体部3.0T与1.5T磁共振比较

• 图7. RF场强的不均匀性。1.5T下SSFSE冠状面图像（a） 与24小时后3.0T图像（b）对照显示左侧肾静脉内肿瘤栓 子（箭），在3.0T下由于SNR的提高，颗粒较少，不过在 3.0T出现在肝脏内条纹波动伪影（b中*所示），特别是接 近膈顶部，在1.5T中则信号相对均匀（a中*所示）。参数 1.5T:911/76；层厚5mm；矩阵256×205；每象素带宽 488hz。3.0T参数：1168/59；层厚4.6cm；矩阵 256×192；每象素带宽651Hz。
• 能量分布 • RF脉冲用来激发处于磁场中某些物质的质子自旋运动， 这就会使得能量从RF脉冲传递到受检者而产生热量。如 果不加控制，产生的热量就会造成生理上的伤害，包括心 理功能的变化与心输出量的改变。SAR作为评估RF脉冲 造成的组织内能量分布的指标，同时反映组织受到的热损 害的可能性。FDA提出的SAR限制为15分钟身体的平均 温度升高不超过1℃或者4W/kg。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 对比噪声比描述图像中不同物体影像的鉴别范围。在形态学的显示上 MRI优于CT和超声。MRI对比剂作为外源性的，主要是影响组织本身 的弛豫时间。在高场强下组织的T1,T2,T2*值有轻度变化，导致图像 对比下降（图4）。不过，脉冲序列可以利用这些弛豫动力学的不同 特点以减小3.0T下组织对比度的丧失。高场强下外源性对比剂如钆对 比剂，作为顺磁性物质改变静磁场，缩短T1从而提高图像对比。在 3.0T下T1值通常是延长的，即使是在顺磁性对比剂如钆参与的情况 下。然而，由于钆的T1值比软组织的T1值短，相对于背景来说，钆 增强的组织仍然比较明显。对比剂的使用提高了诊断敏感性（图5）， 技术的进步也为减少钆剂剂量提供了机会。 • 在MRS中，较高的SNR能够提高敏感性与特异性。因为来自每一代 谢产物的信号数量增加，代谢物的峰值易于从背景中区分出来。另外， 在3.0T下两种不同的代谢物的频率范围也相对增宽，从而提高鉴别二 者的能力。总之，SNR提高，采集特异数据的测量时间就缩短，在活 体影像中有明显的优势，减少患者的运动影响。
• 图6. • 3.0T屏气下MRS。（a）单次激发快速自旋回波（SSFSE） 图像显示所选MRS分析的体素置于右侧肾上腺，源于肾细 胞癌转移瘤。（b）所选体素的波谱容易从背景噪声中清 晰分出代谢产物峰。三甲胺（TMA）或胆碱峰在3.2ppm， 此征象与恶性变相关。在3.0T下高SNR与波谱高离散度很 清晰的鉴别诊断和离散代谢物。另外，高SNR使得采集时 间缩短，在一个呼吸屏气期实行波谱扫描，降低呼吸运动 的影响。
• 与电流干扰相关的伪影在射频发送－接收传输 过程中产生于高介导性的组织中，如腹水。在 射频传输中快速变换的磁场产生环形电场，如 果有导体存在，就会形成电流，此电流作用于 电磁铁，与变化的磁场极性相反，减弱射频场 的幅度，分散射频场的能量。介质的导电性越 强，产生的反向电磁场强度越大，消弱射频场 的程度就越强。最初的3.0T MR检查腹水患者 时，由于腹部膨隆会出现条纹波形伪影，同时 导电性强的腹水也会使腹部局部信号缺失（图 8）。
• 图4. 在1.5T（a）与3.0T（b）下获得的肝 脾对比在T1WI的对照。显示b图中肝脾对 比减弱，因为高场强下T1增加。这种对比 减弱在变换脉冲序列后将会缓解。1.5T参 数180/2.34；层厚7mm； • 矩阵256×123；翻转角70°。3.0T参数除 了矩阵320×192外其他相同。
• 图9. 线圈设计引起的效应对SNR的影响。体线圈 （a，c）与相控阵线圈（b，d）分别在1.5T （1204/60.1；矩阵256×192）（a，b）与3.0T （25224/65.0；矩阵256×192）（c，d）时获 得的图像对照。在同一场强内小的表面线圈的 SNR优于体线圈。在3.0T下的体线圈获得的图像 （c）接近于1.5T的相控阵线圈获得的图像，但 是最好的图像是3.0T下的相控阵线圈获得的图像。
