.5T和对照组的汞含量分别为百万分之一（ppm）的0.67±0.18、0.17±0.06和0.14±0.15。7T组中的汞含量为0.67 ppm，约为1.5T组和对照组中汞含量的四倍。这可能是由于在超高场强下汞材料发生了相变或者通过形成微电路造成的。1980年世界上首台用于临床的全身磁共振问世，随后，“GPS”相继推出自己公司的首台磁共振，磁共振三足鼎立的市场形势初现雏形。1989年8月，北京301医院引进了我国首台进口磁共振设备，由于技术有限，当时的磁共振扫描速度相当慢，检查1位患者大约要40分钟。当时，国内关于磁共振的研发刚起步。2017年美国食品药品监督管理局批准了首个7T设备，也就是上面所提到的西门子的那台设备，安装于美国明尼苏达州的梅奥诊所（Mayo Clinic）。目前，国内获批最高场强设备是7T磁共振，而普通三甲医院通常配置一般是1.5T和3T磁共振。总的来说，7T核磁共振成像技术是一种非常有前途的成像技术，但需要进一步的研究和安全性评估，以扩大其应用范围，并更好地了解其对人体的潜在影响。