• 改善线圈设计可以补偿一些影响。相位阵列线圈的SNR就优于传统的 体线圈（图9），前者很少产生介电效应。不过，作为发射线圈的结 构，比如螺旋结构，可以变换电流模式和影响B1。多重发射线圈也有 很好的改善。失谐共振线圈放置在发射线圈与受检者之间作为介质， 改变RF发射的模式，进而有利于B1场的切换。新的线圈，如横向电 磁的体线圈能够降低处于3.0T高场内的RF场的不均匀性。无论罩式 或鸟巢线圈还是横向电磁的体线圈设计都是为了有效地抑制涡流产生， 因为涡流对解剖形态和波谱的显示产生的干扰。 • 单纯改进线圈并不能解决所有的不均匀性的问题。因而最近出现了一 些新的脉冲序列，包括隔热脉冲，二维搏动脉冲还有三维适形RF脉冲， 所有这些脉冲都是已经设计出并且被证实对于体部影像有特殊用途的， 当然这些方法无论线圈类型还是影像规范都有特殊的要求
• 缺点 • 在利用3.0T影像的优势之前，一定要先了解其缺点和不足。尽管这些 限制性因素相互重叠和干扰，但是我们从以下几个角度来阐述，即物 理与技术、序列优化、伪影与安全。 • 物理与技术 • 射频场强的不均匀性－此为3.0T MR在临床应用中最难以克服的挑战， 特别是在腹部应用中。随着场强的增加共振频率增加，进而射频波长 缩短。在水与人体组织中，缩短的射频波长近似于FOV的大小的情况 下，导致图像中出现条形波纹，也就是所称的介电效应。来自条形射 频波的结构性或者破坏性的干扰将使得图像中出现明亮相间的条纹。 与波长相比，ROI越大，伪影越重。所以，条纹波形伪影最常出现在 肥胖病人的腹部成像中，瘦弱的患者则相对较少发生（图7）。
• 图3. 1.5T（a，b）与3.0T（c，d）下横断面图像（a，c） 与冠状重组图像（b，d）对照，3.0T下显示右侧肾上腺 肿块边缘比1.5T的清晰（ac箭，bd箭头）。因为在3.0T 下高的SNR，能够减小体素大小，在保证SNR的情况下 增加空间分辨力。在b图显示病变位于肾上腺外，使整个 肾上腺向一侧移位。在d图中，清晰显示病变源于肾上腺 的中间支，将外周支向外扩张。病变切除后病理分析为肾 上腺嗜铬细胞瘤。1.5T影像参数：4.0/1.9；矩阵 256×192；FOV：31cm；重组层厚4mm（a）与2mm （b）；3.0T影像参数：5.4/12.5；矩阵320×224；FOV： 35cm；重组层厚3mm（c）与1.5mm（d）。
• 图5. 1.5T（a）与3.0T（b）获得的3维T1加权脂肪抑制 增强图像，患者为肝脏局灶性结节增生（FNH）在3.0T图 像在对比噪声比方面有明显的提高。尽管3.0T下图像本质 上有降低，但是与钆剂相关联的组织的T1值缩短更加显著， 因而肝脏病变与周围肝实质相比显示更加明显，门静脉的 轮廓在3.0T中也比1.5T的容易识别。1.5T影像参数： 4.3/1.98；层厚4.4mm，矩阵256×154；3.0T的参数 3.9/1.06；层厚3.6mm；矩阵320×224。
• 图8. 3.0T下由于腹水存在引起的信号缺失。 SSFSE采集的1.5T图像（a）与3.0T图像（b） 对照，由于高场强下腹水存在而产生条纹波动和 介电效应，在b图中产生不均匀的中心RF低场。 激发与重聚脉冲角有效减少，随之信号降低或消 失。在本例中，患者首次检查用3.0T，之后转至 1.5T中获得高品质的影像。1.5T影像参数： 1157/58；层厚4mm；矩阵256×256。3.0T影 像参数：925/58；层厚4.6mm；矩阵256×256。
体部3.0T磁共振成像：机遇与挑战
• 体部3.0T磁共振成像：机遇与挑战
• Body MR Imaging at 3.0 T: Understanding the Opportunities and Challenges
• 随着高场强磁共振的发展，在信噪比、对比噪声比、 空间－时间分辨率以及光谱分辨率等方面都有了较大 的改善和提高，但是从1.5T MR到3.0T MR的转换也 不是一帆风顺的。相对于低场强下的体部成像而言， 3.0T体部成像改变了弛豫时间，增加和产生新的伪影， 化学位移的影响加强，能量沉积明显增加，所有这些 在应用3.0T MR时是必须要考虑到的。3.0T MR的静 磁场与射频磁场的多相性使得在线圈与硬件设计以及 新序列的制订都必须有所变化。应用减少体部热量沉 积的技术限定了特异性吸收率（SAR值），而且3.0T MR系统的安装与维护时要特别注意安全，以防伤害。 这些都是3.0T MR在临床实践中面临的机遇与挑战。
• 优点 • SNR是描述相对于背景噪声下的有用信号的数量的，据此产生MR图 像。SNR与场强呈线性变化。在3.0T下，静磁场内排列的质子数是 1.5T下的2倍，由此产生的信号强度也应该是2倍的关系（图1），但 是由于一些因素的影响，包括弛豫时间的变化、体部的总热量等，实 际的SNR的增益率为1.5T的1.7-1.8倍。在特殊检查中，高SNR通过 两种不同的方式获得：增加空间分辨力或者间接缩短采集时间。 • 在高场强下提高空间分辨力能够增加SNR，通过给定的FOV下增加矩 阵直径也即更小的象素与层厚来实现。在横断面上较高的空间分辨力 能提高病变的检出率（图2）。质量高的重组图像也有助于病变性质 的反映（图3）。SNR的提高与缩短采集时间之间做一个权衡，缩短 时间降低呼吸造成的运动伪影，增加患者流通量。
• 图1. 图示3.0T下信号增高的基本原理：沿 主磁场方向上的质子数目随着场强的升高 相应增加。物体内质子数量仅占形成MR信 号的一部分。
• 图2. 1.5T下直肠内线圈采集的前列腺图像（a，c）与1年 后3.0T下的对照（b，d）。患者患有良性前列腺增生， 在3.0T下分辨力得到提高中心腺体与结节的边缘都清晰显 示。尽管体素降低44％，SNR保持较高。横断面平扫（a， b）为快速SE序列（a：TR/TE:7000/161ms；层厚3mm； FOV：16；矩阵320×192；NSA：6；b：3900/160； 层厚2.2mm；FOV：14；矩阵320×192，NSA：4）。 横断面增强扫描（c，d）为扰相梯度回波序列（c：9/4； 层厚3.2mm；FOV：16；矩阵256×160，NSA：2；d： 7/2；层厚3mm；FOV：14；矩阵256×192，NSA： 2）。
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引言 磁共振信号通常情况下是由少量不成对的氢原子在静磁场方向上排列形成。排列的氢 质子的数量也就是常规的MR信号与静磁场的强度呈正比关系，基于此原理使得人们不 断追求高场强的磁共振系统。 最初的临床应用的磁共振场强小于0.6T。在1982年，出现1.5T的MR，并且作为高质 量MRI的参考标准。直到1999年，首台3.0T的MR问世，但是在实际应用中，由于射 频线圈和序列设计方面的缺陷，最开始的几年内仅仅用于颅脑成像的研究。相同的参 数情况下，与1.5T MR相比，在信噪比、空间与时间分辨力、对比噪声比以及光谱分 辨力方面都有明显的改进与提高。近些年来的研究都是针对于3.0T MR在体部的临床 实际应用。 这种改进并非轻易实现。虽然从3.0T MR的一些应用中能得到总结，但是还有许多新 的与不可预测的挑战。伴随高的信噪比的获得，磁场的不均一性也相应增加。3.0T下 较高的共振频率将会导致对射频发射与接受的干扰增加，在图像上出现严重的信号强 度畸变。另外，能量分布正比于静磁场场强的平方，3.0T下的脉冲序列必须符合FDA 批准的SAR值限定之内，不过这种新的挑战可以通过新的更有效率的线圈和脉冲序列 设计以及慎重选择扫描参数来加以解决。 其他的技术难题是高场强下组织弛豫时间的改变。3.0T下组织的长T1时间必然使得回 复时间（TR）即采集时间延长。这种权衡直接消弱了3.0T采集速度加快的优势。另外 3.0T高场强下化学位移伪影明显增加，T2*下降加剧了磁敏感影响。在1.5T MR中表现 安全的植入物在3.0T高场强下未必安全。 尽管存在挑战，但3.0T MR在临床体部影像中的优势已被大家所认同。本文主要描述 其优缺点，部分解决缺点的方法以及3.0T影像的未来进展。